靠既有線隧道施工控制技術(shù)

葉龍

(中鐵隧道集團(tuán)三處，廣東深圳518000)

1 新大成隧道工程概況

襄渝增建Ⅱ線新大成隧道(ZDK552+277.85～ZDK555+892)與既有線大成隧道緊密相鄰，隧道進(jìn)口地段同既有隧道線最小間距為10 m，兩隧道最小凈距為3.65 m。隧道圍巖為Ⅲ～V級，以泥巖夾砂巖為主，既有大成隧道始修于1972年，運(yùn)營過程曾出現(xiàn)多次塌方，雖經(jīng)過整治，仍存在較大隱患，設(shè)計(jì)要求對既有隧道580 m較差襯砌地段拱墻進(jìn)行要點(diǎn)加固。由于襄渝線運(yùn)營壓力大，為施工停車次數(shù)和給點(diǎn)時(shí)間嚴(yán)重不足，既有隧道加固進(jìn)度無法滿足增建二線隧道掘進(jìn)要求。在未對既有隧道進(jìn)行加固的情況下，對新建隧道實(shí)施嚴(yán)格控制爆破，確保既有隧道的接觸網(wǎng)、襯砌和線路免受爆破震動的危害，控制爆破施工技術(shù)尤為重要。

2 限制爆破振動因素

新大成隧道有以下因素影響爆破振動:

(1)新隧道與既有隧道間距非常小，必須使用較小的振動速度才能保證既有大成隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和既有線的安全運(yùn)營;

(2)隧道圍巖為Ⅲ～V級，特別對于V級圍巖需減少炸藥用量來降低振動速度;

(3)我國毫秒雷管段數(shù)較少，一次爆破用藥量大，就會使段裝藥量大而使振動速度增加，必須采取措施增加毫秒雷管段數(shù);

(4)掏槽炮孔因只有一個(gè)臨空面，比相同裝藥量的其他炮孔要產(chǎn)生較強(qiáng)的振動速度，所以必須研究合理的掏槽炮孔;

(5)炮孔是否堵塞影響炸藥用量。不堵塞或少堵塞將使炸藥用量增加，為控制炸藥用量，要做好炮孔的堵塞;

(6)炮孔深度即一次爆破進(jìn)尺是影響炸藥量的主要因素，為降低炸藥用量要控制孔深。

來自爆破的危害，一般用質(zhì)點(diǎn)振動速度值來評估，由爆破產(chǎn)生的振動速度與炸藥能量成正比，也就是與炸藥量成正比，而與距爆破中心的距離成反比。此外，還受起爆與爆破方法以及爆破點(diǎn)與測點(diǎn)之間地質(zhì)條件的影響。由于影響因素較多，所以，不可能用一個(gè)公式準(zhǔn)確表述，一般可用下式表示［1］。

式中:V為振動速度;Q為最大一段允許炸藥量;R為距爆破點(diǎn)的距離;K、α為與炸藥種類、爆破方法、地質(zhì)條件等因素有關(guān)的系數(shù)。

3 控制爆破施工技術(shù)

3.1 控制最大炸藥用量

以既有隧道邊墻襯砌至爆破源中心的距離R，作為安全控制半徑，通過式(1)并以質(zhì)點(diǎn)振動速度限值5 cm/s作為控制標(biāo)準(zhǔn)，以反算各部分所允許的單段用藥量。

3.2 確定開挖順序

前期采用側(cè)壁導(dǎo)坑開挖，側(cè)壁導(dǎo)坑掌子面之間間距10 m，先開挖左側(cè)遠(yuǎn)離既有隧道下部導(dǎo)坑，實(shí)施初期支護(hù);再開挖上部弧形導(dǎo)坑，對拱頂實(shí)施φ25中空錨桿初期支護(hù)，最后開挖下導(dǎo)坑，實(shí)施初期支護(hù)。采用短臺階開挖，如圖1所示。

3.3 控制單眼炸藥量

炮眼按淺密原則布置，控制單眼炸藥量，使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破體中，采用毫秒雷管進(jìn)行微差爆破，以減小爆破振動強(qiáng)度。

3.4 選擇掏槽形式

掏槽爆破的振動強(qiáng)度比其他部位炮眼爆破時(shí)的振動強(qiáng)度都要大，因此，從減小掏槽爆破的振動強(qiáng)度出發(fā)，選用楔形掏槽。由于雷管段數(shù)足夠，現(xiàn)場選用雙楔形掏槽，掏槽部位的巖體分段進(jìn)行爆破，既能保證掏槽效果，又能減少掏槽孔的單段藥量，減少爆破振動效果。

3.5 選用周邊眼爆破形式

為了減小爆破振動，右側(cè)邊墻周邊光爆孔在左側(cè)導(dǎo)坑和上部導(dǎo)坑爆破前先打好的周邊孔做為減振孔，周邊眼間距為40 cm。

3.6 選擇合理的段間隔時(shí)差

據(jù)有關(guān)資料介紹［1、2］，在軟巖圍巖中爆破，振動頻率比較低，一般均在100 Hz以下，振動持續(xù)時(shí)間縱向比橫向振動持續(xù)時(shí)間大時(shí)，可達(dá)到200 ms左右，垂直向可達(dá)到100 ms左右。為避免振動強(qiáng)度的疊加作用，低段(1～7段)雷管隔段使用。

圖1 隧道開挖順序

3.7 合適的爆破器材

炸藥和雷管也是影響爆破振動的因素，要控制爆破振動速度，必須選用合適的炸藥和毫秒雷管。根據(jù)爆轟理論，炸藥爆轟速度直接影響質(zhì)點(diǎn)振動速度，要降低質(zhì)點(diǎn)振動速度應(yīng)選用低爆速炸藥，炸藥選用爆速低的2號巖石硝銨炸藥，藥卷直徑為φ32×200和φ25×400兩種，雷管采用3～29段非電毫秒雷管，起爆時(shí)跳段使用。

3.8 鉆爆設(shè)計(jì)

為確保工程進(jìn)度和施工安全，爆破施工應(yīng)按“多眼、少藥、淺孔”的原則。為控制超欠挖，減少圍巖擾動，全斷面采用光面爆破技術(shù)，臨近既有線邊墻預(yù)留光爆層。

3.9 炮眼布置

分部爆破開挖，以“短進(jìn)尺，密打眼，少裝藥，增加毫秒雷管段數(shù)”的原則進(jìn)行爆破控制，控制爆破振速不得大于5 cm/s。裝藥后注意用粘土炮泥將炮孔堵塞密實(shí)。掏槽方式為雙楔形掏槽，孔深比其它眼深30 cm，間距40 cm，斜眼眼底距離30 cm。輔助眼間距70～80 cm，周邊眼間距40 cm，距相鄰輔助眼55 cm，炮眼布置見圖2所示。

圖2 炮眼布置

經(jīng)綜合計(jì)算、選擇、分析，隧道最終鉆爆參數(shù)詳見表1。

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4 結(jié)論

靠既有隧道的新建隧道施工采用嚴(yán)格的控制爆破技術(shù)，施工中主要從控制炸藥用量及選擇合理的開挖順序、掏槽形式、周邊眼形式、爆破間隔時(shí)差、爆破器材、鉆爆設(shè)計(jì)、炮眼布置，可以確保施工的順利進(jìn)行和既有隧道的安全。

［1］袁紹國．控制爆破理論與實(shí)踐［M］．天津大學(xué)出版社，2007

［2］程康，徐學(xué)勇．爆破振動頻率對振動效應(yīng)影響的試驗(yàn)研究［J］．爆破，2003，20(3):79－81