湘江過江隧道破碎帶地段施工的弱爆破開挖

鄭建輝,毛益松,李是良,單志國(guó)

(國(guó)防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410073)

湘江過江隧道破碎帶地段施工的弱爆破開挖

鄭建輝,毛益松,李是良,單志國(guó)

(國(guó)防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410073)

湘江過江隧道埋深較淺,頂部覆土較薄,且承受江水的巨大壓力。在其破碎帶地段由于巖石斷層、破碎等原因往往造成隧道施工困難,危險(xiǎn)系數(shù)大,易誘發(fā)透水、塌方等事故。介紹了該過江隧道破碎帶地段弱爆破開挖法的實(shí)施方案,及爆破參數(shù)和安全防護(hù)措施。

過江隧道;破碎帶;弱爆破開挖法;爆破參數(shù)

1 工程概況

長(zhǎng)沙市營(yíng)盤路湘江隧道位于長(zhǎng)沙市橘子洲大橋和銀盆嶺大橋之間,其中江中段距橘子洲大橋約1.3 km,距銀盆嶺大橋約 2.1 km,主線西起咸嘉湖路,下穿瀟湘大道、傅家洲、橘子洲和湘江大道,東接營(yíng)盤路。

該湘江隧道工程穿越的地層為中元古界淺變質(zhì)(Pt)板巖和內(nèi)陸湖相沉積的白堊系(K)碎屑巖,工程區(qū)內(nèi)有 3條破碎帶。隧道的圍巖以泥質(zhì)粉砂巖、板巖、礫巖為主,大部分為中等強(qiáng)度風(fēng)化,主要為Ⅴ、Ⅳ類圍巖。破碎帶內(nèi)為碎裂巖,風(fēng)化強(qiáng)烈,富水,巖體呈碎石狀。

隧道開挖地段以斷裂構(gòu)造為主,褶皺構(gòu)造次之,有 3條呈北東向的斷層破碎帶:

(1)傅家洲斷層破碎帶(F1),帶中巖性為碎裂巖,碎裂結(jié)構(gòu),富水,風(fēng)化強(qiáng)烈,巖芯多巖屑、巖粉巖體呈碎石狀,該斷層不屬活動(dòng)斷層;

(2)橘子洲斷層(F2),該斷層產(chǎn)狀近直立,寬約 8 m,為物探推測(cè)斷層;

(3)湘江東岸斷層破碎帶(F3),該斷層破碎帶呈北東向展布,寬度約 100 m,巖體破碎,巖性為碎裂巖,風(fēng)化強(qiáng)烈,巖芯多為巖屑、巖粉,該斷層屬于不活動(dòng)斷層。

2 爆破方案

主線先行隧道采用三臺(tái)階法施工,后行隧道則使用 CD法施工。主線小凈距隧道段的南北線隧道都使用 CD法施工。

2.1 爆破設(shè)計(jì)

本隧道工程按“超深測(cè)、預(yù)堵水、管超前、強(qiáng)支護(hù)、弱爆破、短進(jìn)尺、早封閉、勤監(jiān)測(cè)、備預(yù)案”的原則制定施工方案。破碎帶地段采用弱爆破技術(shù)開挖。

(1)炮孔布置。隧道炮孔布置見圖1,拱頂采用光面爆破。下半斷面采用預(yù)裂爆破,即沿周邊輪廓形成的預(yù)裂縫。隧道爆破開挖采用楔形掏槽,并進(jìn)行分段爆破,減少單段藥量,控制爆破震動(dòng)。

圖1 湘江隧道主線爆破孔位布置

(2)爆破器材。工程中巖層抗拉強(qiáng)度較低,波阻抗系數(shù)較小,周邊孔爆破選用低爆速炸藥。其它孔選用乳化炸藥或銨油炸藥。為滿足大斷面的分段爆破減振的要求,雷管的段數(shù)應(yīng)足夠多。一般隧道大斷面爆破時(shí)雷管段數(shù)應(yīng)在 15段以上。

(3)段間隔差。軟弱圍巖的爆破振動(dòng)頻率較低。雷管應(yīng)跳段使用以避免爆破振動(dòng)強(qiáng)度的疊加作用。段間隔時(shí)差應(yīng)控制在 75～150 ms的范圍內(nèi)。

(4)循環(huán)進(jìn)尺。本工程根據(jù)進(jìn)度安排、地質(zhì)條件等因素控制循環(huán)進(jìn)尺在 0.8～1.5 m。

周邊孔距斷面邊緣 0.1～0.2 m,并向往外傾斜1°～3°。根據(jù)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖條件,邊孔的孔距取0.50～0.55 m,光爆層厚度取 55～60 cm。鉆孔機(jī)具選用 7655型或 YT28型風(fēng)鉆鉆孔。炮孔數(shù)量 N=262個(gè),見表1。

表1 隧道臺(tái)階法開挖爆破參數(shù)

2.2 爆破安全技術(shù)與防護(hù)措施

(1)爆破振動(dòng)計(jì)算?？刂谱畲髥味纹鸨幜縌max=5.0～10 kg,爆破振動(dòng)速度按下式計(jì)算:

取 k=50,R=65 m,a=1.5時(shí),V=0.30 cm/s,小于隧道安全振動(dòng)速度。

(2)爆破沖擊波超壓的影響。隧道爆破處于地下,且控制最大段藥量,因此超壓沖擊波對(duì)洞口周圍建筑不會(huì)造成破壞。

(3)爆破飛石安全距離。隧道爆破時(shí),個(gè)別飛石對(duì)人員安全距離設(shè)定為 150 m,對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備安全距離設(shè)定為 100 m(指非機(jī)動(dòng)設(shè)備)。

3 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)沙湘江過江隧道的破碎帶地段采用弱爆破技術(shù),通過對(duì)各項(xiàng)參數(shù)和安全防護(hù)措施進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),避免了因埋深較淺,頂部覆土較薄,承受江河壓力等帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)?？朔似扑閹У囟斡捎趲r石斷層、破碎等原因造成的隧道施工困難,使長(zhǎng)沙湘江過江隧道在 2011年 4月提前貫通。

[1] 傅光明.軍事爆破工程 [M].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,2007.

[2] 顧毅成,張永哲,金驥良.爆破安全技術(shù)知識(shí)問答 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[3] 楊文淵.工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2002.

[4] 宋光明.爆破振動(dòng)小波包分析理論與應(yīng)用研究[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,2008.

[5] 張 奇.工程爆破動(dòng)力學(xué)分析及其應(yīng)用[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1998.

[6] 顧毅成,史雅語(yǔ),金驥良.工程爆破安全 [M].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2007.

[7] 齊 景.隧道爆破現(xiàn)代技術(shù)[M].中國(guó)鐵道出版社,1995.

[8] 朱漢華,孫紅月,楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

[9] 馮衛(wèi)星.隧道坍方案例分析[M].重慶:西南交通大學(xué)出版社,2002.

2011-06-26)

鄭建輝(1986-),男,主要從事民用爆破工程及軍事爆破的設(shè)計(jì)與施工。