象山隧道擋水墻爆破拆除

趙東波，李紅軍

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南 洛陽 471009)

0 引言

地下工程施工中經(jīng)常需根據(jù)需要建造一些混凝土結(jié)構(gòu)的臨時(shí)工程，這些臨時(shí)工程在其使用功能完成后需拆除。由于臨時(shí)工程與主體工程相距較近甚至連為一體，因此，采取切實(shí)可行的技術(shù)手段將臨時(shí)工程與主體結(jié)構(gòu)切割開，并確保切割過程中不損傷需要保留的主體工程是施工中必須解決的問題。爆破是拆除這些臨時(shí)工程的常用方法［1－11］。爆破拆除過程中需要考慮的是主體工程不被拉裂，且爆破振動(dòng)強(qiáng)度降至滿足主體工程安全范圍。隨著我國綜合國力的提高和地下空間開發(fā)利用的逐步擴(kuò)大，上述問題將越來越多。因此，對地下工程中緊鄰或接觸主體工程的臨時(shí)建筑爆破拆除方法進(jìn)行研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以龍廈鐵路象山隧道擋水墻爆破拆除為對象，對其爆破拆除技術(shù)進(jìn)行了研究并實(shí)施，以期對類似工程有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程概況

2009年12月23日，象山隧道1#斜井右線發(fā)生巖溶突水地質(zhì)災(zāi)害，最大涌水量達(dá)7 200 m3/h，地表失水誘發(fā)新祠村房屋大面積開裂。為控制災(zāi)情，搶險(xiǎn)指揮部決定在隧道左、右線進(jìn)口端DK20+025～+032處各設(shè)置1道厚7 m的C30混凝土擋水墻。為保證擋水墻的抗剪能力，擋水墻施作完成后再施作5 m厚抗剪斜墻。擋水墻及抗剪斜墻如圖1所示。

巖溶地質(zhì)災(zāi)害處理完成后需對擋水墻和抗剪斜墻進(jìn)行爆破拆除。由于擋水墻和抗剪斜墻與隧道襯砌連在一起，因此，爆破拆除必須保證擋水墻爆破不致影響襯砌結(jié)構(gòu)安全。

2 抗剪斜墻拆除技術(shù)

2.1 爆破拆除方案

將抗剪斜墻分成A，B，C 3個(gè)區(qū)域依次進(jìn)行臺階式垂直眼爆破拆除。

圖1 擋水墻及抗剪斜墻立面圖(單位:cm)Fig.1 Profile of water-stopping wall and anti-shearing wall(cm)

前人的研究表明，預(yù)裂縫是有效的爆破減振措施［3－4］。為減弱爆破對襯砌結(jié)構(gòu)的不利影響，在抗剪斜墻邊界距襯砌外輪廓0.5 m處布置一圈間距0.2 m，直徑100 mm的預(yù)裂減震孔。

2.2 爆破設(shè)計(jì)

將抗剪斜墻分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行鉆眼爆破，臺階面寬2 m左右，一次性鉆孔到底(高1.5～4.0 m)。A區(qū)域爆破、清碴完畢后再進(jìn)行B區(qū)域的鉆爆作業(yè)，B區(qū)域爆破、清碴完成后再進(jìn)行C區(qū)域的爆破作業(yè)。

1)炮孔布置。炮孔沿隧道軸線縱向成排布置，最小抵抗線指向垂直臨空面。在各個(gè)區(qū)域的臺階面上布置2～3 排炮孔，炮孔深 1.5 ～4.0 m、間距 0.7 ～0.9 m、排距0.6 ～0.8 m，前排炮孔的最小抵抗線為 0.9 m。炮孔布置如圖2所示。

2)藥量計(jì)算。藥量按下列公式計(jì)算并經(jīng)爆破振動(dòng)檢算后確定。

式中:a，b，L分別為炮孔間距、排距和深度，m;W為最小抵抗線，m;k=0.2 ～0.25 kg/m3。實(shí)際操作中，最后一排炮孔的單孔裝藥量比最前排炮孔的多10%左右，以加強(qiáng)后排孔的拋擲能力。

爆破工程中廣泛采用振動(dòng)速度來評價(jià)爆破的影響［5－6］。我國 GB 6722—2003《爆破安全規(guī)程》規(guī)定:交通隧道安全允許的爆破振動(dòng)速度為10～20 cm/s。爆破振動(dòng)傳播規(guī)律普遍采用薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算［7－9］。

式中:Qmax為最大單段允許用藥量，kg;v為振速控制標(biāo)準(zhǔn)，取15 cm/s;R為爆源中心至振速控制點(diǎn)的距離，取4 m;K為與爆破技術(shù)、地震波傳播介質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，取150;α為爆破振動(dòng)衰減指數(shù)，取2。

按式(3)和上述參數(shù)計(jì)算出保證隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全的最大單段允許用藥量為2.0 kg。按計(jì)算結(jié)果進(jìn)行裝藥。各炮孔分層裝藥，下層裝藥為總藥量的2/3，上層裝藥為總藥量的1/3，上層起爆雷管裝小段別，下層起爆雷管裝大段別，如圖2所示。

2.3 防護(hù)措施

由于爆破具有向上的較好臨空條件，為防止向上飛石，在炮孔口上方蓋1～2個(gè)沙袋。

3 擋水墻拆除技術(shù)

3.1 拆除方案

擋水墻除厚度、體積比抗剪斜墻的大外，它與隧道襯砌的接觸面積也比抗剪斜墻大得多。它的拆除同樣也需重點(diǎn)考慮爆破震動(dòng)對與之接觸的隧道襯砌結(jié)構(gòu)的不利影響。為此，將擋水墻分3個(gè)區(qū)域進(jìn)行拆除，超前導(dǎo)洞和預(yù)留保護(hù)層采用非爆拆除，擴(kuò)挖層采用爆破拆除。

1)超前導(dǎo)洞非爆開挖。臨空面條件好時(shí)爆破振速較小，隧道爆破施工中掏槽爆破產(chǎn)生的振速比其他炮眼大是因?yàn)樘筒叟谘鄣膴A制作用較強(qiáng)［10－11］。為減少掏槽爆破震動(dòng)并增加擴(kuò)挖層爆破臨空面，采用大型鉆機(jī)+劈裂(破碎)機(jī)進(jìn)行超前導(dǎo)洞開挖。

2)預(yù)留保護(hù)層機(jī)械鑿除。預(yù)留0.5 m厚襯砌保護(hù)層，該層采用人工或機(jī)械鑿除。

采用該方案施工，超前導(dǎo)洞、擴(kuò)挖層及預(yù)留保護(hù)層分開施工，工序轉(zhuǎn)換方便。超前導(dǎo)洞先行非爆拆除，碴出完后再進(jìn)行擴(kuò)挖層的爆破作業(yè)，最后進(jìn)行預(yù)留保護(hù)層的拆除。擋水墻的非爆+爆破拆除施工方案如圖3所示。

圖3 擋水墻施工方案示意圖(單位:cm)Fig.3 Scheme of demolition of water-stopping wall(cm)

3.2 超前導(dǎo)洞非爆拆除

超前導(dǎo)洞采用大型鉆機(jī)配合劈裂機(jī)進(jìn)行開挖。具體如下:

1)首先用大型鉆機(jī)沿超前導(dǎo)洞開挖輪廓線鉆孔取芯，鉆孔孔徑15 cm，相鄰鉆孔中心距13 cm，每次鉆深 3.5 m。

2)鉆孔完成后采用液壓劈裂機(jī)自上而下破碎混凝土，人工撬落，每次劈裂進(jìn)尺0.5 m。為保證臺架、液壓劈裂機(jī)管線和下部工作面的安全，隨時(shí)將破碎后的混凝土塊用手推車運(yùn)至距掌子面10 m以外的地方臨時(shí)堆放，后期與擴(kuò)挖層一起集中出碴。

3.3 擴(kuò)挖層鉆爆拆除

為保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全，在擴(kuò)挖層施工中采取了設(shè)置減震孔、嚴(yán)格控制單段爆破用藥量、合理選擇循環(huán)進(jìn)尺和爆破器材等措施。

1)設(shè)置減震孔。在預(yù)留保護(hù)層與擴(kuò)挖層間布置一圈直徑10 cm、孔距30 cm的減震孔，以消減擴(kuò)挖層爆破對隧道襯砌的震動(dòng)影響。

2)爆破參數(shù)。與抗剪斜墻爆破拆除最大單段藥量的計(jì)算方法類似，隧道襯砌的爆破振動(dòng)控制速度亦按15 cm/s考慮計(jì)算單段最大用藥量。

取 R=4 m，α =2.0，K=150，v=15 cm/s，得 Q=2.0 kg。

考慮到超前導(dǎo)洞為擴(kuò)挖層增加了1個(gè)臨空面，所以最大單段藥量取計(jì)算值的1.2倍。即單段最大用藥量取 2.4 kg。

以單段最大用藥量為控制條件，結(jié)合循環(huán)施工能力按式(2)確定炮孔的間、排距和同一段的炮孔數(shù)量等爆破參數(shù)，見表1。

表1 擋水墻擴(kuò)挖層爆破參數(shù)表(1.5 m進(jìn)尺)Table 1 Parameters of blasting in enlarging excavation of waterstopping wall(1.5 m advance rate)

擴(kuò)挖層炮孔間距0.95 ～1.1 m，第1，2 圈及第3，4圈上半部分的排距為0.8～0.9 m，最內(nèi)圈(第1圈)炮孔的最小抵抗線為0.8 m。炮孔布置如圖4所示。

圖4 擋水墻擴(kuò)挖層炮孔布置示意圖(單位:cm)Fig.4 Layout of blasting holes in enlarging excavation of waterstopping wall(cm)

3)爆破器材選擇。內(nèi)圈眼選用φ32 mm的2#巖石乳化炸藥。周邊眼選用高爆力、小直徑、傳爆性好的φ25 mm乳化炸藥。雷管選用微差毫秒雷管，跳段使用，相鄰間隔大于50 ms，以避免爆破震動(dòng)疊加、減弱震動(dòng)。起爆雷管選用常見的15段非電毫秒雷管。

4)裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞方式。輔助眼、內(nèi)圈眼、底板眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，周邊眼采用小直徑藥卷間隔裝藥。所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于30 cm。嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量，借助導(dǎo)爆索、竹片進(jìn)行間隔裝藥，使藥量沿炮眼均勻分布，以確保隧道周邊成型良好，并減少對襯砌的擾動(dòng)。

3.4 循環(huán)進(jìn)尺

超前導(dǎo)洞的循環(huán)進(jìn)尺為3.5 m，后續(xù)擴(kuò)挖層的循環(huán)進(jìn)尺為1.5 m。超前導(dǎo)洞開挖一個(gè)循環(huán)，后續(xù)擴(kuò)挖施工2個(gè)循環(huán)。

象山隧道擋水墻及抗剪斜墻拆除施工中采用上述措施取得了很好的效果，在保證襯砌安全的前提下成功地拆除了與隧道襯砌連為一體的擋水墻和抗剪斜墻。

4 結(jié)論與體會(huì)

1)嚴(yán)格控制單段爆破用藥量是保證主體結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。在單段爆破用藥量控制的基礎(chǔ)上，合理布置炮孔、選擇爆破參數(shù)進(jìn)行分區(qū)、分層爆破是減弱爆破震動(dòng)的有效手段。

2)采用非爆開挖方法施作超前導(dǎo)洞可避免掏槽爆破的過大震動(dòng)并為后續(xù)爆破增加臨空面，是全斷面拆除爆破條件下減弱爆破震動(dòng)的有效措施。

3)在主體結(jié)構(gòu)周邊預(yù)留保護(hù)層、鉆設(shè)減震孔是減弱爆破對主體結(jié)構(gòu)不利影響的有效措施。

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