忻保高速公路夏柳青隧道開挖光面爆破技術(shù)

喬曉春

(忻州公路分局，山西 忻州 034000)

1 工程概況

1.1 工程概述

夏柳青隧道右線K179+955～K180+885，930 m;左線ZK179+910～ZK180+880，970 m。左、右線折合單洞長1 900 m。隧道橫斷面設(shè)計(jì):采用分離式斷面，凈寬 10.25 m(0.75+0.75+2 ×3.75+0.5+0.75)，凈高 5.0 m;設(shè)計(jì)速度:80 km/h;設(shè)計(jì)載荷:公路—Ⅰ級。本隧設(shè)計(jì)2個人行橫洞(K180+150，K180+700)，1個車行橫洞(K180+450)。工程地質(zhì)總體概況:圍巖為二疊系上統(tǒng)上盒子組厚層狀長時砂巖，夾泥巖，強(qiáng)～弱風(fēng)化，節(jié)理較發(fā)育，呈角(礪)狀碎(石)狀松散結(jié)構(gòu)，無地下水。

1.2 地質(zhì)概況

工程地質(zhì)條件:

隧址區(qū)地形起伏較大，沖溝發(fā)育，地表被沖溝切割的較破碎，地面標(biāo)高變化在914.94 m～1 021.84 m之間，相對高差106.9 m。隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌。

1)地層巖性。根據(jù)鉆探揭露，隧址區(qū)在鉆探深度內(nèi)，主要由素填土(Q1m)，第四系全新統(tǒng)坡積(Qd11)碎石、亞粘土，第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土(Qm3)、第四系中更新統(tǒng)離石黃土(Q12)及二疊系上統(tǒng)上右盒子組(P2s)砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖等組成。

2)地質(zhì)構(gòu)造?？辈靺^(qū)位于鄂爾多斯斷塊之次級構(gòu)造興縣—石樓南北向褶皺帶，地層總體表現(xiàn)為傾向SW，地層產(chǎn)狀255°＜10°。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探和物探，該隧址區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造簡單，對隧道工程影響小。

3)水文地質(zhì)條件。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探，隧址區(qū)地表水主要為大氣降水，沖溝發(fā)育，多呈V字形，地表水排泄較通暢，溝谷內(nèi)無地表徑流，溝底也未見泉水出露，地下水埋藏較深，在鉆探深度內(nèi)未見地下水，地下水不甚發(fā)育。由于組成隧址區(qū)的地層為松散的滑坡土體、垂直節(jié)理發(fā)育的黃土和節(jié)理裂隙較發(fā)育的泥質(zhì)砂巖，大氣降水時可能有部分水體沿節(jié)理、裂隙下滲，在洞室開挖中會形成少量的滲水和滴水，對洞室穩(wěn)定性影響不大，但地表水的下滲對滑坡的滑動起著奔瀉的作用。

4)隧道進(jìn)出口的工程地質(zhì)評價。洞身為素填土，基底為第四系上更新(Qm3)馬蘭黃土，邊坡巖性為二疊系上統(tǒng)上石盒子組(P2S)中厚層狀砂巖、薄層狀泥巖，全～弱風(fēng)化，坡頂為第四系中更新統(tǒng)(Qm3)馬蘭黃土。隧道走向與坡向基本正交，邊坡巖層傾身與坡向相同，邊坡穩(wěn)定性較差。隧址區(qū)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象。

5)主要工程數(shù)量表。開挖:247 870 m3，C25噴混凝土13 061 m3，錨桿169 113 m，鋼拱架和格柵架1 181 t，襯砌混凝土56 755 m3，鋼筋957 t，片石混凝土回填16 239 m3。

2 光面爆破技術(shù)的應(yīng)用

光面爆破是新奧法的第一要素，光面爆破的實(shí)施可以減小巖石的松動范圍，減弱對圍巖的擾動，控制了超欠挖，使得開挖輪廓圓順，利于噴混凝土厚度和表面平整度的掌握，為保證噴混凝土的質(zhì)量打下了基礎(chǔ)。另外，也使布設(shè)排水盲溝和鋪設(shè)防水板更加方便，質(zhì)量更容易得到控制。

故此，光面爆破不僅是保證本隧道施工質(zhì)量、安全和進(jìn)度的一個關(guān)鍵技術(shù)措施，而且對企業(yè)的經(jīng)營效益也有較大影響。

本隧道光爆的預(yù)定目標(biāo)是“杜絕欠挖，平均線性超挖控制在10 cm以內(nèi)，光爆炮眼痕跡率Ⅴ級圍巖達(dá)到70%，Ⅳ級圍巖達(dá)到85%，Ⅲ級圍巖達(dá)到95%”。

為切實(shí)搞好光面爆破，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，我們的對策是確定合理光爆方案，實(shí)行程序化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，加強(qiáng)全過程的質(zhì)量管理，完善激勵監(jiān)督機(jī)制。具體做法如下。

2.1 合理選擇爆破方案

2.1.1 爆破方案的選擇

采用塑料導(dǎo)爆管非電起爆，微振光面爆破技術(shù)，具體的爆破方案根據(jù)各類圍巖開挖方法相應(yīng)制定:

1)Ⅴ級圍巖巖層風(fēng)化破碎程度嚴(yán)重，自穩(wěn)能力很差，采用三臺階導(dǎo)坑，人工機(jī)械輔以微振爆破開挖方案。2)Ⅳ級圍巖巖層風(fēng)化破碎程度嚴(yán)重，自穩(wěn)能力很差，應(yīng)采用預(yù)留核心土，環(huán)形爆破的開挖方案。該方案的優(yōu)點(diǎn)是:環(huán)形開挖周邊眼間距小，一次裝藥量少，因周邊圍巖振動較小，同時，先開挖出的環(huán)形槽，在后續(xù)主體部分爆破起到了較好的減振作用。3)Ⅲ級圍巖全斷面開挖。

Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖，采用光面爆破施工工藝。預(yù)留變形量7 cm。爆破施工時，采用直眼掏槽方式，炮眼深度3.5 m，掏槽眼深度為3.8 m。爆破效果:炮眼殘留率硬巖達(dá)到80%以上，中硬巖達(dá)到60%以上。

采用全斷面法開挖，作業(yè)臺架鉆孔，光面爆破技術(shù)，裝載機(jī)裝碴，無軌運(yùn)輸出碴。

開挖:采用全斷面法施工，作業(yè)臺架鉆孔，非電毫秒雷管起爆，全斷面爆破開挖一次成型。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是:下導(dǎo)坑超前，不但探明了地質(zhì)情況，而且解決了硬巖深孔爆破掏槽難度大，炮眼利用率低的難題;將二次擴(kuò)挖(預(yù)留光爆層)的爆破方式由全斷面一次爆破的拋擲式爆破改變?yōu)楸澜馐奖?，裝藥量可大大減少，顯著的減小了爆破震動。以往實(shí)踐證明:爆破效果極為理想，炮眼利用率接近100%，周邊輪廓半眼率普遍提高。

2.1.2 技術(shù)措施

1)爆破參數(shù)的確定。結(jié)合工程具體情況和具體勘測的地質(zhì)情況，確定試驗(yàn)位置，試驗(yàn)位置要有代表性，然后根據(jù)利文斯爆破漏斗理論，進(jìn)行現(xiàn)場爆破試驗(yàn)，最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定爆破參數(shù)。

2)如地質(zhì)情況為軟弱圍巖，為了減小爆破對圍巖的影響，減輕地震動則采用減輕地震動爆破技術(shù)。

3)為了控制超欠挖，同時減輕爆破時對周邊地質(zhì)環(huán)境的擾動，也可選用光面爆破技術(shù)，周邊眼爆破時光爆參數(shù)的選取可以參考表1的數(shù)值。

表1 周邊眼光爆參數(shù)表

4)科學(xué)布置炮眼，合理安排起爆順序。一般周邊眼、內(nèi)圈眼按環(huán)形布孔，掘進(jìn)眼按線性布孔。硬巖深孔爆破優(yōu)選寬孔距、小抵抗布孔方式;預(yù)裂爆破時先預(yù)裂后掏槽;光面爆破，從掏槽眼開始，由內(nèi)向外，最后是周邊光面爆破。

5)認(rèn)真計(jì)算裝藥量，科學(xué)分配藥量。周邊眼的藥量計(jì)算時應(yīng)考慮周邊眼的裝藥集中度，掏槽眼的藥量計(jì)算時應(yīng)考慮掏槽眼的裝藥長度，其他炮眼根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，科學(xué)進(jìn)行藥量分配。

6)采用先進(jìn)儀器設(shè)備，完善檢測手段:采用激光準(zhǔn)直儀定向，使中線測量準(zhǔn)確快捷;采用斷面儀測定開挖輪廓及超欠挖情況，及時調(diào)整爆破參數(shù)，進(jìn)一步提高爆破效果。

2.2 光面爆破施工程序及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1)放樣布眼。鉆眼前，用水平儀、鋼尺、經(jīng)緯儀配合激光準(zhǔn)直儀進(jìn)行定向，把開挖斷面的中線和輪廓線用紅色油漆精確標(biāo)出來，然后確定炮眼的位置，這些位置的偏差不能超過5 cm。

2)定位開眼。采用鉆孔臺車或風(fēng)動鑿巖機(jī)根據(jù)標(biāo)出的炮眼位置進(jìn)行鉆孔，其軸線與隧道曲線要保持平行。掏槽眼和周邊眼的鉆孔精度要求比較高，開眼誤差嚴(yán)禁超過5 cm。

3)鉆眼。將鉆工按照不同孔位定點(diǎn)定位。鉆工要持證上崗，要能熟練的操作鑿巖機(jī)械，鉆孔前要首先熟悉炮眼布置，鉆周邊眼時一定要配備有豐富經(jīng)驗(yàn)的老鉆工，并且專人指揮，確保周邊眼有準(zhǔn)確的外插角，使兩茬炮交界處臺階不大于15 cm。同時，要根據(jù)巖石的凹凸程度調(diào)整炮眼深度，保證炮眼底在同一平面上。

4)清孔。裝藥前，要進(jìn)行清孔工作，將炮眼內(nèi)的石屑等碎物用高壓風(fēng)清理干凈。

5)裝藥。裝藥需按炮眼設(shè)計(jì)圖確定的裝藥量自上而下分片分組進(jìn)行，雷管的管理要定人、定位、定段別，裝藥時要對號入座，不得亂裝藥。所有炮眼裝藥后要用炮泥堵塞，堵塞長度要大于20 cm。

6)聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)路。按設(shè)計(jì)的聯(lián)結(jié)網(wǎng)路實(shí)施。為保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性起爆網(wǎng)路采用復(fù)式網(wǎng)路。聯(lián)結(jié)時要注意導(dǎo)爆索的連接方向，必須保證連接點(diǎn)的牢固，各炮眼雷管連接次數(shù)應(yīng)相同;導(dǎo)爆管不能打結(jié)和拉細(xì);在離一簇導(dǎo)爆管自由端10 cm以上處用黑膠布包孔，網(wǎng)路聯(lián)好后，要安排專人檢查。

7)引爆前，所有人員必須后退至少200 m，撤離到安全區(qū)后(點(diǎn)炮人員除外)，如遇瞎炮要及時檢查并分析原因，根據(jù)情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

該隧道在施工中，Ⅲ級圍巖段采用了光面爆破技術(shù)，每天開挖6 m左右，實(shí)現(xiàn)了一年打通的工期目標(biāo)。

[1] 王 偉，程 鵬，楊慧琳.西山隧道洞身開挖爆破設(shè)計(jì)方案[J].山西建筑，2010，36(29):327-328.