鉆爆法隧道靜態(tài)施工技術(shù)探討及實(shí)踐★

王 悅 王清江 郭章保

(1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520； 2.中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

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鉆爆法隧道靜態(tài)施工技術(shù)探討及實(shí)踐★

王 悅1王清江1郭章保2

(1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520； 2.中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

結(jié)合某隧道工程實(shí)例，闡述了鉆爆法隧道靜態(tài)開挖掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)及工藝流程，并介紹了初期支護(hù)完成段圍巖的變形監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目與措施，指出將隧道施工由動(dòng)態(tài)模式變?yōu)殪o態(tài)模式是避免或減少隧道施工安全問題的有效方法。

隧道，靜態(tài)施工，鉆爆法，開挖掘進(jìn)，監(jiān)控量測(cè)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，隧道工程也越來(lái)越多，在西南地區(qū)鐵路建設(shè)中，隧道長(zhǎng)度已達(dá)到線路總長(zhǎng)度的70%以上[1]，我國(guó)已成為隧道世界大國(guó)[2]。隨著隧道建設(shè)的快速發(fā)展，施工安全事故也越來(lái)越突出，尤其是重大及以上事故不斷出現(xiàn)，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失，也帶來(lái)了惡劣的社會(huì)影響。隧道工程施工時(shí)面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)因素有巖溶、高水壓、突涌水、突涌泥及斷層破碎帶、煤層瓦斯及石油天然氣等。隧道安全事故，糾其原因，有管理不善的人禍，但更多的是事先沒能預(yù)知不良地質(zhì)，施工措施的不到位等造成的?，F(xiàn)階段因勘察方法及設(shè)備的局限，隧道設(shè)計(jì)過程中僅依據(jù)“一孔之見”再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)推判來(lái)判定隧道地質(zhì)情況。施工時(shí)，隧道開挖揭示的地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)圖明確的地質(zhì)情況多有不同，但在施工時(shí)，施工單位按圖施工，在地質(zhì)好的地段，支護(hù)措施強(qiáng)了，也就多增加點(diǎn)費(fèi)用，施工是安全的，如遇到不良地質(zhì)地段，支護(hù)措施弱了，就埋下了安全事故隱患。為了預(yù)防安全事故，相關(guān)規(guī)范對(duì)臺(tái)階法開挖仰拱與掌子面的距離分圍巖級(jí)別進(jìn)行了嚴(yán)格的限定[3]，地質(zhì)不良地段：Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ級(jí)圍巖仰拱封閉位置距離掌子面規(guī)定不得大于35 m。但該措施雖有效避免了一些事故，但也給施工帶來(lái)了不便，未能徹底解決問題，采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及變形監(jiān)測(cè)措施，在隧道施工前對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行確切的預(yù)判，采取相應(yīng)的地質(zhì)加固技術(shù)及支護(hù)措施，將隧道施工由動(dòng)態(tài)模式改為靜態(tài)模式是避免或減少隧道施工安全問題的有效方法。

1 鉆爆法隧道靜態(tài)開挖掘進(jìn)技術(shù)探討

1.1 鉆爆法隧道開挖掘進(jìn)施工

傳統(tǒng)鉆爆法隧道開挖掘進(jìn)施工程序：鉆爆法隧道開挖掘進(jìn)施工工序如下：測(cè)量放線→鉆孔→裝藥→起爆、排險(xiǎn)→出渣→初噴→初期支護(hù)施工→進(jìn)入下一循環(huán)→施作二次襯砌。

在工序中，測(cè)量放線工序需劃出隧道開挖輪廓及炮孔位置，開挖輪廓線根據(jù)施工圖給定圍巖級(jí)別確定，初期支護(hù)按圖施工，鉆孔施工前，對(duì)掌子面前方及周圍的地質(zhì)情況判定主要依據(jù)設(shè)計(jì)資料及開挖掌子面圍巖揭示情況確定，在掌子面前方地質(zhì)不清楚的前提下摸索掘進(jìn)，突涌水、涌泥、大塌方等安全隱患伴隨前行，施工過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題，被動(dòng)應(yīng)付，變更支護(hù)措施。整個(gè)施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，一旦施工措施不到位，安全事故隨之而來(lái)。

1.2 鉆爆法隧道靜態(tài)開挖掘進(jìn)技術(shù)

1)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、彈性波反射(TSP)法、地質(zhì)雷達(dá)法、紅外探測(cè)、加深炮孔探測(cè)[4]。a.地質(zhì)調(diào)查法：根據(jù)勘察資料、地表調(diào)查資料和隧道內(nèi)地質(zhì)素描，通過地層層序?qū)Ρ?、地層分界線及構(gòu)造線地下和地表相關(guān)性分析、斷層要素與隧道幾何參數(shù)的相關(guān)性分析、臨近隧道內(nèi)不良地質(zhì)體的前兆分析等，利用常規(guī)地質(zhì)理論、地質(zhì)作圖和趨勢(shì)分析等，推測(cè)開挖工作面前方可能出現(xiàn)的地質(zhì)情況。b.彈性波反射(TSP)法：在隧道掌子面附近邊墻一定范圍內(nèi)布置激發(fā)孔，人工激發(fā)地震波，地震波以球面波的形式在隧道圍巖中傳播，當(dāng)圍巖波阻抗發(fā)生變化時(shí)(例如遇巖溶、斷層或巖層的分界面)，一部分地震波將會(huì)被反射回來(lái)，根據(jù)反射的地震波判斷隧道掌子面前方的地質(zhì)情況。該方法預(yù)報(bào)距離一般為100 m，前后兩次預(yù)報(bào)重疊10 m。c.地質(zhì)雷達(dá)法：向隧道掌子面前方發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)高頻電磁波傳至被檢測(cè)體內(nèi)兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射，反射波返回掌子面，由地質(zhì)雷達(dá)的接收天線所接收，形成雷達(dá)圖像，用以判斷掌子面前方地質(zhì)情況。該方法預(yù)報(bào)有效范圍30 m左右，前后兩次預(yù)報(bào)重疊長(zhǎng)度5 m。d.紅外探測(cè)法：通過接收和分析紅外輻射信號(hào)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的物探方法，一般在隧道掌子面布設(shè)3條～4條測(cè)線，每條測(cè)線布3個(gè)～5個(gè)測(cè)點(diǎn)。該方法有效預(yù)報(bào)距離30 m，前后兩次預(yù)報(bào)重疊長(zhǎng)度5 m。e.超前鉆探法：在隧道掌子面鉆孔取芯，每斷面布設(shè)3個(gè)～5個(gè)鉆探孔，鉆孔深度30 m～60 m，對(duì)鉆取的巖芯進(jìn)行分析判斷，并與其他超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段相互印證，準(zhǔn)確掌握掌子面前方的巖性、巖石堅(jiān)硬程度、節(jié)理發(fā)育情況、充填物性質(zhì)、充填物厚度、地下水含量及水壓等情況。f.加深炮孔探測(cè)：利用鉆爆孔進(jìn)一步對(duì)掌子面前方地質(zhì)情況進(jìn)行探察，一般孔深5 m，每斷面布設(shè)5個(gè)探孔。

2)隧道靜態(tài)開挖掘進(jìn)技術(shù)。隧道工程開挖掘進(jìn)施工時(shí)，遇到的不良地質(zhì)主要有：巖溶、斷層、節(jié)理密集帶、瓦斯及石油天然氣等，隧道穿越上述地質(zhì)時(shí)，發(fā)生突水突泥、塌方的地質(zhì)災(zāi)害概率增大。更重要的是上述不良地質(zhì)多在開挖后才發(fā)現(xiàn)，有的隧道施工時(shí)，一炮下來(lái)，突泥、涌水驟然而至，隧道內(nèi)的人員、機(jī)具一掃而光，釀成重大安全事故。隧道靜態(tài)開挖掘進(jìn)就在開挖前，采取多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施，相互印證判釋掌子面前方地質(zhì)構(gòu)造情況，并據(jù)此確定開挖輪廓邊線及支護(hù)措施，對(duì)可能出現(xiàn)的重大安全問題采取預(yù)處理措施及應(yīng)急措施，之后再進(jìn)行開挖。將傳統(tǒng)開挖后動(dòng)態(tài)應(yīng)付改事先控制主動(dòng)采取措施靜態(tài)施工。鉆爆法隧道靜態(tài)開挖掘進(jìn)施工工序見圖1。

表1 圍巖監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目表

序號(hào)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量頻率標(biāo)準(zhǔn)1拱頂下沉2收斂3圍巖壓力4地下水壓力5襯砌鋼筋壓力6襯砌混凝土應(yīng)變7地表降雨量8地表沉陷9隧道涌水量間距5m～20m間距5m～20m間距10m～100m隧道上方區(qū)域縱向間距10m～50m集中出水點(diǎn)及隧道口施工期1次/d變形最大速率不超過10mm/d,總變形量小于預(yù)留變形量,變形是否收斂施工期1次/d～1次/2d;長(zhǎng)期1次/15d～1次/30d應(yīng)力、應(yīng)變歷時(shí)曲線呈水平,且終值小于設(shè)計(jì)值施工期2次/d施工期1次/2d～1次/5d;長(zhǎng)期1次/15d～1次/30d變形最大速率8mm/d,總變形量小于預(yù)估變形量,變形是否收斂施工期4次/d;長(zhǎng)期1次/15d～2次/15d

2 隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

隧道工程施工時(shí)出現(xiàn)的安全事故除掌子面開挖過程外，在初期支護(hù)完成段及襯砌完成段也時(shí)有發(fā)生，而且，初期支護(hù)完成段出現(xiàn)的安全事故更為嚴(yán)重，常常出現(xiàn)大塌方關(guān)門事故。因此，對(duì)初期支護(hù)完成段圍巖的變形監(jiān)控量測(cè)工作尤為重要，通過對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析判定已開挖段圍巖的穩(wěn)定情況，以便采用預(yù)防及應(yīng)急措施。圍巖監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況

貴廣高速鐵路6標(biāo)高天隧道，進(jìn)口里程樁號(hào)為DK266+307，出口里程樁號(hào)DK273+720，全長(zhǎng)7 413 m，設(shè)計(jì)行車速度250 km/h，預(yù)留提速條件，雙線，洞內(nèi)為雙塊式無(wú)砟軌道。該隧道為貴廣鐵路Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，該隧道地質(zhì)以灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖為主，地質(zhì)突變頻繁，節(jié)理裂縫發(fā)育，隧道區(qū)域內(nèi)發(fā)育多條斷層，向斜、背斜區(qū)域性構(gòu)造發(fā)育，隧道出口D2K273+290～D2K273+720段穿越可溶巖地質(zhì)，DK273+022處隧道底7.6 m有一暗河穿過，充滿地下水。施工面臨的風(fēng)險(xiǎn)：坍塌、突涌水、突涌泥、軟弱圍巖大變形等。

3.2 靜態(tài)開挖掘進(jìn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

根據(jù)隧道地質(zhì)復(fù)雜程度分級(jí)，制定針對(duì)性的地質(zhì)預(yù)報(bào)方案，全隧道采用了地質(zhì)調(diào)查法、加深炮孔及地震波(TSP)探測(cè)。D3K270+900～D3K271+000，D3K272+750～D3K273+710段設(shè)超前鉆孔探測(cè)及紅外探測(cè)，D3K272+960～D3K273+710可溶巖段增設(shè)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)。監(jiān)控技術(shù)采取了拱頂下沉、收斂、地表降雨量及地表沉陷等監(jiān)測(cè)措施。該隧道施工中采取靜態(tài)開挖掘進(jìn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，成功消除了施工過程中的安全隱患，避免了潛在的安全事故。

4 結(jié)語(yǔ)

隧道工程施工是高危工作之一，產(chǎn)生安全事故的概率較大，長(zhǎng)期以來(lái)，隧道工程施工處于摸著石頭過河狀態(tài)，地質(zhì)問題在開挖揭示后才能顯現(xiàn)出來(lái)，支護(hù)措施不能及時(shí)跟進(jìn)，釀成了施工事故。根據(jù)地質(zhì)復(fù)雜程度采取相應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，多種方法相互印證，準(zhǔn)確判斷地質(zhì)情況，并據(jù)此調(diào)整隧道開挖斷面及初期支護(hù)形式，變隧道動(dòng)態(tài)施工為靜態(tài)施工，有效避免或減少隧道安全事故，且隨著超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，隧道工程地質(zhì)判釋將更加準(zhǔn)確，該方法適用性將更強(qiáng)，更廣。

[1] 馬 輝.當(dāng)前鐵路隧道施工亟待解決的若干技術(shù)問題[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011(5)：2-6.

[2] 郭陜?cè)?隧道掘進(jìn)鉆爆法施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(9)：64-68.

[3] 王亞瓊.隧道施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)控制措施研究[J].公路，2015(6)：260-264.

[4] 羅 瓊.鐵道工程學(xué)報(bào)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2005(6)：66-68.

Discussion and practice on tunnel static construction method using drilling-blasting★

Wang Yue1Wang Qingjiang1Guo Zhangbao2

(1.ChongqingTechnologyandBusinessInstitute,Chongqing401520,China; 2.ChinaRailwayEighteenBureauGroupCo.,Ltd,Tianjin300222,China)

Combining with a tunnel engineering example,this paper elaborated the drilling and blasting method tunnel static open mining technology key points and process,introduced the surrounding rock deformation monitoring project and measures of initial support section,pointed out that the tunnel construction from dynamic model to static model was effective method to avoid or reduce the tunnel construction safety problems.

tunnel,static construction,drilling and blasting method,open mining,monitoring measurement

1009-6825(2016)29-0166-02

2016-08-04★：重慶市高等職業(yè)技術(shù)院校新技術(shù)推廣項(xiàng)目資助“建筑樁基泥漿護(hù)壁成孔綠色智能施工技術(shù)的應(yīng)用與推廣”(項(xiàng)目編號(hào)：GZTG201615)

王 悅(1973- )，女，高級(jí)工程師； 王清江(1973- )，男，教授級(jí)高級(jí)工程師； 郭章保(1973- )，男，工程師

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