南寧玉象隧道工程爆破方案探討

周國亮

南寧玉象隧道設(shè)計(jì)為4座并排的機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車分離隧道，隧道凈距較小，跨徑較大，施工極具難度。文章針對該隧道設(shè)計(jì)參數(shù)及地質(zhì)情況，合理地調(diào)整原開挖方案與施工參數(shù)，并針對開挖斷面，設(shè)計(jì)出詳細(xì)的爆破方案及參數(shù)。

隧道;施工技術(shù);爆破

U455.6-A-34-116-4

0?引言

南寧玉象隧道設(shè)計(jì)為4座并排的機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車分離隧道，隧道凈距較小，跨徑較大，施工極具難度。隧道圍巖為V級，且圍巖極為破碎，隧道線位還穿越斷層帶。本文結(jié)合該隧道開挖工程實(shí)例，介紹爆破方案及參數(shù)。

1?工程概況

1.1?工程簡介

廣西南寧五象新區(qū)玉象路二期工程是連接五象大道與明輝路的一條南北向的城市主干路，位于南寧市五象新區(qū)邕江以南。項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)全長2 984 m，設(shè)計(jì)速度為50 km/h，道路紅線寬48 m，雙向八車道。本項(xiàng)目包括道路部分和隧道部分，其中道路樁號為K2+400～K3+212.642，隧道分為機(jī)動(dòng)車隧道和非機(jī)動(dòng)車隧道，均為左右洞布置、上下行分離設(shè)計(jì)，形成由4個(gè)并行排列的小凈距隧道組成的隧道群。隧道全長1 945 m，其中，機(jī)動(dòng)車隧道左線起點(diǎn)樁號為K2+400，終點(diǎn)樁號為K2+840，全長440 m，機(jī)動(dòng)車隧道右線起點(diǎn)樁號為K2+340，終點(diǎn)樁號為K2+820，全長480 m;非機(jī)動(dòng)車隧道左線起點(diǎn)樁號為K2+395，終點(diǎn)樁號為K2+880，全長485 m，非機(jī)動(dòng)車隧道右線起點(diǎn)樁號為K2+320，終點(diǎn)樁號為K2+860，全長540 m。4座并排隧道中，機(jī)動(dòng)車隧道與非機(jī)動(dòng)車隧道的最小凈距為18 m，隧道單洞最大開挖跨徑達(dá)到15 m高、21.5 m寬，是我國目前開挖跨徑最大的市政道路隧道。

1.2?工程地質(zhì)情況

根據(jù)地勘報(bào)告判定，玉象隧道圍巖級別為Ⅴ級，整體穿越一構(gòu)造斷層，詳細(xì)圍巖描述見表1。斷層總體較為平直，發(fā)育有片狀及透鏡體狀構(gòu)造角礫巖。鉆孔揭露為構(gòu)造破碎，石英等巖脈較發(fā)育，少量漏水，揭露演示易破碎，采取率低，裂隙面多見鐵錳質(zhì)結(jié)核物，破碎帶寬度為3～6 m，斷層與隧道呈斜交，整體穩(wěn)定，局部易掉塊，滲水中等。此破碎帶距全風(fēng)化層和強(qiáng)風(fēng)化層較近，整體地層為破碎粉砂巖層，存在整體涌水及掌子面坍塌的可能性。

2?開挖方案

本工程隧道屬大斷面隧道，該型隧道采用復(fù)合式襯砌，主隧道交匯由小凈距隧道和大斷面隧道組成。施工時(shí)涉及多種斷面形式同時(shí)施工，包括先期開挖，利用上臺(tái)階開挖面作為導(dǎo)洞，橫向擴(kuò)挖大跨度斷面，之后大跨度斷面縱向開挖，經(jīng)由大斷面過渡段最后與標(biāo)準(zhǔn)主體隧道順接。期間需分別對大跨度斷面范圍內(nèi)的各類型支護(hù)分別進(jìn)行襯砌，并將其余部位進(jìn)行填充[1]。施工內(nèi)容繁多，且本工程施工進(jìn)度安排較為緊密，對工序銜接要求較高。經(jīng)多方研究，其施工工藝如下：

（1）大跨段采用上下臺(tái)階法施工，待施工進(jìn)入大跨段大斷面施工范圍內(nèi)，首先利用上臺(tái)階作為超前導(dǎo)洞，導(dǎo)洞進(jìn)尺約5 m，并施作臨時(shí)噴錨支護(hù)。大斷面超前導(dǎo)洞開挖如圖1所示。

（2）超前導(dǎo)洞進(jìn)尺達(dá)到5 m后，開始對大斷面進(jìn)行橫向擴(kuò)挖，擴(kuò)挖順序如圖2所示。每步擴(kuò)挖完成后及時(shí)施作初期支護(hù)，橫向擴(kuò)挖段總進(jìn)尺約5 m。

（3）對于本項(xiàng)目開挖跨度>22 m的隧道，在橫向擴(kuò)挖完成后，采用大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，開挖順序見圖3。

（4）對于本項(xiàng)目開挖跨度≤22 m的隧道，縱向開挖初支完成后，采用常規(guī)大斷面漸變段施工開挖工藝，開挖順序見圖4。

3?爆破施工方案

3.1?爆破方案選擇

本隧道工程為典型的V級圍巖隧道，根據(jù)本地區(qū)同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，采用光面爆破方式進(jìn)行。

3.2?爆破開挖工藝

大量的工程實(shí)踐證明，隧道光面爆破質(zhì)量是否良好，與隧道開挖時(shí)超挖和挖底的大小及實(shí)際施工精度密切相關(guān)。而作為主要控制因素的鉆眼精度，需要根據(jù)實(shí)際施工條件及質(zhì)量要求進(jìn)行現(xiàn)場判定[2]。與此同時(shí)，隧道橫斷面輪廓線放樣誤差應(yīng)盡量縮小，一般≤±2 cm。周圍的開挖臺(tái)階斜度務(wù)必要嚴(yán)格控制，通常其坡腳應(yīng)落在開挖弧面內(nèi)，并可根據(jù)需要調(diào)整周圍的巖石情況。每環(huán)斜度的間距誤差≤5 cm，斜率≤3 cm/m。主要的控制參數(shù)如下：

（1）裝藥濃度。減少炮眼周圍的裝藥濃度，這有助于減少?zèng)_擊巖體中爆破的過程。

（2）解耦系數(shù)。對解耦系數(shù)的合理選擇會(huì)產(chǎn)生爆炸應(yīng)力波浪引起空氣沖擊。當(dāng)它作用于眼壁時(shí)，沖擊力會(huì)大大減輕，這是有助于巖石破碎的重要方法。

3.3?爆破器材選擇

根據(jù)施工中常用爆破器材，選用以下爆炸物品作為本隧道施工的爆破器材。爆破器材名稱、規(guī)格、用途如下：

（1）導(dǎo)爆管：塑料導(dǎo)爆管，起爆。

（2）雷管：1～15段非電毫秒雷管，掘進(jìn)和傳爆。

（3）炸藥：乳化炸藥，爆速為3 800～4 000 m/s，32 mm，掘進(jìn)。

3.4?循環(huán)進(jìn)尺和炮孔數(shù)目

（1）循環(huán)進(jìn)尺

根據(jù)以下公式計(jì)算：

L=l?0/（t×Nm×Ns×∫）=l/∫（1）

其中：L——炮孔深度（m）;

l?0——隧道掘進(jìn)全長（m）;

t——每月的有效工作日，取25 d;

Nm——完成掘進(jìn)的月數(shù)，取20個(gè)月;

Ns——每天工作的臺(tái)班數(shù)，結(jié)合掘進(jìn)施工工藝，取≤3臺(tái)班;

∫——炮孔利用率，取95%;

l——每循環(huán)計(jì)劃進(jìn)尺（m）。

根據(jù)玉象隧道實(shí)際情況計(jì)算可得：L=2.1 m。

考慮圍巖類別情況，選擇V類圍巖循環(huán)進(jìn)尺為2 m。

（2）炮孔數(shù)目

根據(jù)公式：N=3.3×（fS2）1/3（2）

其中：N——炮孔數(shù)目（個(gè)）;

f——普氏系數(shù);

S——隧道斷面積（m2）。

通過該公式計(jì)算炮孔數(shù)目后適當(dāng)調(diào)整，確定斷面的炮孔數(shù)量。

4?爆破控制及注意事項(xiàng)

4.1?乳化炸藥

本次爆破采用SC乳化炸藥，其是一種泵送散裝乳化炸藥，呈不透明流體狀，其黏度與不稠的潤滑脂或重油類似[3]。通過將非起爆的乳化基質(zhì)與氣化溶液混合形成抗水炸藥后輸送進(jìn)炮孔，這種獨(dú)特的乳化結(jié)構(gòu)使其具備良好的抗水性。SC乳化炸藥相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

SC乳化炸藥優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）成品炸藥的密度可以根據(jù)爆破設(shè)計(jì)需要而調(diào)整;（2）泵送的乳化炸藥可以減少產(chǎn)品的溢出，且此炸藥不溶于水，具有優(yōu)良的耐水性能，能夠極大地降低其對環(huán)境的污染;（3）此炸藥可以采用完全耦合裝藥模式，極大地加強(qiáng)了爆破效果;（4）SC泵送炸藥運(yùn)輸及安裝手段能夠極大降低現(xiàn)場炸藥存量，保證安全，同時(shí)還能提高裝藥速度并降低炮煙量，明顯改進(jìn)作業(yè)循環(huán)效率。

4.2?爆破控制

根據(jù)大量科學(xué)研究，粒子振動(dòng)速度與巖石材料的裝藥、爆炸源距離及相關(guān)參數(shù)密切相關(guān)。因此，上述幾個(gè)影響因素可以解決爆破震動(dòng)的控制效果，具體控制因素參照《爆破手冊》[4]。

在控制費(fèi)用方面，可以采取以下措施進(jìn)行爆破控制：

（1）限制起爆段的炸藥用量，能有效降低震動(dòng)強(qiáng)度，營造可控的爆破條件。

（2）實(shí)踐證明，總炸藥相同條件下的同步爆破時(shí)，微差爆破的震動(dòng)速度比常規(guī)爆破低30%～60%。每次起爆之間的延遲時(shí)間間隔應(yīng)滿足減震主墻的要求，因而每次爆破所造成的影響范圍都是不重疊的。在滿足爆破效果的前提下，減震性較好時(shí)，則是最佳的間隔時(shí)間。

4.3?注意事項(xiàng)

（1）乳化炸藥爆后炮煙少的特點(diǎn)使得該炸藥適合于隧道的爆破作業(yè)，操作員必須在確保有足夠的通風(fēng)之后才能再次進(jìn)入爆破現(xiàn)場。

（2）乳化炸藥對于正常操作情況下以外的沖擊、摩擦或者機(jī)械撞擊都不敏感，但巨大的沖擊或者過度加熱，特別是封閉條件下，也有可能導(dǎo)致炸藥爆炸，因而運(yùn)輸及移動(dòng)炸藥應(yīng)相當(dāng)注意。

（3）炸藥的最大預(yù)裝藥時(shí)間是7 d，預(yù)裝藥時(shí)間取決于炮孔直徑，炸藥密度和炮孔中水質(zhì)的影響，起爆系統(tǒng)及掘進(jìn)方式等因素。如果現(xiàn)場有特殊的施工要求，需與炸藥生產(chǎn)商進(jìn)行技術(shù)對接。

（4）炸藥最適用的現(xiàn)場溫度為0 ℃～55 ℃，如果隧道內(nèi)溫度超過此范圍，則需采取升溫或降溫措施確保炸藥能達(dá)到最佳爆炸效果。

（5）炸藥的氣化速率由溫度決定，30 ℃時(shí)，常規(guī)的氣化時(shí)間為大約0.5 h;25 ℃時(shí)，須確保炮孔內(nèi)裝藥1 h后再起爆，方能達(dá)到最佳爆破效果。

5?結(jié)語

本文針對大跨隧道施工開挖中的技術(shù)問題，論述了本隧道所采用的合理開挖方法，并選取了合理的光面爆破作為主爆方案。同時(shí)提出相應(yīng)的減震措施，分析了在爆破施工過程中采取的措施，得出以下結(jié)論：

（1）進(jìn)行隧道鉆孔和運(yùn)用爆破方法會(huì)出現(xiàn)較大的過挖和過爆現(xiàn)象，導(dǎo)致很多不良后果，如工程量增加，影響施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，以及不利于支撐結(jié)構(gòu)受力等。因此，在水平層圍巖施工中隧道的爆破設(shè)計(jì)應(yīng)以現(xiàn)場試驗(yàn)為依據(jù)，根據(jù)爆破實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

（2）起爆段應(yīng)對最大裝藥量進(jìn)行限制，采用毫秒爆破技術(shù)，并適當(dāng)采取減震、改變裝藥孔結(jié)構(gòu)、在裝藥孔周圍設(shè)置空孔等措施控制爆破震動(dòng)的影響，減小爆破對隧道結(jié)構(gòu)的影響。

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