無中導(dǎo)洞連拱隧道后行洞施工爆破控制

儲桂華

文章結(jié)合施工項(xiàng)目無中導(dǎo)洞連拱隧道施工中遇到的問題及應(yīng)對措施，通過施工技術(shù)介紹，總結(jié)隧道施工的相關(guān)管理經(jīng)驗(yàn)。通過控制爆破、監(jiān)控量測等有效措施進(jìn)行病害預(yù)防及治理，對同類工程的施工管理具有一定參考價(jià)值。

一、工程概況

五臺山2號隧道位于云南省麗江市玉龍縣黃山鎮(zhèn)五臺社區(qū)境內(nèi)，設(shè)計(jì)速度80km/h，長517米，為雙向四車道連拱隧道。整個隧道位于直線上，隧道區(qū)海拔介于2474m～2548m之間，相對高差小于80m，最大埋深70m。隧道圍巖以弱～中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎；地下水則以松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水為主。

二、工程地質(zhì)概況

1.地形地貌

隧道海拔高程介于2474.5～2548.6m之間，相對高差小于80m，屬中低山巖溶化山地地貌區(qū)，隧道進(jìn)口較陡峭，植被較好，多松樹等喬木，基巖裸露差，進(jìn)口位于麗江火車站進(jìn)站以南約500m斜坡地帶，出口位于麗江火車站出站端以南約600m斜坡一帶，進(jìn)、出口均有土質(zhì)便道可達(dá)附近。交通條件一般。

2.地質(zhì)巖性

該段路線區(qū)域上位于揚(yáng)子亞板塊之鹽源-麗江陸緣拗陷帶，位于北東向構(gòu)造體系的程海斷裂與麗江-劍川斷裂之間。地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，褶皺與斷裂十分發(fā)育，線路經(jīng)過的范圍主要有寧蒗沉降帶、金沙區(qū)隆起區(qū)、鳴音沉降帶及玉龍雪山隆起區(qū)。路線附近發(fā)育有麗江-金棉斷裂（F27）等。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，隧道區(qū)域內(nèi)主要地層為第四系殘坡積（Q4el+dl）層、三疊系中統(tǒng)北衙組中段（T2b2）巖層。

3.水文、氣候

隧址區(qū)地表水不發(fā)育，沖溝內(nèi)無常年流水，大氣降水順山坡向溝底匯集，形成暫時(shí)性水流。以隧道中部為分水嶺，向兩側(cè)低洼溝槽排泄，區(qū)域上屬金沙江水系。隧道區(qū)地下水為第四系孔隙水類型、碳酸鹽巖巖溶水類型。第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以潛水形式出現(xiàn)，水量甚微；巖溶水賦存于白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r節(jié)理裂隙、巖溶管道中，埋藏較深，水量較豐富。地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，以巖溶裂隙或巖溶管道進(jìn)行徑流、排泄，排泄量較大。

4.不良地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查顯示：隧道區(qū)不良地質(zhì)為巖溶，未見有泥石流、滑坡、崩塌等不良地質(zhì)作用發(fā)育。

巖溶：隧道洞身通過巖性為三疊系中統(tǒng)北衙組中段白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等，均為可溶巖。野外調(diào)查，地表溶溝、溶槽發(fā)育，巖體表面多呈刀砍狀。據(jù)鉆孔及物探資料綜合分析，洞身段巖溶中等發(fā)育，局部強(qiáng)發(fā)育。鉆孔揭示溶洞高0.8～5m不等，均被黏土或碎石土填充。據(jù)測區(qū)地形地貌條件，推測隧道通過地段位于巖溶垂直滲流帶及地下水季節(jié)交替帶，巖溶中等發(fā)育，隧道開挖不排除遇豎井樁溶洞，雨季易受突然涌水、涌泥的危害，施工中應(yīng)加強(qiáng)超前預(yù)測、預(yù)報(bào)、支護(hù)及防排水措施。

三、施工方法及工藝流程

1.開挖方法

本隧道的洞身施工遵循“弱爆破、短進(jìn)尺、少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的施工原則，洞口及易坍塌軟弱圍巖地段采用環(huán)形開挖留核心土法開挖，隧道洞身Ⅴ級圍巖段采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法開挖，Ⅳ級圍巖地段采用上下斷面臺階法開挖。施工過程中主要存在問題：后行洞在爆破開挖過程中易導(dǎo)致先行洞二襯發(fā)生開裂。

2.施工要點(diǎn)

（1）隧道洞身開挖

五臺山2號隧道為無中導(dǎo)洞連拱隧道，主洞開挖時(shí)，先行洞二襯完成段與后行洞掌子面的距離不小于40m。后行洞施工開挖時(shí)，加強(qiáng)超前支護(hù)，并及時(shí)施作初期支護(hù)。本隧道主要以爆破開挖為主，后行洞采用控制爆破施工，爆破震動速度控制標(biāo)準(zhǔn)值控制在20cm/s以內(nèi)（《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定交通隧道的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)在10～20cm/s之間），嚴(yán)格控制超、欠挖。施工過程中加強(qiáng)后行洞開挖爆破對先行洞初期支護(hù)和二次襯砌震動影響的監(jiān)控。結(jié)合我公司掌握隧道施工技術(shù)和本項(xiàng)目其它單位連拱隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，后行洞采用分次爆破+炮捶破碎相結(jié)合的施工方法減少后行洞爆破對先行洞初期支護(hù)及二襯的震動影響。

（2）后行洞爆破控制

五臺山2號隧道主要為Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段落，開挖主要以爆破作業(yè)為主，加強(qiáng)監(jiān)測。盡量減少施工中對圍巖的擾動，發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。先行洞拱部、邊墻采用的爆破方式為光面爆破；后行洞上臺階采用三次爆破開挖（即：第一次爆破將掏槽眼從中線右移2m，爆破隧道斷面2/3，呈現(xiàn)臨空面，第二次爆破左側(cè)邊眼距左側(cè)中隔墻2m，最左側(cè)兩排炮眼安裝紅線，控制用藥量，剩余2m范圍采用破碎錘機(jī)械鑿除）。首先進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，獲得滿足控制爆破要求的爆破參數(shù)，然后進(jìn)行放樣鉆眼，再根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行裝藥，最后進(jìn)行爆破，并及時(shí)清理洞渣。

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)：根據(jù)圍巖類別、爆破震動效應(yīng)監(jiān)測和砼應(yīng)力應(yīng)變量測及時(shí)調(diào)整炮眼布置、起爆順序和裝藥量。

①鉆爆參數(shù)的選擇：由爆破試驗(yàn)確定，其試驗(yàn)主要參照表1。

表1 光面爆破參數(shù)表

②Ⅳ級圍巖鉆爆設(shè)計(jì)

Ⅳ級圍巖采用上下斷面臺階法開挖，采用雙斜形掏槽眼；周邊眼布設(shè)按經(jīng)驗(yàn)公式（炮眼間距E=16d，其中d為炮眼口徑）計(jì)算，周邊眼間距取為50cm，最小抵抗線W=1.25E，取值為60cm，炮眼密緊系數(shù)E/W=0.83，要求成眼距離準(zhǔn)確，眼與眼之間平行。外圈輔助眼與二圈眼的距離要保持一致、整齊，其他輔助眼的布置則根據(jù)掌子面剩余空間按梅花形均勻布置，垂直鉆孔。炮眼布置如圖1。

圖1 后行洞爆破示意圖

每循環(huán)總炸藥用量：Q = qV

式中：

Q—掘進(jìn)每循環(huán)所需總炸藥量(kg)，Ⅳ級圍巖取0.75kg/m3；

q—單位耗藥量(kg/m3)；

V—1個循環(huán)進(jìn)尺所爆落的巖石總體積(m3)，其值為V=SL

其中：

S—右洞上臺階開挖斷面面積(m2)，S=64.48m2；

L—炮眼平均深度(m)，L=1.8m；

—炮眼利用率取0.9。

故

Q =0.75×64.48×1.80×0.90=78.34kg

根據(jù)爆破振動安全允許距離，按下式計(jì)算：

R=（K/V）1/α·Q1/3

式中：

R—爆破振動安全允許距離（m）；

Q—炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量（kg）；

V—保護(hù)對象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速（cm/s）；

K,α—與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定；在無試驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下，可參考表2中選取。

表2

本隧道圍巖屬于較堅(jiān)硬巖，K值取200，α值取1.7。采用微差爆破，第一次爆破單孔最大用藥量0.9kg，第二次爆破單孔最大用藥量0.3kg，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求V值取15。

第一次爆破振動安全允許距離：R=（K/V）1/α·Q1/3=（200/15)1/1.8×0.91/3=4.07m

第一次爆破距離中夾巖柱外側(cè)最小距離為4m，單孔最大裝藥量位于掏槽眼位置，滿足計(jì)算要求。

第二次爆破振動安全允許距離：R=（K/V）1/α·Q1/3=（200/15）1/1.8×0.31/3=2.82m

第二次爆破距離中夾巖柱外側(cè)最小距離為3m，單孔最大裝藥量位于臨空面一側(cè)炮眼，滿足計(jì)算要求。

通過在現(xiàn)場實(shí)際施工驗(yàn)證，該種方法基本滿足要求，現(xiàn)行洞二襯未發(fā)生裂縫。

圖2 破碎錘施工

（3）關(guān)鍵控制點(diǎn)

①由于該隧道結(jié)構(gòu)不使用中隔墻，而是在兩洞相鄰處共用一段初期支護(hù)，因此，為防止左幅（先行洞）右側(cè)拱、墻部噴射混凝土開裂，并確保噴射混凝土施工質(zhì)量、提高其整體性，采取在左幅（先行洞）右側(cè)拱、墻部施作鋼筋網(wǎng)，其中Ⅴ級圍巖內(nèi)側(cè)（隧道凈空側(cè)）鋼筋網(wǎng)采用Φ16單層鋼筋網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)凈保護(hù)層厚5cm），中間位置鋼筋網(wǎng)采用Φ8單層鋼筋網(wǎng)；Ⅳ級圍巖內(nèi)側(cè)（隧道凈空側(cè)）鋼筋網(wǎng)采用Φ12單層鋼筋網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)凈保護(hù)層厚5cm），中間位置鋼筋網(wǎng)采用Φ8單層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)待開挖面初噴2cm混凝土后進(jìn)行設(shè)置，并緊貼噴砼面掛設(shè)。左幅（先行洞）右側(cè)邊墻部鋼筋網(wǎng)采取短錨桿固定，錨桿錨固圍巖內(nèi)長25cm。

②防止搭接處的應(yīng)力集中，初期支護(hù)的搭接要圓順。為增加搭接處地基的承載力，基底應(yīng)加設(shè)注漿小導(dǎo)管，并注漿。后行洞拱架與先行洞拱架搭接時(shí)嚴(yán)格控制好焊接質(zhì)量，在兩側(cè)和底部增加三根螺紋鋼焊接進(jìn)行加強(qiáng)。

圖3 拱架連接處

（4） 隧道監(jiān)控量測

隧道洞內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，按照頻率進(jìn)行觀測。具體按如下要求執(zhí)行：

①量測點(diǎn)的安設(shè)保證初讀數(shù)在開挖后12h內(nèi)和下一循環(huán)開挖前完成，并測取初讀數(shù)。

②測點(diǎn)安設(shè)在距開挖工作面1m范圍內(nèi)，且不大于一循環(huán)進(jìn)尺，并精心保護(hù)，不受下一循環(huán)爆破的破壞。

③各項(xiàng)位移量測的測點(diǎn)，一般可布置在同一斷面內(nèi)，測點(diǎn)統(tǒng)一在一起，測設(shè)結(jié)果能相互印證，協(xié)同分析與應(yīng)用。

根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)對后行洞Ⅳ級圍巖連續(xù)一周監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，水平收斂及拱頂下沉較小，圍巖自穩(wěn)能力較好。

四、質(zhì)量控制

為保證隧道施工質(zhì)量，根據(jù)隧道的工程特點(diǎn)及人員配置，主要采取以下幾個方面進(jìn)行控制：

1.人員管控

由有豐富施工經(jīng)驗(yàn)、懂技術(shù)、精管理的人員擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理，由技術(shù)精湛、經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員擔(dān)任總工，由經(jīng)驗(yàn)豐富、精管理的人員擔(dān)任現(xiàn)場副經(jīng)理，挑選施工經(jīng)驗(yàn)豐富、懂技術(shù)、責(zé)任心強(qiáng)、懂管理的工區(qū)主任和技術(shù)員，組建精干高效的項(xiàng)目機(jī)構(gòu)，保證工程的領(lǐng)導(dǎo)力量。調(diào)集具有類似工程施工經(jīng)驗(yàn)的施工班組，以高素質(zhì)的施工隊(duì)伍和雄厚的技術(shù)力量保證工程質(zhì)量。對進(jìn)場的施工班組進(jìn)行三級安全技術(shù)交底，有針對性地組織施工人員學(xué)習(xí)，進(jìn)行施工前的崗位培訓(xùn)，以保證工程施工的技術(shù)要求。建立健全的質(zhì)量保證體系，項(xiàng)目質(zhì)檢部對初支立架、二襯鋼筋綁扎等關(guān)鍵工序?qū)嵭信哉?，并由質(zhì)檢員向監(jiān)理報(bào)檢。施工隊(duì)設(shè)專職質(zhì)檢員，工班設(shè)兼職質(zhì)檢員，施工中嚴(yán)格實(shí)行“三檢制”，工序交接檢，保證工程施工的每一段、每個部位的質(zhì)量在施工的過程中受到控制。嚴(yán)格按照“過程檢驗(yàn)和試驗(yàn)控制程序”的內(nèi)容和要求，及時(shí)組織質(zhì)檢人員和試驗(yàn)人員對各工序進(jìn)行自檢，對出現(xiàn)的問題及時(shí)組織有關(guān)人員進(jìn)行研究分析，制定糾偏和預(yù)防措施，以確保達(dá)到實(shí)施效果。并及時(shí)通知監(jiān)理單位，經(jīng)現(xiàn)場認(rèn)可后，才能進(jìn)行下一步工序的施工。

2.設(shè)備管控

項(xiàng)目部組織人員對隧道使用的挖掘機(jī)、裝載機(jī)、出渣車、拌和機(jī)等大型機(jī)械進(jìn)行驗(yàn)收，對落后、破損嚴(yán)重的施工機(jī)械清理出場。要求作業(yè)隊(duì)伍對開挖臺車、防水板臺車及二襯臺車的臨邊防護(hù)安裝到位，刷上反光漆，配足安全防護(hù)用品。對二襯臺車進(jìn)行徹底打磨，在項(xiàng)目部和監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格之后才能進(jìn)行施工。配備濕噴機(jī)，掌子面初期支護(hù)嚴(yán)格采用濕噴工藝。

3.材料管控

為保障工地材料的供應(yīng)，項(xiàng)目部建立了材料溝通微信群，及時(shí)為隊(duì)伍提供水泥與鋼材，以滿足工地施工要求。試驗(yàn)室隨時(shí)對現(xiàn)場的原材料進(jìn)行取樣，對隊(duì)伍自行采購的不合格材料清理出場，杜絕不合格材料，保證隧道施工質(zhì)量。注重隧道材料日核算、價(jià)差量差分析工作，嚴(yán)格控制材料的領(lǐng)用工作，避免材料的浪費(fèi)和偷工減料。在澆筑二襯混凝土?xí)r，確保混凝土銜接及時(shí)，避免出現(xiàn)施工冷縫，技術(shù)員在現(xiàn)場實(shí)時(shí)盯控，杜絕工人私自加水，并觀察混凝土的質(zhì)量，及時(shí)與試驗(yàn)室聯(lián)系，要求試驗(yàn)室指派專人在拌和站全程跟蹤，根據(jù)現(xiàn)場反映情況及時(shí)調(diào)整混凝土配合比，保證混凝土的施工質(zhì)量。

4.工法管控

項(xiàng)目部在各工序施工之前，編制了施工組織設(shè)計(jì)和相應(yīng)的施工方案，對各施工班組也進(jìn)行了三級安全技術(shù)交底，要求隊(duì)伍必須嚴(yán)格按照方案施工。隧道開挖采用控制爆破，在圍巖較好時(shí)組織光面爆破，以確保開挖質(zhì)量，結(jié)合第三方超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對圍巖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，動態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)，嚴(yán)格控制炸藥用量，杜絕超欠挖現(xiàn)象，后行洞爆破嚴(yán)格按照項(xiàng)目部制定的專項(xiàng)方案執(zhí)行，即爆破采用微差控制爆破技術(shù)，掏槽采取楔形掏槽，每循環(huán)進(jìn)尺1.6m，周邊眼采用光面爆破，小范圍采用控制松動爆破法施工，靠近中隔墻位置采用破碎錘鑿除，減少后行洞爆破對先行洞初期支護(hù)及二次襯砌的擾動。在施工鎖腳錨桿和超前小導(dǎo)管時(shí)，現(xiàn)場技術(shù)員必須在現(xiàn)場盯控，對于隱蔽工程留下影像資料，鋼拱架間距采用尺量方法控制間距。噴射混凝土由噴混站拌和，由專業(yè)人員操作，保證噴射混凝土質(zhì)量，針對初支混凝土不平整的情況，要求隊(duì)伍及時(shí)進(jìn)行復(fù)噴，保證噴射混凝土外觀質(zhì)量。仰拱施做時(shí)，基底必須清理干凈，超挖部分采用同標(biāo)號混凝土回填，仰拱與填充應(yīng)分層澆筑，各結(jié)構(gòu)層橫向施工縫應(yīng)錯位50cm以上，仰拱澆筑不得分幅澆筑。橫向縱向排水溝安裝要連接順直，要有一定的坡度，保證排水順暢，防水板和土工布安裝要求松弛有度，焊縫滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求（搭接不小于10cm，焊縫寬1cm），做好排水管反包工作，禁止采用射釘固定防水板，留夠與下板土工布防水板的搭接長度。項(xiàng)目部成立QC小組針對二襯鋼筋保護(hù)層合格率，制定相關(guān)QC課題，采取有效措施，保證鋼筋保護(hù)層合格率。在綁扎二襯鋼筋時(shí)，質(zhì)檢人員全程監(jiān)控，組織強(qiáng)有力的測量人員進(jìn)行測量控制，綁扎完第一層鋼筋后再利用L筋進(jìn)行定位，即避免直接在防水板上定點(diǎn)不準(zhǔn)確的情況發(fā)生，又防止鋼筋刺穿防水板，合模板前綁扎足夠的混凝土墊塊，保證每平米不少于4個，以保證二襯鋼筋保護(hù)層合格率。為保證二襯混凝土外觀質(zhì)量，立模前對鋼模表面進(jìn)行徹底清理，并對接后進(jìn)行處理，以保證接縫平齊、嚴(yán)密不漏漿，脫模劑應(yīng)涂抹均勻。澆筑混凝土期間，現(xiàn)場技術(shù)員全程監(jiān)控，利用插入式和附著式振動器加強(qiáng)振搗，保證混凝土外觀質(zhì)量?；炷翉?qiáng)度達(dá)到75%以上才能拆模，個別地方出現(xiàn)問題及時(shí)修飾。拆模之后要及時(shí)采用霧炮機(jī)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于7天。

五、結(jié)語

本隧道在進(jìn)行Ⅴ級圍巖地段開挖時(shí)，先行洞采用三臺階（預(yù)留核心土）法，輔之以超前支護(hù)，短開挖、強(qiáng)支護(hù)，及時(shí)有效地控制了圍巖的變形；后行洞增設(shè)了臨時(shí)仰拱，有利于將隧道結(jié)構(gòu)所受偏壓轉(zhuǎn)移和傳遞至周圍巖體，也控制了其兩邊結(jié)構(gòu)的橫向位移，增加了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在Ⅳ級圍巖地段，采用上下臺階法并以光面爆破開挖為主，施工操作空間較大，有利于機(jī)械化施工，具有速度快、安全性高、開挖面平整光潔，精確爆破的特點(diǎn)。

與一般有中導(dǎo)洞連拱隧道相較而言，無中導(dǎo)洞連拱隧道施工的應(yīng)用將大大減少隧道總造價(jià)，可以在地方交通不發(fā)達(dá)、材料供應(yīng)緊缺的地區(qū)減少材料應(yīng)用，從而可減少人、料、機(jī)的投入，施工工期縮短、施工進(jìn)度增快。