隧道靜態(tài)機械與弱爆破組合開挖技術(shù)

□□ 金 泉，盧 杰，陳 龍 (浙江正方交通建設(shè)有限公司，浙江 金華 321000)

1 工程概況

龍蒲高速第八合同段起于小營子村，與第七設(shè)計段終點順接，起點樁號為K133+300，路線穿兩江隧道，經(jīng)磨石溝村南，于兩江鎮(zhèn)北側(cè)設(shè)置兩江互通，經(jīng)東江村、西江村、跨古洞河至第八設(shè)計段終點、終點樁號為K150+000，路線長度為16.704 km。兩江隧道左線長度為1 375 m，右線隧道長度為1 439 m，屬長隧道。隧道軸線間距為18.56～36 m，隧道進出口段為小凈距隧道，中間為分離式隧道，隧道進出口均采用削竹式洞門，隧道線路指標見表1。

表1 隧道路線平、縱面指標表

2 施工工藝及施工方法

該隧道采用靜態(tài)機械(挖掘機配破碎錘)開挖為主，輔以弱爆破；出渣采用裝載機裝至 15 t 自卸車運輸至棄渣場地，初期支護采用錨桿、鋼支撐、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土聯(lián)合支護，二次襯砌采用液壓襯砌臺車、輸送泵入?！，F(xiàn)場加強超前地質(zhì)預(yù)報、監(jiān)控量測信息的收集和管理，以指導(dǎo)施工。

因隧道長度較短，從進口單向掘進，隧道從進口方向進洞，獨頭掘進，避免與隧道出口施工產(chǎn)生干擾。掘進時，Ⅲ類圍巖采用全斷面法，IV類圍巖采用上下臺階法，V類圍巖(JQV采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法QV環(huán)形開挖留核心土法)，在隧道開挖作業(yè)時，必須采取有效的控制爆破，以確保施工安全。采用YT24型氣腿式鑿巖機鉆孔，采用楔形掏槽的爆破作業(yè)方式掘進，并控制循環(huán)進尺過長，避免產(chǎn)生的爆破有害效應(yīng)超過安全規(guī)程規(guī)定，該工程設(shè)計Ⅲ類圍巖循環(huán)進尺為3 m，IV類圍巖循環(huán)進尺為1.5 m以內(nèi)，V類圍巖循環(huán)進尺為0.9～1 m以內(nèi)。如遇地層較差時，爆破技術(shù)人員應(yīng)及時根據(jù)現(xiàn)場情況修改爆破進尺及爆破參數(shù)。

2.1 隧道施工方法與措施

隧道開挖采用鉆爆法，其工藝流程如圖1所示。以新奧法理論指導(dǎo)施工，鉆爆法施工工藝流程如圖2所示，光面爆破，爆破器材采用2號巖石硝銨炸藥，有水地段用乳化炸藥，周邊眼采用Φ25光爆小藥卷。裝巖運輸采用ZL-50裝載機配合25 t自卸式汽車運輸，直接運至業(yè)主指定的棄碴場。

圖1 隧道爆破施工工藝流程圖

圖2 隧道新奧法施工工藝流程框圖

2.2 施工方法、原則及順序

在龍蒲高速兩江隧道施工中，認真研究新奧法的施工關(guān)鍵要領(lǐng)，結(jié)合龍蒲高速第八合同段中兩江隧道附近的多河、地質(zhì)比較差的條件，遵循軟弱地質(zhì)洞隧道開挖“短進尺、弱爆破、強支護、早襯砌”的原則[1]。龍蒲高速兩江隧道施工時，針對小營子村存在的地質(zhì)環(huán)境，項目人員在工地現(xiàn)場增加施工測量的頻率，確保龍蒲高速兩江隧道施工安全。在龍蒲高速兩江隧道施工中，如遇施工的圍巖等自然條件與龍蒲高速兩江隧道勘探、設(shè)計時環(huán)境不一致時，要立即與監(jiān)理、設(shè)計單位溝通。在排除不利因素后，調(diào)整施工方案，以確保龍蒲高速兩江隧道在開挖過程的人員、設(shè)備等安全。

2.3 隧道開挖炮孔布置

隧道開挖炮孔布置如圖3和圖4所示。

圖3 間隔不耦合裝藥

圖4 耦合連續(xù)反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)

2.4 爆破網(wǎng)絡(luò)

在龍蒲高速兩江隧道施工項目中，爆破網(wǎng)絡(luò)中采用孔內(nèi)延的方式，在龍蒲高速兩江隧道口，爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接著重考慮爆破網(wǎng)絡(luò)與避免被爆破損傷的部位嚴格隔開保護，以Qmax=R3(VKP/KK′)3/α公式進行安全距離計算[2]，控制炸彈的藥量，保障龍蒲高速兩江隧道的山體不因震動而導(dǎo)致失穩(wěn)，式中R為最大一段齊爆藥量的幾何分布中心到鄰近被保護物的距離；K和α為地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)，兩江隧道施工項目中分別取200、1.8，K′為分散裝藥衰減系數(shù)，取1。

龍蒲高速兩江隧道掘進爆破的飛石主要為掏槽爆破飛石，其方向性比較統(tǒng)一，主要是呈一定角度扇形飛出。在龍蒲高速兩江隧道口，采用上下臺階開挖法向里作業(yè)。在兩江隧道進出口段50 m范圍中，針對飛濺的巖石，采用必要的措施進行保護，設(shè)置防護架避免巖石飛濺對施工人員造成傷害[3]。

3 洞口施工方案

3.1 進洞基本情況和步驟

進洞步驟具體如下：

(1)測量定位，項目人員用石灰粉等來設(shè)置開挖的路線、范圍。將兩江隧道石粉范圍土質(zhì)情況做一個判斷；兩江隧道洞面橫斷面與設(shè)計地形基本相同，開始邊仰坡坡頂天溝、截水溝等作業(yè)，并做好排水、防滲措施。在天溝、截水溝設(shè)于邊、仰坡頂以外≮5 m，溝底坡度根據(jù)地形設(shè)置，但≮3%，以免淤積[4]。

(2)進行兩江隧道明洞邊坡與洞口段開挖施工，再進行兩江隧道噴錨防護。

(3)對兩江隧道邊仰坡開挖及支護，再進行澆筑套拱的基礎(chǔ)混凝土，并及時進行施作套拱和管棚施工。

(4)進行兩江隧道明洞段部分的襯砌施工，設(shè)置臨時擋墻，進行土體回填并且達到明洞上部。

(5)在強度監(jiān)測檢查滿足要求后，再進行暗洞進洞作業(yè)。

3.2 邊坡開挖

兩江隧道洞口開挖采用流水作業(yè)，施工人員配合大型施工機械的開挖，有效去除邊仰坡上的雜石，平整坡面。洞口表層土方及植被等利用施工機械與手工配合清除，邊仰坡支護體系及時跟上，監(jiān)測人員及時監(jiān)測數(shù)據(jù)并觀察其變化，確保土體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保障邊仰穩(wěn)定以便于進洞工程的順利進行。

3.3 坡面防護

錨噴支護前，要清理洞口上方的危險碎石，洞口邊仰凹洼處采用漿砌片石充填，人工修補來達到坡面平滑。錨桿施工完成后初噴一層混凝土，再布設(shè)鋼筋網(wǎng)，與坡面保持密貼，采用濕噴機分層、分片噴射混凝土[5]。

4 掘進開挖方法

隧道施工采用新奧法施工工藝，Ⅴ級加強圍巖施工遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤測量、早封閉”的基本原則。兩江隧道 JQ5 圍巖采用人工和機械開挖，開挖循環(huán)進尺≯0.9 m，如需爆破，應(yīng)采用微爆破，單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。

擠壓性斷層段采取留核心土弧形導(dǎo)坑法開挖，采用光面控制爆破技術(shù)，盡量減少對圍巖的擾動，上臺階長度為3～5 m，下臺階長度為5～10 m，開挖循環(huán)進尺控制在0.75～1 m。擠壓性軟弱破碎圍巖變形較大，應(yīng)及時監(jiān)測，并確定二襯施作時機。若發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)變形較大，應(yīng)及時變更施工方案，可采用對于控制變形較好的CRD工法開挖，采取弱爆破、短進尺、多循環(huán)分開挖及可伸縮鋼拱架。

在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管并壓注水泥水玻璃漿液，漿液在注漿壓力的作用下快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結(jié)、膠化，形成具有一定強度和抗?jié)B阻水能力且以漿膠為骨架的固結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性和穩(wěn)定性；使超前小導(dǎo)管與固結(jié)體形成具有一定強度的殼體，在殼體的保護下進行開挖支護施工。

5 結(jié)語

兩江隧道洞身施工可能會發(fā)生坍塌、洞口失穩(wěn)、突水涌泥；風險等級為Ⅲ級，地質(zhì)條件比較差。采用隧道靜態(tài)機械與弱爆破組合開挖技術(shù)可以有效提高隧道的施工質(zhì)量，有利于保障隧道結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。隧道靜態(tài)機械與弱爆破組合開挖技術(shù)在兩江隧道上應(yīng)用效果顯著，提高了隧道結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量和使用年限，取得了良好的經(jīng)濟與社會效益。