不良地質(zhì)條件下隧道爆破施工技術(shù)

季 楠

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100010)

1 工程概況

1.1 工程介紹

在巖質(zhì)區(qū)域開展隧道建設(shè)施工的過程中往往會應(yīng)用到爆破開挖施工方法，為了保證效果，必須合理地設(shè)置爆破參數(shù)，提高隧道圍巖、周圍環(huán)境以及襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。該施工方法的應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了在不良地質(zhì)條件下的安全掘進(jìn)施工，而且保證了隧道施工質(zhì)量和工期。

本文涉及的隧道工程具體為巴基斯坦KKH二期(赫韋利揚(yáng)-塔科特)項(xiàng)目第5標(biāo)段Battal隧道，隧道全長1453 m，經(jīng)過詳細(xì)的勘查發(fā)現(xiàn)該條隧道所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造擠壓程度較大，小型褶皺發(fā)育，絕大多數(shù)的巖石為破碎狀態(tài)。經(jīng)過研究決定應(yīng)用爆破開挖方法施工。在實(shí)際施工的過程中應(yīng)用到臺階開挖方法對IV級圍巖進(jìn)行開挖施工，并應(yīng)用三臺法開挖方法對V級圍巖進(jìn)行開挖施工。

本項(xiàng)目的地質(zhì)條件屬于典型的不良地質(zhì)條件，在施工時為了保證隧道施工過程中的安全性，必須合理地設(shè)置爆破參數(shù)，這同時也是項(xiàng)目工程建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。

1.2 工程地質(zhì)

該項(xiàng)目位于印度版塊與喜馬拉雅版塊結(jié)合帶南側(cè)邊緣，構(gòu)造擠壓仍然強(qiáng)烈，小型褶皺發(fā)育，巖體呈現(xiàn)出較為破碎的狀態(tài)。但是部分標(biāo)段的地質(zhì)區(qū)域構(gòu)造較簡單，沒有發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造活動的跡象。

1.3 氣象、水文情況

該項(xiàng)目所在區(qū)域的氣候?yàn)榈湫偷膩啛釒駶櫄夂?，全年可分?個季節(jié)，具體為冬季、春季、夏季、雨季季風(fēng)和秋季。6月份是全年最熱的月份，地表平均溫度可達(dá)38 ℃。7月份是全年最潮濕的月份，夜間出現(xiàn)暴雨或者雷雨天氣的概率最大。1月份氣溫最低，平均溫度為3.9 ℃。

1.4 隧道結(jié)構(gòu)形式

隧道結(jié)構(gòu)主要有3種結(jié)構(gòu)形式，具體如下。

(1)隧道洞口結(jié)構(gòu)形式。針對隧道洞口，在實(shí)際施工的過程中需要綜合考慮工程地質(zhì)條件以及隧道進(jìn)出口位置的地形特點(diǎn)，還需考慮洞口實(shí)際的排水需要以及開挖邊仰坡的穩(wěn)定性等內(nèi)容，嚴(yán)格遵守“早進(jìn)晚出”的原則開展隧道洞口施工，在對隧道洞口進(jìn)行施工時盡量不要大開大挖，本標(biāo)段的隧道洞口結(jié)構(gòu)形式為端墻式。

(2)隧道明洞結(jié)構(gòu)形式。為了保證洞口山體的穩(wěn)定性以及洞內(nèi)行車的安全性，必須綜合考慮隧道洞口的地質(zhì)和地形情況，在隧道暗洞口設(shè)置不同長度的明洞，明洞的部分襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(3)隧道洞身結(jié)構(gòu)形式。隧道暗洞襯砌采用新奧法原理設(shè)計(jì)，采用柔性支護(hù)體系的復(fù)合式襯砌，即以噴、錨、網(wǎng)、拱架等為初期支護(hù)，以模筑鋼筋混凝土為二次襯砌；為了保證項(xiàng)目施工安全，在應(yīng)用新奧法施工的過程中應(yīng)全面考慮實(shí)際的地質(zhì)地層條件配合應(yīng)用超前小導(dǎo)管注漿等支護(hù)措施。

2 爆破施工方法概述

在隧道開挖施工的過程中，通常會涉及到臺階光面弱爆破施工技術(shù)以及松動爆破技術(shù)的應(yīng)用，施工過程中分多個斷面，主要的施工形式為立體交叉施工，在實(shí)際施工時一般需要邊支護(hù)邊開挖，以提高施工過程中的安全性[2]。在開挖過程中應(yīng)綜合考慮不同的開挖部分以及具體的圍巖類別，確定最為合理的爆破參數(shù)，通常來說需合理控制炸藥單耗處于0.35～1.8 kg/m3之間，然后根據(jù)實(shí)際的爆破效果對爆破施工進(jìn)行調(diào)整。

3 爆破設(shè)計(jì)與施工

3.1 爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

在爆破施工的過程中，爆破參數(shù)一般會直接決定爆破的效果，除了需要控制掏槽參數(shù)之外，還需要合理控制鉆研爆破的參數(shù)，諸如炮眼深度、裝藥直徑、炮眼數(shù)目等。另外需要重點(diǎn)考慮爆破參數(shù)的設(shè)置和爆破質(zhì)量之間的關(guān)系。

(1)單位炸藥量。單位炸藥量的設(shè)計(jì)不僅會對爆堆形狀、巖石破碎的速度以及巖塊分散的距離產(chǎn)生影響，還會影響圍巖的穩(wěn)定性、炮眼的利用效率以及斷面的輪廓質(zhì)量等。

(2)炮眼直徑。炮眼直徑大小會對爆破后巖壁的平整度、鉆眼效率、炸藥的單耗造成直接的影響，本文涉及項(xiàng)目應(yīng)用直徑為φ42 mm的炮眼。

(3)炮眼深度。炮眼深度會對每一個掘進(jìn)循環(huán)的掘進(jìn)速度、工作量以及具體的完成時間產(chǎn)生直接的影響，本文涉及項(xiàng)目在調(diào)整炮眼深度時綜合考慮圍巖類型、爆破環(huán)境以及具體的開挖方法，炮眼深度處于1.2～3.5 m之間。

(4)炮眼利用率。在設(shè)置炮眼時炮眼利用率是十分重要的參數(shù)和指標(biāo)，一般來說在隧道掘進(jìn)施工的過程中炮眼利用率在0.85～0.95為最優(yōu)。因?yàn)楸竟こ痰乃淼罃嗝娣秶^大，所以決定將炮眼利用率設(shè)置為0.85。

(5)裝藥結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行裝藥，應(yīng)用間隔裝藥法對光爆孔進(jìn)行裝藥，其他炮孔一般應(yīng)用連續(xù)裝藥法。

(6)爆破器材選用。將巖石乳化炸藥裝入炮孔內(nèi)，周邊的炮眼應(yīng)用φ25的光爆藥卷。光瀑孔一般會涉及到安全導(dǎo)爆索的應(yīng)用。

(7)爆破參數(shù)。應(yīng)用臺階爆破開挖施工方法對隧道內(nèi)Ⅳ級圍巖進(jìn)行開挖施工，并應(yīng)用三臺階爆破開挖方法對隧道內(nèi)V級圍巖進(jìn)行開挖施工。

3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

(1)放樣布眼。在開挖隧道期間務(wù)必準(zhǔn)確測定所有循環(huán)中的數(shù)據(jù)參數(shù)，并且反復(fù)核對，采取有效措施控制斷面結(jié)構(gòu)，運(yùn)用紅油漆標(biāo)記開挖部位的輪廓線，進(jìn)行炮眼點(diǎn)的定位處理，并且偏差不可超過5 cm。

(2)定位鉆孔。鉆眼依照標(biāo)識進(jìn)行作業(yè)。鉆眼過程中應(yīng)該始終和隧道軸線處于平行狀態(tài)，除底眼外的炮眼應(yīng)該小于眼底的5 cm，如此巖粉方可由炮眼中有效流出。掏槽眼應(yīng)該防止產(chǎn)生相互打穿的現(xiàn)象，底眼還要深于其他炮眼的20 cm。

(3)清孔裝藥。裝藥開始之前將炮眼位置使用壓縮空氣清理干凈，同時檢查炮眼數(shù)量，以保證其達(dá)到設(shè)計(jì)方案的要求。在裝藥的過程中，組織人員進(jìn)行雷管段分別設(shè)置，根據(jù)爆破順序來裝藥，并根據(jù)工程量分區(qū)域進(jìn)行，定員定崗?fù)瓿稍擁?xiàng)工作以保證裝藥順利進(jìn)行，不能存在雷管段混亂布置的情況，從而提升爆破的效果。炮眼裝藥完成之后需要使用炮泥進(jìn)行封堵處理。裝藥開始前按照要求來計(jì)量單孔的藥量，并將炮眼內(nèi)的雜質(zhì)清除干凈，不能存在任何堵塞物影響爆破質(zhì)量。

(4)網(wǎng)絡(luò)連接。起爆時采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)的方式，此時的連接雷管應(yīng)該嚴(yán)格控制在12根以內(nèi)。連接雷管需應(yīng)用在相同的施工段內(nèi)，連接完成之后組織人員進(jìn)行質(zhì)量檢查，避免存在連接錯誤的情況，保證連接質(zhì)量達(dá)到要求才能開始起爆操作。

4 隧道爆破工作安全管理控制策略

4.1 做好爆破施工作業(yè)技術(shù)交底工作

通常來講，隧道爆破工程師需要結(jié)合隧道的具體開挖流程，包括圍巖等級與支護(hù)類型等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上制定完善的隧道爆破施工方案，如果出現(xiàn)下述情況，那么隧道爆破施工方案也需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)與調(diào)整：一是隧道內(nèi)部地質(zhì)條件發(fā)生變化，例如同一個掌子面內(nèi)部包含可爆炸性不同的巖石，發(fā)現(xiàn)新軟弱帶與斷層。二是隧道爆破鉆孔數(shù)量發(fā)生變化，現(xiàn)階段很多隧洞仍然運(yùn)用風(fēng)動鑿巖機(jī)實(shí)施鉆孔，采用此種方法會出現(xiàn)較大的鉆孔誤差，故設(shè)計(jì)單位要結(jié)合隧道爆破鉆孔數(shù)量加強(qiáng)裝藥參數(shù)調(diào)整。為了更好地提升隧道爆破施工安全水平，減少欠挖現(xiàn)象與超挖現(xiàn)象的發(fā)生，在裝藥作業(yè)之前技術(shù)負(fù)責(zé)人員需要將各項(xiàng)安全施工內(nèi)容向施工作業(yè)人員進(jìn)行交底，保證隧道爆破施工的有序進(jìn)行。

4.2 加大裝藥施工安全管理力度

隧道爆破裝藥專項(xiàng)人員應(yīng)該反復(fù)匯總并且核對雷管段及數(shù)量，炸藥數(shù)目，防止出現(xiàn)施工人員隨意領(lǐng)取的現(xiàn)象。在隧道爆破期間，相關(guān)管理人員務(wù)必做到以下幾點(diǎn)：首先，確定起爆藥包制備的注意事項(xiàng)，施工人員要把雷管由藥卷底部沿軸心插入，此過程中雷管底部應(yīng)該始終朝孔外的方向，還要借助炮桿往炮孔內(nèi)部轉(zhuǎn)移規(guī)定數(shù)量的起爆藥包，實(shí)際振搗施工期間切忌用力過度。其次，應(yīng)該強(qiáng)化對裝藥管理工作，施工人員能夠同時運(yùn)用炮桿及腳線，在腳線移動的同時進(jìn)行炮桿的轉(zhuǎn)移，炮桿和腳線的移動應(yīng)該同步。

4.3 保證鉆孔質(zhì)量

控制炮眼間隔，進(jìn)而使得鉆爆質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，此外炮眼偏差與輔助眼間隔的實(shí)際數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的誤差不能超過5 cm，周邊眼的實(shí)際斜率與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的偏差不能超過5 cm/m，孔底處要處于同一平面。結(jié)束鉆孔作業(yè)后應(yīng)該馬上進(jìn)行孔底清潔處理，還要借助炮泥完成孔口封堵施工，從而真正地提升裝藥施工的整體水平[4]。

5 結(jié)語

針對不良地質(zhì)條件，在開展爆破開挖施工的過程中只有合理設(shè)置爆破參數(shù)才能保證爆破施工的質(zhì)量。本文涉及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，在施工時針對不同的圍巖設(shè)計(jì)了不同的爆破參數(shù)，最大限度地保證了隧道施工過程中的安全性。