某公路隧道施工方法及鉆爆方案設(shè)計(jì)

陳俊成

(中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的騰飛發(fā)展，我國(guó)的交通設(shè)施也亟須大量建設(shè)，其中公路隧道的數(shù)量與日俱增。由于我國(guó)地域遼闊，隧道建設(shè)過(guò)程中會(huì)遇到各種巖層，以及各種特殊及不良地質(zhì)地段。本工程中，針對(duì)不同的圍巖級(jí)別及不良地質(zhì)概況，采用臺(tái)階法、短臺(tái)階法、三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法進(jìn)行公路隧道的開(kāi)挖，同時(shí)針對(duì)施工方法進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，盡量保護(hù)圍巖，減少圍巖擾動(dòng)，提高圍巖自身承載能力，為工程的順利施工提供安全保障[1-5]。

1 工程概況

某公路隧道全長(zhǎng)930 m，隧道進(jìn)口里程DK38+115，出口里程DK39+045，為單洞雙線隧道。隧道進(jìn)出口均采用斜切式洞門。隧道內(nèi)縱坡設(shè)置為單面上坡，坡度為3.0‰，坡長(zhǎng)930 m。其中主要穿越的地質(zhì)構(gòu)造有：DK38+770～DK38+810段發(fā)育白馬鋪-五峰鋪壓性斷裂，性質(zhì)不明。鉆探揭示本段巖性較復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖溶較發(fā)育；地下水類型為基巖裂隙水，接受大氣降水補(bǔ)給，向低洼處徑流排泄；主要巖層為灰?guī)r、沙巖、板巖等。

根據(jù)《隧規(guī)》圍巖分級(jí)判別方法，依據(jù)該隧道里程方向的巖土性質(zhì)，判定該隧道的圍巖分級(jí)為Ⅲ～V級(jí)，隧道洞口段洞門設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為35 m，Ⅲ級(jí)圍巖長(zhǎng)度約為450 m，占隧道全長(zhǎng)的48.3%，Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)度約為205 m，占隧道全長(zhǎng)的22%，Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)約190 m，占隧道全長(zhǎng)的20%。

2 洞身施工方法

根據(jù)圍巖分級(jí)劃分方法，確定本公路隧道施工方法。如表1所示。

表1 圍巖分級(jí)對(duì)應(yīng)施工方法表

2.1 臺(tái)階法施工

本隧道Ⅲ級(jí)圍巖部分正洞采用臺(tái)階法施工，整個(gè)隧道斷面分為上下兩部分，如圖1所示。隧道掘進(jìn)采用光面爆破，其目的是保證隧道開(kāi)挖輪廓圓順、光滑，確保隧道圍巖本身的承載能力，盡量避免爆破對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，隧道上下臺(tái)階長(zhǎng)度分別為30 m、10 m。隧道上臺(tái)階利用簡(jiǎn)易工作臺(tái)架，再采用YT風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行炮眼鉆孔，下臺(tái)階采用鑿巖機(jī)進(jìn)行炮眼鉆孔，一次掘進(jìn)長(zhǎng)度為3 m。二次襯砌采用液壓鋼模模板臺(tái)進(jìn)行襯砌施工。

圖1 臺(tái)階法施工示意圖(cm)

2.2 短臺(tái)階法施工

當(dāng)遇到隧道巖性為Ⅳ級(jí)及Ⅴa級(jí)時(shí)，采用短臺(tái)階法施工，臺(tái)階分為上、中、下三個(gè)，如圖2所示。臺(tái)階循環(huán)長(zhǎng)度均為5 m，爆破依然采用光面爆破。上臺(tái)階與上節(jié)所述臺(tái)階法施工相同，先利用簡(jiǎn)易工作臺(tái)架，再采用YT風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行炮眼鉆孔，開(kāi)挖進(jìn)尺為1.8 m。

2.3 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工

當(dāng)圍巖級(jí)別為Vb級(jí)時(shí)，施工方法采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，人工鎬配合長(zhǎng)臂挖掘機(jī)聯(lián)合開(kāi)挖，如有特殊情況可進(jìn)行微振動(dòng)爆破。炮眼采用YT28風(fēng)鉆機(jī)打眼，配備非電毫秒雷管進(jìn)行起爆，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺保證在0.6 m。圖中臺(tái)階長(zhǎng)度根據(jù)施工機(jī)具條件與圍巖情況確定，一般≤30 m。

圖2 短臺(tái)階法施工示意圖(cm)

3 鉆爆法施工

根據(jù)鉆爆法作業(yè)程序，首先進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，然后確定炮眼位置進(jìn)行測(cè)量布眼，根據(jù)布眼點(diǎn)及實(shí)際情況采用適合的機(jī)械鉆孔，鉆孔結(jié)束后裝藥聯(lián)線，人員撤離起爆，在通風(fēng)降塵達(dá)到要求后排險(xiǎn)撬頂，最后出碴。

3.1 鉆爆設(shè)計(jì)

根據(jù)工程概況，該公路隧道開(kāi)挖常用的炸藥藥卷直徑有兩種，每m重量如表2所示。

表2 隧道開(kāi)挖常用炸藥每m重量一覽表

在Ⅲ級(jí)圍巖上下臺(tái)階開(kāi)挖斷面面積為132.42 m2時(shí)，上臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺2.5 m，鉆孔136個(gè)左右，下臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺3.0 m，鉆孔44個(gè)。其中上臺(tái)階斷面掏槽眼20個(gè)，平均裝藥2.6 kg；輔助眼80個(gè)，裝藥0.4 kg；周邊眼33個(gè)，裝藥0.4 kg；底板眼3個(gè)，裝藥3.0 kg。下臺(tái)階布置32個(gè)輔助眼，每個(gè)輔助眼裝藥1.6 kg；周邊眼布置12個(gè)，為了減少圍巖擾動(dòng)，巖壁光滑，裝藥量控制在0.4 kg。由于硅質(zhì)灰?guī)r自身特性，炮眼炸藥用量指標(biāo)控制在0.5～0.65 kg/m3之間。三臺(tái)階法鉆爆設(shè)計(jì)不再贅述。鉆爆設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖3～4、表3～5所示。

圖3 兩臺(tái)階法鉆爆設(shè)計(jì)圖

注：1.圖示單位為mm；2.本圖為三臺(tái)階法施工的鉆爆設(shè)計(jì),其中炸藥單耗為初步設(shè)計(jì)，施工時(shí)根據(jù)實(shí)際爆破效果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整

表3 臺(tái)階法中導(dǎo)爆破參數(shù)表

表4 臺(tái)階法上導(dǎo)爆破參數(shù)表

表5 臺(tái)階法下導(dǎo)爆破參數(shù)表

為減少圍巖擾動(dòng)而采用光面爆破，參數(shù)主要參考《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ214-2005)第6.3.6條光面爆破參數(shù)表，選用值如表6所示：

表6 光面爆破參數(shù)表

3.2 開(kāi)挖作業(yè)

3.2.1 鉆孔作業(yè)

(1)炮眼布置原則

掏槽眼：正洞圍巖采用斜眼掏槽。

周邊眼：為了控制光面爆破后出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象，要嚴(yán)格控制周邊眼的間距合理。

內(nèi)圈眼：周邊眼抵抗線邊緣處設(shè)置內(nèi)圈眼，其孔距不小于周邊眼抵抗線。

輔助眼：根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)巖性實(shí)際情況，輔助眼的間距取值控制在0.35～0.7 m，當(dāng)巖石堅(jiān)硬強(qiáng)度高時(shí)，取小值；當(dāng)巖性強(qiáng)度低時(shí)，取大值。

底板眼：底板眼布置是否合理直接關(guān)系到隧道開(kāi)挖輪廓的優(yōu)劣，因此在開(kāi)挖輪廓底線位置處設(shè)置底板眼，同時(shí)稍微加大炸藥量。

(2)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)：準(zhǔn)、直、平、齊

準(zhǔn)：當(dāng)巖性較好時(shí)，按照設(shè)計(jì)直接采用合適的機(jī)具鉆孔即可。當(dāng)圍巖出現(xiàn)節(jié)理、裂隙時(shí)，鉆孔往往需要進(jìn)行一定量的孔位移動(dòng)，如頂眼和幫眼，前者是左右移動(dòng)后者是上下移動(dòng)，周邊眼孔位放線偏差在±1 cm范圍內(nèi)。眼口開(kāi)口誤差應(yīng)遵循以下原則：視圍巖級(jí)別高低，眼口可向隧道輪廓線內(nèi)偏1～3 cm，輪廓線周邊的眼口則以0.03的外插角向外插，且外插的方向與隧道輪廓線法線方向保持一致。

直：在直線段上，為了炮眼與邊墻孔在同一條垂線上，需先在炮眼位置鉆上標(biāo)準(zhǔn)孔，再插上炮桿。

平：保證周邊各炮眼互相平行。

齊：炮眼底部應(yīng)保證在同一平面上且垂直隧道軸線，掏槽眼加深約15 cm。

3.2.2 裝藥作業(yè)

清孔:為了保證炮孔內(nèi)裝藥順暢和連貫，先采用高壓風(fēng)將炮孔內(nèi)的積水和殘?jiān)蹈蓛?，再進(jìn)行裝藥。

裝藥:為了保證裝藥量與設(shè)計(jì)相同，裝藥前需要核對(duì)雷管段數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)等信息。裝藥時(shí)，為了避免雷管破損或拉雷管，起爆藥要采用炮棍緩慢地將其送到炮眼底部。

裝藥檢查:檢查人員需要檢查雷管段數(shù)，并標(biāo)注于孔外導(dǎo)爆管上，同時(shí)檢查藥卷規(guī)格及其長(zhǎng)度，確保均符合要求。

堵塞:裝藥后利用炮泥將孔口位置封堵30 cm，保證封堵嚴(yán)密。

3.2.3 爆破作業(yè)

爆破順序：首先進(jìn)行掏槽眼起爆，后是輔助眼、內(nèi)圈眼，最后起爆是周邊眼和底板眼。

聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)：聯(lián)結(jié)時(shí)盡量與孔眼接近，且保證孔外網(wǎng)路聯(lián)結(jié)整齊，不出現(xiàn)打結(jié)等現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)工程概況及《隧規(guī)》圍巖分級(jí)方法，確定公路隧道圍巖級(jí)別分為Ⅲ～V級(jí)，分別采用臺(tái)階法、短臺(tái)階法及三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工。

(2)給出了每種施工方法具體臺(tái)階長(zhǎng)度及施工掘進(jìn)長(zhǎng)度，及采用控制爆破減小圍巖擾動(dòng)。

(3)給出了臺(tái)階法及短臺(tái)階法鉆爆設(shè)計(jì)、炮眼個(gè)數(shù)及裝藥量，保證爆破效果。

(4)總結(jié)了鉆爆施工工序，為工程順利爆破提供安全保障。