太洪長(zhǎng)江大橋軟巖區(qū)懸索橋隧道錨控制爆破施工研究

王 將，張乙彬，劉 豪

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

1 前 言

隧道錨作為懸索橋主要的承力結(jié)構(gòu)物，其與周邊巖體承擔(dān)主纜傳遞而來(lái)的橋梁纜索拉力，是一種對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小、性價(jià)比高的錨碇結(jié)構(gòu)形式。在技術(shù)上，隧道錨較重力錨技術(shù)工藝復(fù)雜、施工難度更大。

砂泥巖是自然界中巖體結(jié)構(gòu)分布最為廣泛的一種形式，砂泥巖的風(fēng)化程度直接導(dǎo)致了巖體在受力、變形等方面具有明顯的各向異性，爆破后難以形成光滑的開(kāi)挖輪廓線，且在爆破設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)那闆r會(huì)加劇周邊圍巖節(jié)理裂隙的發(fā)展。同時(shí)，砂泥巖在破壞過(guò)程中其破壞節(jié)理、破壞方式也明顯不同于其他類型的巖體。因此，研究軟巖區(qū)錨碇隧洞控制爆破技術(shù)，可有效降低錨碇硐室圍巖損傷范圍，達(dá)到控制圍巖松動(dòng)圈的目的。另一方面，隧道硐室爆破施工中，開(kāi)挖爆破工程造價(jià)可達(dá)到整個(gè)隧道工程造價(jià)的30%以上，控制爆破對(duì)減少隧洞超欠挖，節(jié)約成本和加快施工進(jìn)度具有重要的意義。

2 工程概況

軟巖區(qū)懸索橋隧道錨控制爆破施工研究依托工程為太洪長(zhǎng)江大橋南岸錨碇隧洞，錨碇隧洞錨塞體嵌入中風(fēng)化圍巖以內(nèi)。隧洞縱向開(kāi)挖掘進(jìn)深度約96.8 m。其中，前錨室長(zhǎng)度35 m，錨碇隧洞錨塞體長(zhǎng)度58 m，候錨室長(zhǎng)度3.8 m，傾角40°。洞底最大單洞截面尺寸為18 m×19 m，拱頂半徑9 m，左右洞最小凈距47.271 m。

南岸隧道錨碇位于中風(fēng)化砂巖、泥巖地層，中厚層狀構(gòu)造，巖芯較完整，呈柱狀，局部巖芯較破碎，呈碎塊狀，裂隙較發(fā)育。巖體完整程度為破碎～較破碎，圍巖級(jí)別為Ⅴ類，土石等級(jí)為Ⅴ級(jí)，土石類別為次堅(jiān)巖石。

3 鉆爆優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 裝藥量參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)掏槽孔參數(shù)

根據(jù)類似工程地質(zhì)，楔形掏槽孔的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 楔形掏槽主要參數(shù)表

(2)輔助孔參數(shù)

輔助孔是起擴(kuò)槽和崩落巖體作用，一般采用垂直于掘進(jìn)面的鉆孔，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般間距和線裝藥量低于掏槽，本項(xiàng)目根據(jù)圍巖情況，硬巖取大值，軟巖取小值，如表2所示。

表2 輔助孔參數(shù)

(3)周邊孔參數(shù)優(yōu)化

周邊孔主要是起光爆效果，周邊孔線裝藥密度小，一般為不耦合、間隔裝藥，藥卷間用導(dǎo)爆索連接傳爆，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，周邊孔鉆孔方向稍向巖壁外傾斜5～10°，周邊孔對(duì)鉆鑿角度的要求較高，需要各個(gè)孔之間的鉆孔角度保持在一個(gè)平面上才具有較好的較果，如表3所示。

表3 周邊孔參數(shù)表

3.2 錨碇隧洞光面爆破(周邊孔)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

對(duì)錨碇隧洞周邊眼形式、爆眼的大小與間距、藥卷與雷管類型、半管裝藥耦合技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得錨碇隧洞光面爆破技術(shù)參數(shù)。再通過(guò)試爆段對(duì)爆破技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比、分析、修正，最后以達(dá)到減小隧道硐室圍巖松動(dòng)圈的目的。

(1)錨碇隧洞爆破周邊眼形式，大小與間距

周邊眼爆破控制是光面爆破的關(guān)鍵步驟，是決定隧道開(kāi)挖圍巖損傷范圍、超欠挖等重要工序。本項(xiàng)目采用間隔裝藥形式對(duì)周邊眼形式、大小與間距進(jìn)行優(yōu)化，利用空眼的導(dǎo)向作用達(dá)到控制光面效果。

(2)半管裝藥技術(shù)

通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)乃幘?，通過(guò)半管裝藥耦合技術(shù)對(duì)周邊眼爆破進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到控制隧道開(kāi)挖圍巖損傷范圍、控制錨碇隧洞圍巖的松動(dòng)圈。

(3)爆破器材優(yōu)化

選擇適當(dāng)?shù)谋破鞑模梢愿纳票菩Ч?，本?xiàng)目采用2號(hào)巖石及乳化炸藥(直徑32 mm的炸藥長(zhǎng)200 mm，重200 g)，電雷管，毫秒導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆索。鉆孔設(shè)備選用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，鉆孔直徑42 mm。

4 施工控制要點(diǎn)

(1)爆破采用近距離低烈度措施來(lái)達(dá)到減震、光面效果，少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

(2)注意爆破施工時(shí)炮孔角度的控制，定向、定量進(jìn)行爆破，保護(hù)隧道錨圍巖的完整性。

(3)為減小地震波和沖擊波，采用周邊光面控制爆破，毫秒雷管，跳段使用。

(4)爆破振動(dòng)在中部掏槽爆破時(shí)最大，對(duì)周邊建筑物的影響也最大，必須對(duì)掏槽的爆破方案進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

(5)根據(jù)巖層節(jié)理裂隙、巖性軟硬情況，修正孔距、用藥量，特別是修正周邊孔參數(shù)。

(6)空氣沖擊波的控制措施：禁止裸露爆破，采用減弱松動(dòng)爆破，使其缺少產(chǎn)生空氣沖擊波的多余能量；加強(qiáng)填塞，嚴(yán)禁不充填；采用分?jǐn)辔⒉畋萍夹g(shù)，減少單位時(shí)間內(nèi)的能量適施；設(shè)置阻擋墻，改變和減弱沖擊波的傳波影響。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，阻波墻能減弱防護(hù)方向的沖擊波鋒面壓力70%～85%左右。

5 錨碇隧洞爆破效果

表4 觀測(cè)點(diǎn)爆破振速

通過(guò)對(duì)太洪長(zhǎng)江大橋懸索橋錨碇隧道的圍巖聲波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)點(diǎn)圍巖振動(dòng)速度均小于2.5 cm/s。

6 結(jié) 論

(1)本項(xiàng)目爆破控制適用于砂泥巖地層錨碇隧洞施工，可以彌補(bǔ)砂泥巖地層錨碇隧洞施工爆破技術(shù)參數(shù)方面的空白，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，減少或防治爆破引起錨碇隧洞圍巖松動(dòng)圈損傷過(guò)大。

(2)本項(xiàng)目實(shí)施的微振動(dòng)控制爆破效果良好，形成圓順?biāo)淼垒喞€，達(dá)到充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力的目的，減少超欠挖工程量，減少了工程建設(shè)期內(nèi)的施工成本。

(3)本項(xiàng)目的實(shí)施解決了限制隧道錨大規(guī)模發(fā)展的瓶頸，通過(guò)軟巖區(qū)隧道錨施工控制爆破使其在圍巖較差的環(huán)境中可以得到廣泛的應(yīng)用。