官田隧道出口段控制爆破法施工問題探討

王文明

（山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000）

一、工程概況

官田隧道所在的奉建高速為G6911安康至來鳳國家高速公路網(wǎng)的重要聯(lián)絡(luò)段，隧道左、右洞分別長3037m和2962m，左右線起訖樁號分別為k17+363～k20+400、yk17+368～yk20+330，屬于特長隧道。出口段左右洞分別長1015m和977m，隧洞內(nèi)按照雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，主隧洞建筑限界10.25m×5m，隧洞段最大設(shè)計埋深287m，圍巖地質(zhì)超前預(yù)報等級為C2級。官田隧道出口段的k19+385～k20+237和yk19+353～yk20+163段圍巖等級為Ⅳ級，k20+237～k20+400和yk20+163～yk20+330段圍巖等級為Ⅴ級，存在部分滑坡及崩坡積體地質(zhì)。

二、控制爆破施工方案設(shè)計

（一）爆破方案設(shè)計

官田隧道出口段實施控制爆破法時，在不穩(wěn)定程度較嚴(yán)重的Ⅳ級軟弱圍巖段采用三臺階七步法開挖，如圖1所示。采取三臺階分部爆破施工的開挖方式，充分利用分次爆破所形成的臨空面控制震速，減弱爆破施工對周圍建筑物的不利影響。分次爆破所形成的臨空面愈多，則爆破過程受到巖石約束的程度愈小，爆破開挖效果越好。為此，可通過增加臨空面數(shù)量減輕震動、優(yōu)化爆破效果，結(jié)合爆破施工原理，使掏槽和底板處爆破掘進(jìn)施工的震動強(qiáng)度至最大。因此官田隧道控制爆破施工時，應(yīng)盡可能將掏槽孔設(shè)置在開挖斷面以下距離拱頂較遠(yuǎn)的位置，既能確保隧道已開挖成形拱頂圍巖的穩(wěn)定性，又能增強(qiáng)爆破掘進(jìn)施工的工效。各分部斷面分臺階、分部、分次爆破掘進(jìn)，從而增大下部斷面開挖施工的臨空面，以便形成減震空腔，降低震動，保障周圍建筑及施工的安全。

圖1 Ⅳ級圍巖段采用臺階法施工程序示意

（二）爆破施工參數(shù)確定

1.爆破孔數(shù)量

結(jié)合工程開挖方案設(shè)計要求及官田隧道出口段巖石堅固程度，爆破孔直徑應(yīng)確定為φ42mm，爆破孔數(shù)量按照1.5個/m2～2.5個/m2的要求確定。官田隧道出口段主要采用多斷面開挖，爆破孔數(shù)量應(yīng)根據(jù)各部分?jǐn)嗝婷娣e確定，在光面爆破的情況下應(yīng)按10%～15%的比例增設(shè)爆破孔數(shù)。

2.爆破孔布置

結(jié)合規(guī)范，類似地質(zhì)條件的隧道工程裝藥集中度為0.1kg/m～0.15kg/m，考慮到官田隧道出口段光面炮孔間距設(shè)計值為50cm，所以裝藥集中度設(shè)計值應(yīng)至少為0.15kg/m。在設(shè)置掏槽孔時必須考慮到施工的可行性和便捷性而設(shè)置在巖面中下位置，保證掏槽孔以上的炮孔均為壓頂結(jié)孔。結(jié)合循環(huán)進(jìn)尺及圍巖等級，官田隧道出口段掏槽孔有6種設(shè)計形式如表1所示。掏槽孔施工位置必須設(shè)置在斷面下部和開挖底面相距0.8m～1.0m處，并通過延期段位雷管爆破，將各延期段位時間間隔控制在35ms±5ms，拋渣距離至少20m。

周邊孔在隧道出口段開挖輪廓控制方面發(fā)揮著重要的作用。周邊孔屬于光面爆破孔，通過加強(qiáng)周邊孔設(shè)計施工控制，既能控制圍巖超欠挖，又能降低爆破開挖對圍巖的不利擾動。結(jié)合官田隧道出口段的圍巖類型，周邊孔孔距按照炮孔直徑的10倍～15倍確定，最小抵抗線為周邊孔孔距的0.7倍～1.0倍，最終確定的周邊孔孔距為50cm，孔徑42mm。

表1 開挖爆破掏槽孔設(shè)計形式

擴(kuò)槽孔、內(nèi)圈孔、底板孔的布置比掘進(jìn)孔密且比掏槽孔和周邊孔稀，為控制爆破對圍巖的不利擾動，并優(yōu)化爆破施工效果，應(yīng)按照0.6m～0.7m設(shè)置內(nèi)圈孔孔距，并保證炸藥量均勻分布于內(nèi)圈孔帶。底板孔因受到積壓碴的影響也必須加密，按照掘進(jìn)孔孔數(shù)80%確定底板孔間距，抵抗線則按0.6m～0.7m布置。

3.裝藥量的確定及分配

隧道出口段控制爆破開挖總裝藥量Q按式（1）確定：

式中k為單位爆破面積下所需炸藥量（kg/m3），k=1.8 (f/s)1/2，其中f為巖石堅固系數(shù)，取8～10；l為根據(jù)每茬拋孔循環(huán)進(jìn)尺所確定的掘進(jìn)孔、輔助孔深度（m3）；s為開挖斷面實際爆破面積（m3）；η 為炮孔利用程度，取0.8～0.95。

根據(jù)炮孔設(shè)計孔位及所起的作用，在確定總裝藥量的基礎(chǔ)上分配炸藥。上臺階掏槽孔深度1.1m、1.7m、1.8m孔數(shù)均為4孔，單孔裝藥量分別為2.4kg、4.8kg和6.4kg，堵塞段長度均為0.2m，連續(xù)裝藥；擴(kuò)槽孔、掘進(jìn)孔、內(nèi)圈孔、周邊孔及底板孔設(shè)計孔深均為1.6m，孔數(shù)分別為4孔、5孔、18孔、26孔和17孔，單孔裝藥量為1.6kg、1.6kg、1.2kg、0.3kg和1.6kg，堵塞段長為0.3m、0.3m、0.4m、0.1m和0.1m。二臺階掘進(jìn)孔、周邊孔、底板孔孔深均為1.6m，孔數(shù)為18孔、4孔、11孔，單孔裝藥量1.6kg、0.3kg、1.6kg，堵塞段長度0.3m、0.1m、0.1m。三臺階掘進(jìn)孔、周邊孔、底板孔孔深均為1.6m，孔數(shù)為7孔、4孔、11孔，單孔裝藥量1.6kg、0.3kg、1.6kg，堵塞段長度0.3m、0.1m、0.1m。

此外，隧道開挖必須嚴(yán)格遵守國家有關(guān)隧道施工及爆破的規(guī)定，根據(jù)對保護(hù)體及設(shè)施、設(shè)備的允許最大震動速度要求作出控制和調(diào)整。

三、爆破施工控制

（一）爆破振動控制

官田隧道出口段爆破采用減振掏槽爆破技術(shù)，通過掏槽孔施工合理控制隧道掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺；通過掏槽爆破形成槽腔，發(fā)揮巖石夾制作用。官田隧道出口段的爆破開挖應(yīng)合理確定掏槽方式，并根據(jù)爆破開挖施工實際不斷優(yōu)化掏槽孔參數(shù)，減小夾角及最小抵抗線，采用無夾制楔形掏槽施工的方式，通過先爆擴(kuò)大臨空面，控制爆破地震效應(yīng)對圍巖及既有建筑的危害。

（二）炮孔堵塞

為保證炸藥在受約束條件下充分爆炸并發(fā)揮效能，必須按要求將裝藥段以外的其余段堵塞，避免沖炮或生飛石，光面爆破炮孔堵塞長度20cm～30cm，其余炮孔堵塞長度至少40cm，不得預(yù)留間斷與空隙。官田隧道出口段爆破孔堵塞采用砂∶黏土∶水=3∶1∶1的黏泥材料。

（三）鉆爆開挖施工過程控制

采用三臺階七步法實施不穩(wěn)定圍巖開挖時必須縮短臺階長度，保證初支結(jié)構(gòu)盡快閉合成環(huán)，仰拱及拱墻結(jié)構(gòu)及時跟進(jìn)，確保穩(wěn)定支護(hù)體系盡快形成。

結(jié)合隧道斷面實際情況、圍巖穩(wěn)定性、臺階數(shù)量等要素確定臺階數(shù)量和臺階高度，官田隧道出口段臺階開挖高度應(yīng)控制在2.5m～3.5m，并采用三臺階形式。上臺階鋼拱架施作時主要結(jié)合拱腳、鎖腳錨桿等輔助措施，加強(qiáng)對圍巖初支變形的控制。應(yīng)根據(jù)兩榀鋼拱架間距控制Ⅳ級圍巖上下臺階開挖循環(huán)進(jìn)尺，且下臺階單側(cè)拉槽長度應(yīng)控制在15m以內(nèi)。待上臺階噴射混凝土實際強(qiáng)度達(dá)設(shè)計值的70%后開始下臺階開挖，并根據(jù)上部臺階穩(wěn)定控制情況確定下部循環(huán)進(jìn)尺，若上部穩(wěn)定性較差，則應(yīng)縮短進(jìn)尺，在下臺階開挖過程中還應(yīng)加強(qiáng)初支及仰拱施作，并充分考慮和解決好上下臺階施工干擾問題。下臺階分為左右兩部分跳槽開挖，且開挖過程應(yīng)錯開3.0m～5.0m，鋼架兩側(cè)不能出現(xiàn)懸空情況，且下臺階施工過程中初支鋼架結(jié)構(gòu)必須平直、牢固順接。

仰拱和二襯填充應(yīng)全幅澆筑，并加強(qiáng)安全步距控制：將Ⅳ級、Ⅴ級以上圍巖仰拱和掌子面距離分別控制在50m、40m以內(nèi)；將Ⅳ級、Ⅴ級以上圍巖二襯和掌子面距離分別控制在90m和70m以內(nèi)。