砂質(zhì)泥巖區(qū)域隧道爆破超挖控制技術(shù)研究

劉 秘/ LIU Mi

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 101116）

鉆爆法以適用于各種地質(zhì)和斷面、設(shè)備資源投入少、過程中易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)一直是隧道施工的主要方法。但由于受人為操作和地層條件影響，超挖問題一直是鉆爆法施工中質(zhì)量控制的技術(shù)難題。為此，分析影響隧道爆破超挖的原因，制定有效的控制措施，確保隧道爆破質(zhì)量，提高施工效率就顯得尤為重要。本文以重慶外河坪南站3號出入口砂質(zhì)泥巖地層隧道爆破施工為例，通過調(diào)查分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，從導(dǎo)致超挖的原因出發(fā)，提出相應(yīng)的控制措施，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)工程質(zhì)量和工期效益均得到顯著提高。

1 工程概況

重慶外河坪南站3 號出入口靠近車站小里程端，距車站站臺中心45m，出入口位于巴龍路兩側(cè)，新屋佳苑小區(qū)北側(cè)。出入口通道由252.36m（含116.68m 共建段）暗挖段和162.595m 明挖段組成。出入口有U 形槽、矩形和直墻拱形3 種斷面形式。隧道洞身采用臺階法開挖，組合作業(yè)臺架，人工手持風(fēng)鉆鉆眼，周邊眼采用?25mm小直徑藥卷，間隔不耦合裝藥，電毫秒雷管起爆，控制爆破，每循環(huán)進(jìn)尺1.5m。

隧道V 級淺埋段巖性以中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為主，局部為強(qiáng)風(fēng)化巖層。巖體自身強(qiáng)度影響隧道左壁穩(wěn)定性，開挖時容易導(dǎo)致局部掉塊；右側(cè)與洞壁小角度相交，為右側(cè)洞壁外傾結(jié)構(gòu)，開挖后右側(cè)壁可能沿裂隙滑塌。巖層傾角小，拱部為強(qiáng)風(fēng)化巖層或中風(fēng)化巖層厚度較小，且?guī)r層傾角較緩，拱部易產(chǎn)生坍塌、冒頂或掉塊現(xiàn)象。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

在CK3+100-CK3+107.5 段選取每循環(huán)爆破后孔底位置的5 個開挖斷面，進(jìn)行排查和斷面測量，通過對實(shí)測數(shù)據(jù)采集整理和爆破效果分析，發(fā)現(xiàn)最大超挖50cm，超挖面積2.49m2，平均線性超挖16cm，炮眼痕跡保存率56%，超挖合格率僅為84%，遠(yuǎn)低于要求的92%，而且隧道開挖輪廓壁面凹凸不平，掌子面平整度較差，見圖1。

圖1 外河坪南站3號出入口開挖效果圖

按照拱頂、邊墻和仰拱3 個位置對抽檢到的80 處厚度不合格位置進(jìn)行歸類，“拱頂”質(zhì)量問題占81.3%，是隧道爆破超挖合格率偏低的主要原因，而針對“拱頂”的65 處超挖位置再進(jìn)一步分析，“超挖（15cm 以上）”和“超挖（12～15cm）”占比81.5%，是隧道爆破超挖問題的主要癥結(jié)，見表1 和表2。

表1 隧道爆破超挖不合格位置統(tǒng)計(jì)表

表2 拱頂質(zhì)量問題統(tǒng)計(jì)表

3 原因分析及控制措施

3.1 原因分析

通過調(diào)查分析和現(xiàn)場試驗(yàn)得出，解決拱頂超挖（12cm 以上）90%以上的問題，便可將超挖合格率大幅提高到94%，而導(dǎo)致超挖的主要原因如下。

1）寧超勿欠的傳統(tǒng)觀念制約 為了避免欠挖處理困難，大多數(shù)工人甚至鉆孔經(jīng)驗(yàn)豐富的工人都存在寧超勿欠的傳統(tǒng)錯誤觀念，操作中有意加大鉆眼外插角，欠缺良好的質(zhì)量意識。

2）裝藥集中度過大 為了提高炮眼利用率、得到較好的爆破效果，施工中長期采用加大藥量的方法。但通過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裝藥集中度過大反而容易造成壁面破壞，加大對圍巖的擾動，從而產(chǎn)生超挖，反正影響爆破效果。

3）爆破網(wǎng)格連接不規(guī)范 爆破周邊炮眼應(yīng)使用同段雷管，同時起爆。然而在實(shí)際施工過程中，施工人員檢查不仔細(xì)、操作失誤都有可能導(dǎo)致爆破網(wǎng)絡(luò)連接不規(guī)范，使爆破未能按設(shè)計(jì)要求起爆或拒爆。

4）水平巖層節(jié)理發(fā)育豐富 隨著施工進(jìn)展，有時會出現(xiàn)現(xiàn)場地質(zhì)情況與原地勘報告偏差，尤其是水平巖層節(jié)理發(fā)育豐富的地方更易造成拱頂?shù)魤K嚴(yán)重。

3.2 控制措施

1）根據(jù)GB/T 51310-2018《地下鐵道工程施工標(biāo)準(zhǔn)》第10.4 條，組織工人認(rèn)真學(xué)習(xí)外插角、開口位置和鉆孔深度與爆破超挖的關(guān)系：明確掏槽眼、輔助眼、周邊眼的布置形式和孔深、空位、角度、間距、抵抗線、藥量、雷管段位等可量化參數(shù)，規(guī)范操作，檢查仔細(xì)，樹立牢固的質(zhì)量意識。

2）根據(jù)上一開挖循環(huán)爆破壁面的破壞程度和周邊巖體情況，合理選用裝藥集中度，通過適當(dāng)加密炮眼、調(diào)整周邊眼裝藥量、采用隔孔均勻裝藥等措施提高炮眼殘值率。

3）爆破作業(yè)時務(wù)必遵循淺孔密布原則：少裝藥，短進(jìn)尺，多循環(huán)、分臺階開挖，穩(wěn)扎穩(wěn)打，確保安全。

4）適當(dāng)采取縮小周邊眼間距，減少線裝藥密度，局部內(nèi)移炮眼、局部空孔不裝藥等措施，減少爆破對圍巖的擾動，避免拱部產(chǎn)生掉塊及平頂現(xiàn)象。

5）爆破開挖過程中，切實(shí)做好監(jiān)控量測，不可中斷、滯后，及時整理、歸納、總結(jié)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，分析圍巖變形，初支應(yīng)力變化情況及上部建筑物變形情況，為本階段和下一階段施工提供信息保證。

4 應(yīng)用效果

重慶外河坪南站暗挖爆破隧道通過采用以上控制措施后，現(xiàn)場暗挖隧道爆破超挖合格率從84%提高到94%，爆破質(zhì)量明顯改善的同時，施工效率也得到顯著提升，建設(shè)工期提前了20 天，節(jié)約施工成本14.6 萬元，為后期的二襯施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)論與建議

1）砂質(zhì)泥巖區(qū)域隧道爆破開挖過程中，通過規(guī)范爆破操作、合理選用裝藥集中度、加固圍巖等措施可以有效控制爆破超挖，減少后期二次處理費(fèi)用，社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益顯著。

2）砂質(zhì)泥巖區(qū)域隧道拱頂超挖是影響隧道爆破超挖合格率的主要因素，雖然通過本文介紹的控制措施可以顯著改善，但仍需要工程建設(shè)者牢固樹立質(zhì)量意識、規(guī)范操作，努力提升隧道爆破工程質(zhì)量。