隧道水壓聚能光面爆破與常規(guī)光面爆破對比分析

裴巧巧　申鐵軍

摘要 首先，分析了隧道水壓聚能爆破施工技術(shù)，具體包括炮眼的布置、水袋的制作、聚能管的制作、炮泥的制作及裝填。其次，分析了某隧道Ⅴ級、Ⅳ級、Ⅲ級圍巖爆破參數(shù)與常規(guī)光面爆破效果。再次，分析了隧道水壓聚能光面爆破后效果。最后，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本，對兩者進(jìn)行比較。研究表明，隧道水壓聚能光面爆破更為先進(jìn)合理，具有推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 靜態(tài)；爆破；預(yù)裂；破巖；試驗

中圖分類號 U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B文章編號 2096-8949（2023）24-0148-03

0 引言

隧道施工建設(shè)，施工難度較大，屬于高風(fēng)險作業(yè)，其爆破施工是重要的環(huán)節(jié)之一。爆破施工在一定程度上對圍巖進(jìn)行破壞，會降低圍巖穩(wěn)定性，常見的表現(xiàn)是隧道輪廓形成嚴(yán)重的超欠挖現(xiàn)象。該文研究總結(jié)水壓聚能爆破，根據(jù)項目實際使用情況，對常見兩種爆破工藝進(jìn)行總結(jié)。

1 隧道水壓聚能爆破施工技術(shù)

1.1 炮眼的布置

（1）先布置掏槽眼，其方向上巖層層理明顯時應(yīng)盡量垂直于層理，掏槽眼應(yīng)比其他眼加深10%～20%[1]。

（2）周邊眼嚴(yán)格按設(shè)計開挖輪廓線布置，若周邊眼的眼口在斷面設(shè)計輪廓線上，眼底超出輪廓線小于10 cm[2]。

1.2 水袋的制作

水袋分為內(nèi)外兩種，施工中內(nèi)外結(jié)合使用。炮眼注水工藝是先把水灌入到特制的內(nèi)塑料袋中密封，然后把內(nèi)水袋裝入外水袋中，外水袋起到保護(hù)內(nèi)水裝不被劃破的作用。水袋制作完成后裝車運(yùn)到掌子面，吹孔完成后就可以填入炮眼所設(shè)計的位置。水袋要灌滿且封口嚴(yán)實，絕不能漏水、滲水，合格的水袋堅實挺拔，能很方便地放入炮眼中[3]，見圖1、圖2。

1.3 聚能管的制作

聚能管采用一種抗靜電阻燃的特種塑料管，異形雙槽聚能管。

1.4 炮泥的制作及裝填

待掌子面吹孔完畢即可以將炮泥和水袋一同運(yùn)抵掌子面，把炮泥放入指定位置，可以用力將炮泥擠壓使之與炮眼壁緊貼，起到嚴(yán)密堵塞的作用[4]，見圖3、圖4。

2 項目應(yīng)用

山西省臨汾霍州至長治黎城高速公路2020—2022年應(yīng)用此項技術(shù)，取得了第一手的數(shù)據(jù)，得出了圍巖爆破參數(shù)。

2.1 工程的特點

（1）橋隧構(gòu)造物多：全線橋梁1 680 m/4座，隧道9 612 m（單洞）/3座，涵洞通道30道，橋隧比達(dá)68.1%。構(gòu)造物點多面廣，施工難度大，施工組織要求高。

（2）土石方工程量大：全線包括挖土方1 002 400 m3，挖石方1 052 100 m3，路基填土方776 300 m3，填石方312 400 m3。土石方數(shù)量較大且集中于沁源北互通區(qū)和服務(wù)區(qū)段落。

（3）水保環(huán)保要求高：路線區(qū)域森林覆蓋率較高，植被茂密，且屬于沁河水源地，地方政府對環(huán)境保護(hù)要求高，加之部分路基段落距離村莊較近，對施工噪音和環(huán)保揚(yáng)塵控制較嚴(yán)格。

2.2 重點工程

（1）沁源北互通、服務(wù)區(qū)土石方工程：該項目包括沁源互通1處，互通區(qū)涵洞設(shè)計較多，須抓緊涵洞與路基土石方的施工進(jìn)度，確保預(yù)制T梁能夠通過A、B、C匝道運(yùn)輸至互通區(qū)前后的各個橋梁進(jìn)行架設(shè)。

該項目預(yù)制場計劃建設(shè)于沁源服務(wù)區(qū)B場區(qū)內(nèi)，該服務(wù)區(qū)和路基段落的涵洞與土石方工程進(jìn)度直接影響預(yù)制場的建設(shè)和T梁預(yù)制任務(wù)。以上兩處路基土石方工程的施工進(jìn)度，影響后續(xù)橋梁和預(yù)制場的施工，屬該項目的重點工程。

（2）隧道施工：該段范圍丁家灣1號隧道、丁家灣2號隧道進(jìn)口端施工段落單洞施工長度3 569 m，圍巖較差且需完成6個洞口的施工任務(wù)，是制約全線整體任務(wù)按期完成的重點工程。

（3）K100+334蓋板涵、K100+365箱形通道工程：兩道涵洞距離丁家灣2號隧道和田家?guī)X隧道洞口較近，涵洞需突擊施工，提前完成涵頂填方后才能為隧道施工創(chuàng)造二襯臺車拼裝場地，屬該段重點工程。

（4）狼尾河大橋：該項目狼尾河大橋左幅第三聯(lián)和右幅第二聯(lián)的上部結(jié)構(gòu)為單跨50 m的鋼箱梁，屬于設(shè)計單位進(jìn)行優(yōu)化的補(bǔ)充設(shè)計。對鋼箱梁的制作、安裝、檢測等各項工作，均需要安排專業(yè)隊伍來完成，屬該項目重點工程。

2.3 隧道圍巖現(xiàn)狀

（1）項目隧道群圍巖設(shè)計有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，其中Ⅳ級圍巖占比66%，Ⅴ級圍巖占比21%，Ⅲ級圍巖占比13%。

（2）Ⅴ級圍巖以碎石土及強(qiáng)—中風(fēng)化凝灰?guī)r。圍巖自穩(wěn)性差，開挖易掉塊、坍塌。地下水以滲水或點滴狀出水為主，雨季呈淋雨狀；巖體極破碎影響，掘進(jìn)時拱部及側(cè)壁易坍塌掉塊，圍巖不穩(wěn)。

（3）Ⅳ級圍巖以中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖為主，巖石較堅硬，節(jié)理裂隙密集發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極易破碎，工程地質(zhì)條件差，地下水以點滴狀出水為主，雨季呈淋雨狀為主，掘進(jìn)時拱部及側(cè)壁易坍塌掉塊，圍巖穩(wěn)定性較差。

Ⅲ級圍巖為D3tb中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖，為較堅硬巖，為物探解譯阻值較高區(qū)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整，工程地質(zhì)條件一般，地下水以點滴狀出水為主，雨季呈淋雨狀，掘進(jìn)時拱部易坍塌掉塊，圍巖穩(wěn)定性一般。

3 常規(guī)光面爆破

3.1 Ⅲ級圍巖爆破參數(shù)

隧道開挖采用光面爆破，根據(jù)地質(zhì)情況，采用楔形掏槽，掏槽孔長度比輔助孔深0.15～0.20 m。周邊孔間距0.5 m，線裝藥集中度q為0.15～0.25 kg/m，見表1。

單段藥量不能滿足要求時可增加分段數(shù)（即增加雷管段數(shù)），或者減小循環(huán)進(jìn)尺。

3.2 Ⅳ級圍巖爆破參數(shù)

Ⅳ級圍巖段隧道采用上下臺階法爆破施工，隧道斷面按15.2 m×9.621 m設(shè)計爆破參數(shù)，采用臺階法淺眼微差爆破，非電導(dǎo)爆管用電雷管起爆。鉆孔采用自制鑿巖臺車配合氣推式鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑φ42 mm，循環(huán)進(jìn)尺為1.2 m，見表2。

3.3 Ⅴ級圍巖爆破參數(shù)

Ⅴ級圍巖段隧道采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土爆破施工。見表3。

3.4 光面爆破后效果分析

（1）Ⅲ級圍巖爆破后效果分析。Ⅲ級圍巖爆破后，隧道輪廓面比較平順光滑，爆破后得到的輪廓可以看出炮眼的殘留率較為理想，約在70%左右，周圍裂隙較小，很少出現(xiàn)掉塊、脫落情況，但掌子面超挖情況仍然比較嚴(yán)重。

（2）Ⅳ級圍巖爆破后效果分析。通過對隧道光面爆破后得到的輪廓可以看出炮眼的殘留率不太理想約在55%左右，無法得到平滑圓順的壁面，且有明顯的爆生裂隙，隧道實際爆破開挖過程中，隧道超挖大多發(fā)生在拱部，幾乎無炮痕保存，爆破后巖體極易沿拱部某一層理面脫落，導(dǎo)致隧道掌子面出現(xiàn)超挖情況。

（3）Ⅴ級圍巖爆破后效果分析。通過對隧道光面爆破后得到的輪廓可以看出炮眼的殘留率很不理想，約在35%左右，無法得到平滑圓順的壁面，且有明顯的爆生裂隙，隧道拱部多發(fā)生超挖，爆破后的巖層破碎，巖體極易沿拱部某一層理面脫落，導(dǎo)致隧道掌子面出現(xiàn)超挖情況。

4 隧道水壓聚能光面爆破后效果分析

4.1 Ⅲ級圍巖爆破后效果分析

使用聚能水壓光面爆破后圍巖面平順光滑，并且圍巖穩(wěn)定，無剝落現(xiàn)象，輔助眼和掏槽眼爆破后無殘留啞炮，石渣細(xì)碎，炮眼痕跡保留率提高到90%，超欠挖控制較好。

4.2 Ⅳ級圍巖爆破后效果分析

開挖輪廓成型質(zhì)量較好，炮眼痕跡保留率提高到85%，使輪廓面更加平順整齊，超欠挖得到有效改善。

4.3 Ⅴ級圍巖爆破后效果分析

爆破后得到的輪廓可以看出炮眼的殘留率不太理想，約在40%～50%左右，無法得到平滑圓順的壁面，且有明顯的爆生裂隙，爆破后的巖層較破碎，巖體有脫落情況，導(dǎo)致隧道掌子面出現(xiàn)超挖情況。

5 不同圍巖地質(zhì)爆破工藝分析

采用水壓聚能光面爆破技術(shù)與常規(guī)光面爆破參數(shù)對比見表4。

6 結(jié)束語

綜上所述，項目隧道工程主要以Ⅳ級圍巖為主，Ⅳ級圍巖主要通過采用聚能水壓光面爆破施工技術(shù)，爆破后超欠挖經(jīng)斷面測量儀檢測，開挖輪廓成型質(zhì)量較好，炮眼痕跡保留率提高到85%，輪廓面更加平順整齊，超欠挖得到有效的改善，在節(jié)約成本方面均得到了理想的控制效果，且保證了施工質(zhì)量。

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