壩陵河大橋西錨洞施工爆破關鍵技術

羅亨文，覃宗華

(1.貴州高速公路開發總公司;2.中交第二航務工程局有限公司)

1 工程概況

(1)壩陵河特大橋西錨碇是目前世界最大的隧道錨。隧洞總軸線長度為74.34m，其中前錨室軸線長度31.34m，錨塞體軸線長度40.0m，后錨室軸線長度3.0m。隧洞口單洞斷面尺寸為10m×10.8m，拱頂半徑5m;洞底單洞斷面尺寸為21m×25m，拱頂半徑10.5m。

(2)錨洞的斜度為世界第一:其前錨室主纜中心線的水平角 45°。

(3)橋頭位區屬構造剝蝕、溶蝕中低山峽谷地貌。基巖裸露，弱風化的泥晶灰巖和白云巖、白云質灰巖均直接出露于地表，包氣帶巖溶發育，且巖溶形態多為溶槽、溶縫、充填型或空溶洞。

(4)兩個隧道錨之間的距離較小，左右隧洞最小凈距7.0m。錨洞上方幾十米范圍內為關嶺一號連拱隧道，在錨洞上方與公路隧道之間的巖體，其群洞效應非常明顯。

2 錨洞開挖爆破控制技術

2.1 前錨室爆破控制實施方案

前錨室長31.34m，斷面尺寸10m×10.8m、頂拱半徑5m，斷面尺寸變化小。

(1)最大循環進尺:上臺階 1.2m/炮;下臺階1.2m/炮。

(2)臺階長度劃分:上臺階5m(半圓部分)、下臺階5.8m。

(3)爆破器材選型。根據隧道所穿越圍巖的堅固性系數f以及巖石縱波波速等，選用威力適中、匹配性好、防水性能好的2#巖石乳化炸藥，雷管則選用國產Ⅱ系列非電毫秒延期導爆管雷管。

(4)掏槽方式選型。隧道爆破開挖的關鍵是掏槽，掏槽質量與否不僅直接影響爆破效果，而且亦直接影響隧道掘進的進度。同時，隧道開挖爆破震動實測表明:一般條件下掏槽爆破的震動速度最大，為此控制掏槽爆破的震動，對確保新開挖的相鄰錨洞的穩定非常重要。考慮施工的方便該錨室上臺階的掏槽采用直眼掏槽，中、下臺階不需要進行掏槽。

(5)炮孔布置及孔網參數。根據臺階不同而采用不同的炮孔布置及網孔參數。

前錨室上臺階、下臺階鉆爆開挖的炮孔布置及起爆順序見圖1所示，孔網參數如表1所示。

圖1 前錨室上、下臺階炮孔布置及起爆順序示意圖

表1 前錨室上臺階、下臺階鉆孔、裝藥參數表

續表1

(6)周邊眼的光面爆破技術。對于穩定性、整體性較好的圍巖，周邊眼與其它炮孔一樣，布置在同一里程斷面上，只需合理布置周邊眼、周邊眼距內圈眼間距以及內圈眼、周邊眼起爆時差即能較容易地實現光面爆破。對于節理發育、裂隙密集的圍巖，可以采用預留光爆層光面爆破技術，也就是每一循環均將該循環同里程處的側墻光爆層留出，在下一循環中實施爆破，預留光爆層隨掌子面向前推進而推進，該方法的優點是較易獲得良好的光爆效果，有利于減輕爆破地震動效應。

(7)鉆爆綜合技術參數。上臺階:開挖斷面39m2，預計進尺1.5m，爆破石方達58.5m3，炮眼總數為80，雷管用數80，炸藥總量為58.12kg，炸藥單耗 0.99kg/m3;

下臺階:開挖斷面58m2，預計進尺1.5m，爆破石方達87m3，炮眼總數為71，雷管用數 71，炸藥總量為31.24kg，炸藥單耗 0.36kg/m3。

(8)裝藥結構。各臺階爆破除周邊孔采用空氣柱間隔裝藥外，其余各炮孔均采用孔底大藥卷連續裝藥，并將雷管置于孔底倒數第二節藥卷上，進行反向起爆。

(9)爆破起爆網絡。各段毫秒微差雷管導爆管集束于掌子面中央懸掛，用火雷管+導火索引爆(或采用非電導爆管起爆網絡)。孔內微差低段雷管一般跳段使用，使各相鄰段間隔時間大于50 ms，以改善爆破效果和防止地震波疊加而產生較大的震動。另外，為了確保周邊眼同時起爆，保證光爆效果，將各孔內的導爆索延長至孔外，用一根長主干導爆索順拱部周邊眼進行串聯，讓每周邊眼孔內有二套獨立的起爆系統，確保同時準爆。

(10)綜合控制爆破技術措施。為了確保鉆爆施工所產生的地震效應不影響新開挖錨洞隧道的安全，施工初期進行爆破振動監測，并及時開展圍巖松馳圈范圍監測，以便及時調整鉆爆參數，控制藥量，減輕爆破對圍巖的擾動深度。

2.2 錨塞體室及后錨室爆破控制實施方案

錨塞體室軸線長度40.0m，從口部到底部斷面尺寸變化較大，由于斷面面積較大，為了確保相鄰隧道的安全，將中、下臺階分為左右二部進行。上臺階與中臺階左部同時進行爆破;掌子面石碴清理完畢后，再進行中臺階右部與下臺階左部同時進行連線爆破;掌子面石碴清理完畢后，最后進行上臺階與下臺階右部同時進行連線爆破，完成一個全斷面爆破掘進的工作循環。同樣，為了防止爆破時爆破地震波相疊加，將選擇合適段號的連結雷管，確保爆破震波降至最低。

錨塞體室及后錨室的爆破參數設計原則與前錨室基本一致，爆破施工的最大循環進尺、臺階長度、爆破器材、掏槽方式、炮孔布置及孔網參數、裝藥結構、光面爆破等相關爆破參數參考前錨室，局部爆破參數在實施過程中根據實際情況調整。

錨塞體中、下臺階鉆爆開挖時，為了減輕爆破震動，中、下臺階可以分為左右側兩部分爆破。

2.3 爆破震動安全校核

為確保隧道錨洞室在爆破施工中的結構安全，本爆破設計完成后根據錨碇洞室圍巖特性及國內外相關經驗公式進行爆破震動安全校核。

爆破震動的安全判據可以采用振動加速度、振動速度、應力應變幅值等進行判定。以振動速度作為隧道洞室開挖爆破振動判別的指標，基本上取得了共識，為此，多數國家對不同建筑物制定了以臨界振動速度值作為爆破安全的評判標準。一般情況下，可以用巖石抗拉強度反求臨界振動速度V。

式中 :σt為巖石抗拉強度，MPa;E為彈性模量，MPa;C為彈性波傳播速度，m/s。

關于爆破震動速度可以按照根據薩道夫斯基公式進行估算

式中:Qm為最大一次齊爆藥量，kg;R為爆心至測點的距離，m;Vkp為允許的質點震動速度(cm.s-1);K為與地質條件、爆破方式、爆破條件有關的系數，中等硬度巖石K=150～250;α為與傳播途徑、距離、地質和地形等有關的衰減系數，α=1.3～2.0。

在不同爆破條件下，K、α值相差很大，估算值的準確性一般較差，因此在爆破施工的初始階段，一般先借鑒類似工程和工程經驗確定K、α的初始值，然后進行小藥量的試爆，并進行現場監測，回歸出現場地質條件下的K、α值，以確保計算的爆破振動速度值的準確。

所以，在本隧道錨洞實際開挖爆破研究時，借鑒了與本工程同標高且只相距兩公里的連拱隧道實際爆破相關參數，并按公式(1)進行計算分析，得到了如下幾點小結。

(1)按照該方案進行爆破開挖時，K取150，α取1.7，可計算出錨碇洞室內的震動速度均小于7cm/s，最大質點震動速度為5.76cm/s;

(2)為了確保安全，在前錨室開挖過程中進行爆破震動監測確定該地質條件下的相關系數，為錨塞體室和后錨室開挖提供依據;

(3)各錨室開挖中藥量最大一段均為底板眼，由于底板眼最后起爆，且上部已經形成臨空面，因此實際震動速度值要小于計算值，但為了確保安全，可以在前期爆破震動監測的基礎上進行計算，如震動速度仍然超過允許值，可將錨塞體后部的底板眼分多段起爆，同樣不影響爆破效果。

3 結語

在大斷面、小間距、陡傾角及復雜地質條件下的壩陵河大橋隧道錨洞室施工爆破過程中，對洞室不同斷面進行不同的鉆爆設計，包括前錨室、錨塞體室和后錨室三部分的鉆爆設計。同時施工過程中應用了工程類比法和現場試驗法相結合及信息反饋方法選擇最佳爆破參數。壩陵河大橋隧道錨洞室施工爆破關鍵技術的成功應用，為洞室輪廓尺寸的成型、施工安全、施工效率等關鍵作用，這將為我們今后的類似工程施工提供了參考實例。

[1] 壩陵河大橋西岸隧道錨施工設計圖.北京:中交公路規劃設計院，2005.

[2] 壩陵河大橋西岸隧道錨施工爆破設計.武漢:中交第二航務工程局有限公司，2005.

[3] 黃成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.

[4] 王夢恕.淺埋隧道暗挖法設計——施工問題新探[J].隧道建設，1992，(2).

[5] 齊景獄.隧道現代爆破技術[M].北京:中國鐵道出版社，1995.

[6] 公路隧道施工技術規范(JTJ042-94)[S].