控制爆破在拆除隧道二襯中的實際應用

董曉峰

摘 要：高速鐵路隧道二襯由于施工過程的種種原因，導致強度不夠、二襯鋼筋施工不規(guī)范，嚴重影響高速鐵路的運營安全，都會導致隧道二襯的拆除。通過對隧道仰拱以上二襯不同情況的受力簡析，分析二襯混凝土的受力狀態(tài)，根據(jù)不同的受力狀態(tài)布置炮孔，控制裝藥量，布設不同的爆破網絡，采用控制爆破實現(xiàn)對不合格二襯混凝土的拆除。

關鍵詞：控制爆破；拆除；隧道二襯

引言

目前，隨著我國公路及鐵路的高速發(fā)展，高速公路和高速鐵路網已大力建設，舊有公路的拓寬和新建鐵路隧道在強度、接地導電方面已經遠遠不能滿足電氣化高速列車發(fā)展的需要，高速鐵路和高速公路已不能滿足國民經濟發(fā)展和交通發(fā)展要求。高速公路拓寬以及新建高速鐵路對隧道二襯采用高性能混凝土，在強度、接地導電、電通量、二襯鋼筋等方面提出了不同的要求。在舊觀念的影響下，導致新建高鐵隧道某些段落出現(xiàn)隧道二襯強度不夠、二襯單層鋼筋等現(xiàn)象。為確保高鐵的運營安全，不合格的隧道二襯不得不拆除重建，在不影響合格二襯的情況下，隧道二襯控制爆破拆除就顯得尤為重要，本文僅針對拆除難度最大仰拱以上二襯拆除進行研究，現(xiàn)就控制拆除過程的不同情況進行分析：

1 炸藥拆除隧道二襯作用機理

炸藥在混凝土內部爆炸后，瞬間對周圍混凝土產生強烈的沖擊，在巖體內產生沖擊壓力波，緊靠藥包周圍的巖石直接受到炸藥爆轟壓力的作用，藥包周圍的巖石被擠得粉碎，形成粉碎區(qū)。

應力波以藥包為中心向外傳播的過程中，迫使質點作徑向位移，假定該質點受壓應力，在該質點切線方向上引起拉應力。混凝土是人工合成的抗壓能力很強的脆性材料，抗壓強度遠小于抗拉強度，極易受到抗拉破壞。

因此，二襯混凝土拆除是利用炸藥對周圍一定范圍的巖石壓拉作用，造成巖石的破碎來拆除隧道二襯混凝土。

2 隧道二襯受力簡析（說明：拆除過程不考慮初支影響）

隧道施工過程中，特別是單方向2km以上長大隧道施工，每部二襯臺車施工1km已基本達到使用期限，而且長大隧道對于二襯至掌子面安全步距控制比較嚴格，有時為控制安全步距，單方向施工安排二部二襯臺車，前一部臺車確保安全步距跳段施工，后一部臺車完成二襯混凝土的銜接，因此就可能出現(xiàn)單板獨立二襯、單側受約束二襯、雙側受約束二襯。由于隧道二襯受力為空間三維分析過程中，為使受力分析容易，也限于本人水平，將隧道二襯環(huán)向簡化為一條弧線，縱向簡化為矩形采用荷載——結構法進行分析，現(xiàn)將三種情況下二襯受力分析如下：

2.1 單板獨立二襯受力簡圖（見圖1）

2.2 單側受約束二襯受力簡圖（見圖2）

2.3 雙側受約束二襯受力簡圖（見圖3）

3 二襯拆除炮眼設計

二襯混凝土采用單層鋼筋，在鋼筋制安過程中，單層主筋距防水板僅有保護層的距離，在二襯混凝土中沒有形成骨架，對混凝土沒有約束力，拆除等同于無鋼筋混凝土。根據(jù)二襯混凝土內外力分析，也證明了這一點，單層鋼筋的拆除可以等同于無鋼筋二襯混凝土的拆除。對于雙層鋼筋二襯混凝土必須另作分析，雙層鋼筋與箍筋在混凝土中形成骨架，鋼筋（主筋一般為φ22～φ25）是人工提煉的抗拉能力很強的柔性材料，鋼筋混凝土是剛柔結合的復合材料，拆除難度可想而知。

因此，對于拆除無鋼筋和單層鋼筋的二襯混凝土與雙層鋼筋的二襯混凝土方案截然不同，必須根據(jù)不同的情況分別進行拆除方案的設計，有針對性的進行拆除。

4 二襯拆除炮眼裝藥量確定

本爆破裝藥設計采用ф32乳化炸藥，炮眼裝藥量經過計算分段分節(jié)，采用小刀將其200g分成100g、50g等。裝藥過程中，用炮泥將其隔開，雖然裝藥量看似經濟，但操作過程中費時、費工，實際并不適用，因此在實際施工過程中對炮眼和裝藥量全部進行優(yōu)化處理。

為減少裝藥量，確保爆破效果，控制炮眼數(shù)量的，同時還得控制裝藥量，本爆破設計將炮眼劃分為三類，分別為：掏槽眼、輔助掏槽眼、其他輔助眼。經過多次反復試驗，確定實際操作裝藥量經經驗數(shù)據(jù)如下：

縱向掏槽眼裝藥量（每板二襯中間2～3m范圍）：400 g 即裝ф32乳化炸藥2節(jié)

環(huán)形掏槽眼裝藥量：300g 即裝ф32乳化炸藥1.5節(jié)

輔助掏槽眼：200g 即裝ф32乳化炸藥1節(jié)

其他輔助眼：200g 即裝ф32乳化炸藥1節(jié)

5 拆除二襯爆破材料及起爆方法

拆除二襯爆破主要材料：電雷管、毫秒延期導爆管雷管、導爆索、φ32乳化炸藥、起爆線、起爆器。輔助材料：剪刀、炮棍、炮泥、電工膠帶。

起爆方法：由于起爆炸藥量較大、為準確控制起爆時間和延期時間，確保操作人員安全，本爆破設計采用電雷管起爆。起爆順序嚴格按照起爆網絡設計進行。

6 拆除特殊情況的處理措施

6.1 二襯超厚，炮眼深度不夠

此種情況發(fā)生于隧道開挖超挖過多段落，二襯混凝土澆筑完成后，從外無法確認混凝土的厚度，而在鉆眼過程中，現(xiàn)場技術人員不注重檢查，按照設計圖紙的厚度要求鉆工進行鉆眼，導致炮眼深度僅鉆到混凝土實際厚度的70%-80%，爆破時僅二襯剝離外層混凝土，整個二襯拆除不下。在布眼裝藥位置，象掏槽一樣掏出50cm深，100cm寬的縱向槽，槽背后僅10cm-15cm混凝土連接，感官上極其危險。

由于經過第一次爆破，二襯與防水板背后已經振松漏氣，二次鉆眼到防水板再次裝藥起爆，根本無法拆下二襯混凝土，而且爆破次數(shù)越多，越難拆除，越危險。最好的解決辦法就是：在仰拱面墊高洞碴，使用破碎錘將拱頂連接部位打斷，想辦法先將拱頂拆除，只要將拱頂安全拆除，其余部分使用破碎錘拆除就容易的多。

6.2 初支背后不密實引起拆除問題

施工過程中，由于種種原因可能造成拱頂初支不密實。因此在拆除過程中，爆破能量可能將二襯背后初支炸壞，大量的爆破能量被消耗，二襯卻安然無恙。此種情況通常拱頂在兩邊摩擦力的作用下，拆除不下來，通常做法是拆除連相鄰二襯，使其自然下落。如相鄰二襯不拆除，則采用破碎錘拆（同（一））。

7 二襯拆除安全措施

鉆爆作業(yè)必須按照鉆爆設計進行鉆眼、裝藥、接線和引爆。鉆眼前標出炮眼位置，經檢查符合設計要求后方可鉆眼；裝藥前應對作業(yè)場地、爆破器材堆放場地進行清理，裝藥人員應對準備裝藥的全部炮孔進行檢查。每次爆破前15min，必須封閉原隧道內的交通，施工時做好工序組織，待所有人員應撤離至安全地點后，方可起爆。通往爆破區(qū)的路口應設置安全警戒標志。二襯爆破拆除后，經通風吹散炮煙，確認空氣合格、等待時間超過15min后方準許作業(yè)人員進入爆破作業(yè)地點。處理盲炮前應由爆破領導人定出警戒范圍，并在該區(qū)域邊界設置警戒，處理盲炮是無關人員不準進入警戒區(qū)。應派有經驗的爆破員處理盲炮，并由爆破工程技術人員提出方案上報有關單位主要負責人批準。應加強洞內車輛調度、統(tǒng)一管理，安排好各工序的施工作業(yè)時間，機械運轉時，非操作人員應退至安全地點，發(fā)現(xiàn)情況異常應立即停機。出渣人員進入隧道后對頂板進行檢查，確認無懸浮混凝土塊、無危險時方可開始清理混凝土。

8 結束語

隧道二襯的爆破拆除是在擾動過的圍巖中進行的，拆除過程中必須嚴格控制對相鄰合格二襯的影響，嚴格控制炮眼數(shù)量、裝藥量、一次起爆用藥量。特別注意炮孔鉆眼深度控制、裝藥量控制、導爆索連接控制、炮眼封堵控制的關鍵工序的施工。制訂可靠的技術安全措施和周密的施工組織計劃 ，力求縮短施工時間，以減少費用及對相鄰合格二襯的影響。

盡可能做到拆除一板，襯砌一板。在鉆孔施工中，現(xiàn)場技術人員一定要隨時檢查鉆桿掏槽炮眼的鉆設角度和深度。加強隧道監(jiān)控量測，在每次爆破后進行加密觀測，增加觀測頻次，發(fā)現(xiàn)異常及時采取措施，確保洞內作業(yè)人員、機械設備的安全。

參考文獻

[1]張成紅，程永才，趙柏文，韶敏，劉向遠.隧道襯砌結構內力有限元分析.

[2]隧道爆破現(xiàn)代技術.

[3]爆破安全規(guī)程GB6722-2003.