淺析公路隧道下穿供水管線爆破安全控制研究

陸家成

摘 要：本文通過對主線隧道及供水隧道工程現(xiàn)狀分析研究，合理選用主線施工專項(xiàng)方案；通過對爆破相關(guān)參數(shù)計(jì)算分析，得出了主線隧道合理的爆破方案，包括爆破進(jìn)尺選擇、裝藥量、分部爆破等內(nèi)容，后續(xù)施工時(shí)通過爆破振速監(jiān)測檢驗(yàn)了施工成果，爆破振速及計(jì)算結(jié)果基本一致，順利通過了下穿供水管線。

關(guān)鍵詞：公路隧道；供水管線；爆破振速；爆破驗(yàn)算

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本標(biāo)段南北主線隧道為分離式三車道隧道，呈較大角度（南線約65°/北線約54°）斜交下穿供水管線隧洞，交叉里程分別為NXK2+146.7（南線）/BXK2+277.06（北線）。下穿處隧道圍巖級別分別為Ⅳ（南線）/Ⅲ級（北線），隧道深埋分別為2102m（南線淺埋）/43.9m（北線深埋），隧道與供水管線隧洞最小凈距南線為13.5m（隧洞板底標(biāo)高11.92-隧道開挖拱頂標(biāo)高（-9.88+7.33+0.98）/北線為13.4m（隧洞板底標(biāo)高12.08-隧道開挖拱頂標(biāo)高（-9.32+7.4+0.62）。

1.2 供水管概況

供水隧洞修建于20多年前。隧洞為有壓管道，斷面形式采用圓形斷面，洞內(nèi)徑為4m，設(shè)計(jì)過水流量為29.2m3/s；洞身襯砌為C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土，墻厚50cm。

2 下穿供水管線爆破方案

2.1 爆破方案設(shè)計(jì)選擇

a.Ⅳ級圍巖采用三臺階法開挖，循環(huán)進(jìn)尺控制在1～2m；Ⅲ級圍巖，采用上下臺階法施工，開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在2.0～25m。Ⅵ級盡量采用人工配合機(jī)械（松軟巖）、松動爆破（較硬巖）方法開挖，Ⅲ級采用人工鉆眼、光面（預(yù)裂）爆破方法開挖。

b.Ⅲ級圍巖采取兩臺階法施工，周邊孔采用光面爆破，微差控制松動爆破技術(shù)，循環(huán)進(jìn)尺不大于2.5m，掏槽孔深度2.7m。

c.Ⅳ圍巖采取三臺階法施工，周邊孔采用光面爆破，微差松動控制爆破技術(shù)，循環(huán)進(jìn)尺不大于2.0m，掏槽孔深度2.3。

d.根據(jù)隧道圍巖情況及斷面設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)裝備和多年隧洞施工經(jīng)驗(yàn)，擬定合理的爆破方案，軟巖采用機(jī)械或人工開挖，硬巖開挖采用光面爆破。隧道爆破作業(yè)時(shí)嚴(yán)格控制裝藥量及爆破震動，炸藥單耗控制在0.4～1.5kg/m3之間，嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺。爆破施工中根據(jù)實(shí)際爆破效果及時(shí)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

2.2 鑿巖機(jī)具及爆破器材的選取

（1）鑿巖機(jī)具的選取。根據(jù)選取的爆破方案，鉆孔直徑為Ф42mm，采用人工手持式氣腿風(fēng)鉆（YT28、29），鉆頭采用“一”字型硬質(zhì)合金鉆頭，鉆桿規(guī)格為中空六棱型，長度1～5m。

（2）爆破器材的選取。根據(jù)爆破規(guī)模及巖石特性，擬選用2號巖石乳化炸藥作為主起爆藥，非電導(dǎo)爆管雷管起爆。所需爆破器材見下表：

隧道下穿供水管線地段主要為Ⅲ、Ⅳ級圍巖，Ⅲ級圍巖設(shè)計(jì)采用兩臺階法、Ⅳ級圍巖采用三臺階法施工。由于管距隧道開挖凈距小，為控制震速，減小一次起爆裝藥量，均采取三臺階法施工，采用微差控制爆破+光面爆破技術(shù)開挖，循環(huán)進(jìn)尺不大于2.0m。

（1）爆破掘進(jìn)斷面尺寸。隧道主線寬15.85米，高1135米。

（2）炮眼布置。采用淺眼爆破，分上、中、下臺階+（Ⅳ級仰拱左右幅）掘進(jìn)。上臺階掘進(jìn)炮眼類型分掏槽眼、輔助眼和周邊眼，中、下臺階掘進(jìn)利用既有臨空面，打水平炮孔分層爆破。

（3）炮眼參數(shù)。a.炮孔直徑ψ42mm。b.單循環(huán)進(jìn)尺1.8m。c.孔網(wǎng)參數(shù)：上臺階掏槽眼：掏槽眼布置在巷道中部，二級楔形掏槽眼孔排距600-750mm，傾角86°-87°，槽口寬2.2米，孔深2.0米，超深0.2米，孔長2.3米，進(jìn)尺1.8米。

上臺階輔助眼：在掏槽眼與周邊眼之間設(shè)輔助眼，輔助眼孔間距750-850mm，排距750-850mm；

中、下臺階輔助眼：最小抵抗線W= 800-1000mm，孔間距a=800-1000mm。

周邊眼：斷面輪廓采用光面爆破，沿設(shè)計(jì)輪廓布孔，外傾角5°，沿設(shè)計(jì)輪廓線布孔，頂眼及直墻眼孔距500-550mm，光爆層厚800mm，底板孔距800-900mm。

（4）裝藥量計(jì)算。主線上臺階平均炸藥單耗q=1.05kg/m3：總藥量Q=q*V=113.8kg，爆破體積V=S*L= 109m3。

主線中臺階平均炸藥單耗q=0.51kg/m3：總藥量Q=q*V=40.5kg，爆破體積V=S*L= 79.2m3。

主線下臺階平均炸藥單耗q=0.40kg/m3：總藥量Q=q*V=33.0kg，爆破體積V=S*L= 84m3。

3 爆破振速驗(yàn)算

隧道下穿供水管線地段，南線正下方為Ⅳ級圍巖，附近（100m范圍）為Ⅳ級、Ⅴ級；北線正下方為Ⅲ級圍巖，附近（100m范圍）為Ⅲ、Ⅳ級。管線與隧道最小凈距13.5m（南線）/13.4m（北線）；為降低振速，交界面前后100m范圍Ⅲ、Ⅳ級圍巖段，均采用三臺階法爆破施工。設(shè)計(jì)振速限值V限=2Cm/s，驗(yàn)算按最不利因素考慮。

根據(jù)Ⅳ級（Ⅲ級）圍巖（三臺階法）爆破參數(shù)表可查，循環(huán)進(jìn)尺1.8m，單段最大裝藥量Q'=16.8Kg（上臺階）；

供水管線距南線起爆中心最小距離為15.5m（交叉正下方），據(jù)上述公式計(jì)算同段起爆最大裝藥量Q"=5.96Kg（R=15.5m）；

《爆破安全規(guī)程》震速計(jì)算公式為：V = K（3√Q / R） α，K值取50（巖石條件K=30～70），α值取1.5（α=1～2）；

由Q'>Q"，可知振速超出限值，故需采取縮短循環(huán)進(jìn)尺，減少單段最大裝藥量，滿足振速限值要求。由于供水管線為壓力管，為最大限度降低、控制爆破震速；據(jù)同段起爆最大裝藥量表、結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，以交界面為起點(diǎn)向兩端分段擬定循環(huán)進(jìn)尺，確定所分段落每循環(huán)單段起爆最大裝藥量，對每一段落產(chǎn)生的最大爆破震速進(jìn)行驗(yàn)算如下：

b-1.0～25m地段

每循環(huán)進(jìn)尺0.5m，單段最大裝藥量Q1=16.8/1.8*0.5=4.7Kg，該段起爆中心距三期管最小距離R1=15.5m（交叉正下方），該段最大爆破震速為：

V1max = K（3√Q 1/ R1） α=50（3√4.7/ 15.5） 1.5=178（Cm/S）

b-2.25～50m地段

每循環(huán)進(jìn)尺1.0m，單段最大裝藥量Q1=16.8/1.8*1.0=9.3Kg，該段起爆中心距三期管最小距離R2=28.4m（距交界面25m），該段最大爆破震速為：

V2max = K（3√Q 2/ R2） α=50（3√9.3/ 28.4） 1.5=101（Cm/S）

b-3.50m以后地段

按正常段進(jìn)行施工，每循環(huán)進(jìn)尺1.8m，單段最大裝藥量Q3=16.8Kg，起爆中心距供水管最小距離R3=51.8m（距交界面50m），最大爆破震速

V3max = K（3√Q 3/ R） α=50（3√16.8/ 51.8） 1.5=055（Cm/S）

4 結(jié)論

公路隧道下穿供水管線的爆破參數(shù)選取從爆破驗(yàn)算中可以看出是滿足設(shè)計(jì)振速限值V限=2Cm/s。由此，我們推斷該方案在現(xiàn)有的地質(zhì)條件下，是能夠滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程以及設(shè)計(jì)要求的。

此外，在我們采用該方案進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)爆破實(shí)際振速與計(jì)算基本一直，及時(shí)對該方案進(jìn)行檢驗(yàn)，確保理論與實(shí)踐相對一致，及時(shí)的反饋信息指導(dǎo)施工，從而，安全的通過了供水管線。

參考文獻(xiàn)：

[1]《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015）.

[2]《爆破安全規(guī)程》GB-6722-2015.

[3]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTG F60-2009.

[4]《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》JTG/T F60-2009.