無中導洞連拱隧道后行洞施工爆破控制

儲桂華

文章結合施工項目無中導洞連拱隧道施工中遇到的問題及應對措施，通過施工技術介紹，總結隧道施工的相關管理經驗。通過控制爆破、監控量測等有效措施進行病害預防及治理，對同類工程的施工管理具有一定參考價值。

一、工程概況

五臺山2號隧道位于云南省麗江市玉龍縣黃山鎮五臺社區境內，設計速度80km/h，長517米，為雙向四車道連拱隧道。整個隧道位于直線上，隧道區海拔介于2474m～2548m之間，相對高差小于80m，最大埋深70m。隧道圍巖以弱～中風化白云質灰巖為主，節理裂隙較發育，巖體較破碎；地下水則以松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水為主。

二、工程地質概況

1.地形地貌

隧道海拔高程介于2474.5～2548.6m之間，相對高差小于80m，屬中低山巖溶化山地地貌區，隧道進口較陡峭，植被較好，多松樹等喬木，基巖裸露差，進口位于麗江火車站進站以南約500m斜坡地帶，出口位于麗江火車站出站端以南約600m斜坡一帶，進、出口均有土質便道可達附近。交通條件一般。

2.地質巖性

該段路線區域上位于揚子亞板塊之鹽源-麗江陸緣拗陷帶，位于北東向構造體系的程海斷裂與麗江-劍川斷裂之間。地質結構復雜，褶皺與斷裂十分發育，線路經過的范圍主要有寧蒗沉降帶、金沙區隆起區、鳴音沉降帶及玉龍雪山隆起區。路線附近發育有麗江-金棉斷裂（F27）等。

根據地質調查，隧道區域內主要地層為第四系殘坡積（Q4el+dl）層、三疊系中統北衙組中段（T2b2）巖層。

3.水文、氣候

隧址區地表水不發育，沖溝內無常年流水，大氣降水順山坡向溝底匯集，形成暫時性水流。以隧道中部為分水嶺，向兩側低洼溝槽排泄，區域上屬金沙江水系。隧道區地下水為第四系孔隙水類型、碳酸鹽巖巖溶水類型。第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以潛水形式出現，水量甚微；巖溶水賦存于白云質灰巖、灰巖節理裂隙、巖溶管道中，埋藏較深，水量較豐富。地下水主要接受大氣降水補給，以巖溶裂隙或巖溶管道進行徑流、排泄，排泄量較大。

4.不良地質

根據地質調查顯示：隧道區不良地質為巖溶，未見有泥石流、滑坡、崩塌等不良地質作用發育。

巖溶：隧道洞身通過巖性為三疊系中統北衙組中段白云質灰巖、灰巖等，均為可溶巖。野外調查，地表溶溝、溶槽發育，巖體表面多呈刀砍狀。據鉆孔及物探資料綜合分析，洞身段巖溶中等發育，局部強發育。鉆孔揭示溶洞高0.8～5m不等，均被黏土或碎石土填充。據測區地形地貌條件，推測隧道通過地段位于巖溶垂直滲流帶及地下水季節交替帶，巖溶中等發育，隧道開挖不排除遇豎井樁溶洞，雨季易受突然涌水、涌泥的危害，施工中應加強超前預測、預報、支護及防排水措施。

三、施工方法及工藝流程

1.開挖方法

本隧道的洞身施工遵循“弱爆破、短進尺、少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的施工原則，洞口及易坍塌軟弱圍巖地段采用環形開挖留核心土法開挖，隧道洞身Ⅴ級圍巖段采用環形開挖預留核心土法開挖，Ⅳ級圍巖地段采用上下斷面臺階法開挖。施工過程中主要存在問題：后行洞在爆破開挖過程中易導致先行洞二襯發生開裂。

2.施工要點

（1）隧道洞身開挖

五臺山2號隧道為無中導洞連拱隧道，主洞開挖時，先行洞二襯完成段與后行洞掌子面的距離不小于40m。后行洞施工開挖時，加強超前支護，并及時施作初期支護。本隧道主要以爆破開挖為主，后行洞采用控制爆破施工，爆破震動速度控制標準值控制在20cm/s以內（《爆破安全規程》（GB6722-2003）規定交通隧道的爆破振動安全允許標準在10～20cm/s之間），嚴格控制超、欠挖。施工過程中加強后行洞開挖爆破對先行洞初期支護和二次襯砌震動影響的監控。結合我公司掌握隧道施工技術和本項目其它單位連拱隧道的施工經驗，后行洞采用分次爆破+炮捶破碎相結合的施工方法減少后行洞爆破對先行洞初期支護及二襯的震動影響。

（2）后行洞爆破控制

五臺山2號隧道主要為Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段落，開挖主要以爆破作業為主，加強監測。盡量減少施工中對圍巖的擾動，發揮圍巖的自穩能力。先行洞拱部、邊墻采用的爆破方式為光面爆破；后行洞上臺階采用三次爆破開挖（即：第一次爆破將掏槽眼從中線右移2m，爆破隧道斷面2/3，呈現臨空面，第二次爆破左側邊眼距左側中隔墻2m，最左側兩排炮眼安裝紅線，控制用藥量，剩余2m范圍采用破碎錘機械鑿除）。首先進行爆破參數設計，獲得滿足控制爆破要求的爆破參數，然后進行放樣鉆眼，再根據設計參數進行裝藥，最后進行爆破，并及時清理洞渣。

爆破參數設計：根據圍巖類別、爆破震動效應監測和砼應力應變量測及時調整炮眼布置、起爆順序和裝藥量。

①鉆爆參數的選擇：由爆破試驗確定，其試驗主要參照表1。

表1 光面爆破參數表

②Ⅳ級圍巖鉆爆設計

Ⅳ級圍巖采用上下斷面臺階法開挖，采用雙斜形掏槽眼；周邊眼布設按經驗公式（炮眼間距E=16d，其中d為炮眼口徑）計算，周邊眼間距取為50cm，最小抵抗線W=1.25E，取值為60cm，炮眼密緊系數E/W=0.83，要求成眼距離準確，眼與眼之間平行。外圈輔助眼與二圈眼的距離要保持一致、整齊，其他輔助眼的布置則根據掌子面剩余空間按梅花形均勻布置，垂直鉆孔。炮眼布置如圖1。

圖1 后行洞爆破示意圖

每循環總炸藥用量：Q = qV

式中：

Q—掘進每循環所需總炸藥量(kg)，Ⅳ級圍巖取0.75kg/m3；

q—單位耗藥量(kg/m3)；

V—1個循環進尺所爆落的巖石總體積(m3)，其值為V=SL

其中：

S—右洞上臺階開挖斷面面積(m2)，S=64.48m2；

L—炮眼平均深度(m)，L=1.8m；

—炮眼利用率取0.9。

故

Q =0.75×64.48×1.80×0.90=78.34kg

根據爆破振動安全允許距離，按下式計算：

R=（K/V）1/α·Q1/3

式中：

R—爆破振動安全允許距離（m）；

Q—炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量（kg）；

V—保護對象所在地安全允許質點振速（cm/s）；

K,α—與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，應通過現場試驗確定；在無試驗數據的條件下，可參考表2中選取。

表2

本隧道圍巖屬于較堅硬巖，K值取200，α值取1.7。采用微差爆破，第一次爆破單孔最大用藥量0.9kg，第二次爆破單孔最大用藥量0.3kg，根據設計圖紙要求V值取15。

第一次爆破振動安全允許距離：R=（K/V）1/α·Q1/3=（200/15)1/1.8×0.91/3=4.07m

第一次爆破距離中夾巖柱外側最小距離為4m，單孔最大裝藥量位于掏槽眼位置，滿足計算要求。

第二次爆破振動安全允許距離：R=（K/V）1/α·Q1/3=（200/15）1/1.8×0.31/3=2.82m

第二次爆破距離中夾巖柱外側最小距離為3m，單孔最大裝藥量位于臨空面一側炮眼，滿足計算要求。

通過在現場實際施工驗證，該種方法基本滿足要求，現行洞二襯未發生裂縫。

圖2 破碎錘施工

（3）關鍵控制點

①由于該隧道結構不使用中隔墻，而是在兩洞相鄰處共用一段初期支護，因此，為防止左幅（先行洞）右側拱、墻部噴射混凝土開裂，并確保噴射混凝土施工質量、提高其整體性，采取在左幅（先行洞）右側拱、墻部施作鋼筋網，其中Ⅴ級圍巖內側（隧道凈空側）鋼筋網采用Φ16單層鋼筋網（鋼筋網凈保護層厚5cm），中間位置鋼筋網采用Φ8單層鋼筋網；Ⅳ級圍巖內側（隧道凈空側）鋼筋網采用Φ12單層鋼筋網（鋼筋網凈保護層厚5cm），中間位置鋼筋網采用Φ8單層鋼筋網，鋼筋網待開挖面初噴2cm混凝土后進行設置，并緊貼噴砼面掛設。左幅（先行洞）右側邊墻部鋼筋網采取短錨桿固定，錨桿錨固圍巖內長25cm。

②防止搭接處的應力集中，初期支護的搭接要圓順。為增加搭接處地基的承載力，基底應加設注漿小導管，并注漿。后行洞拱架與先行洞拱架搭接時嚴格控制好焊接質量，在兩側和底部增加三根螺紋鋼焊接進行加強。

圖3 拱架連接處

（4） 隧道監控量測

隧道洞內按照設計要求布設監控量測點，按照頻率進行觀測。具體按如下要求執行：

①量測點的安設保證初讀數在開挖后12h內和下一循環開挖前完成，并測取初讀數。

②測點安設在距開挖工作面1m范圍內，且不大于一循環進尺，并精心保護，不受下一循環爆破的破壞。

③各項位移量測的測點，一般可布置在同一斷面內，測點統一在一起，測設結果能相互印證，協同分析與應用。

根據監控量測數據顯示，根據對后行洞Ⅳ級圍巖連續一周監控量測數據顯示，水平收斂及拱頂下沉較小，圍巖自穩能力較好。

四、質量控制

為保證隧道施工質量，根據隧道的工程特點及人員配置，主要采取以下幾個方面進行控制：

1.人員管控

由有豐富施工經驗、懂技術、精管理的人員擔任項目經理，由技術精湛、經驗豐富的專業人員擔任總工，由經驗豐富、精管理的人員擔任現場副經理，挑選施工經驗豐富、懂技術、責任心強、懂管理的工區主任和技術員，組建精干高效的項目機構，保證工程的領導力量。調集具有類似工程施工經驗的施工班組，以高素質的施工隊伍和雄厚的技術力量保證工程質量。對進場的施工班組進行三級安全技術交底，有針對性地組織施工人員學習，進行施工前的崗位培訓，以保證工程施工的技術要求。建立健全的質量保證體系，項目質檢部對初支立架、二襯鋼筋綁扎等關鍵工序實行旁站，并由質檢員向監理報檢。施工隊設專職質檢員，工班設兼職質檢員，施工中嚴格實行“三檢制”，工序交接檢，保證工程施工的每一段、每個部位的質量在施工的過程中受到控制。嚴格按照“過程檢驗和試驗控制程序”的內容和要求，及時組織質檢人員和試驗人員對各工序進行自檢，對出現的問題及時組織有關人員進行研究分析，制定糾偏和預防措施，以確保達到實施效果。并及時通知監理單位，經現場認可后，才能進行下一步工序的施工。

2.設備管控

項目部組織人員對隧道使用的挖掘機、裝載機、出渣車、拌和機等大型機械進行驗收，對落后、破損嚴重的施工機械清理出場。要求作業隊伍對開挖臺車、防水板臺車及二襯臺車的臨邊防護安裝到位，刷上反光漆，配足安全防護用品。對二襯臺車進行徹底打磨，在項目部和監理工程師驗收合格之后才能進行施工。配備濕噴機，掌子面初期支護嚴格采用濕噴工藝。

3.材料管控

為保障工地材料的供應，項目部建立了材料溝通微信群，及時為隊伍提供水泥與鋼材，以滿足工地施工要求。試驗室隨時對現場的原材料進行取樣，對隊伍自行采購的不合格材料清理出場，杜絕不合格材料，保證隧道施工質量。注重隧道材料日核算、價差量差分析工作，嚴格控制材料的領用工作，避免材料的浪費和偷工減料。在澆筑二襯混凝土時，確?；炷零暯蛹皶r，避免出現施工冷縫，技術員在現場實時盯控，杜絕工人私自加水，并觀察混凝土的質量，及時與試驗室聯系，要求試驗室指派專人在拌和站全程跟蹤，根據現場反映情況及時調整混凝土配合比，保證混凝土的施工質量。

4.工法管控

項目部在各工序施工之前，編制了施工組織設計和相應的施工方案，對各施工班組也進行了三級安全技術交底，要求隊伍必須嚴格按照方案施工。隧道開挖采用控制爆破，在圍巖較好時組織光面爆破，以確保開挖質量，結合第三方超前地質預報對圍巖進行實時監控，動態調整爆破參數，嚴格控制炸藥用量，杜絕超欠挖現象，后行洞爆破嚴格按照項目部制定的專項方案執行，即爆破采用微差控制爆破技術，掏槽采取楔形掏槽，每循環進尺1.6m，周邊眼采用光面爆破，小范圍采用控制松動爆破法施工，靠近中隔墻位置采用破碎錘鑿除，減少后行洞爆破對先行洞初期支護及二次襯砌的擾動。在施工鎖腳錨桿和超前小導管時，現場技術員必須在現場盯控，對于隱蔽工程留下影像資料，鋼拱架間距采用尺量方法控制間距。噴射混凝土由噴混站拌和，由專業人員操作，保證噴射混凝土質量，針對初支混凝土不平整的情況，要求隊伍及時進行復噴，保證噴射混凝土外觀質量。仰拱施做時，基底必須清理干凈，超挖部分采用同標號混凝土回填，仰拱與填充應分層澆筑，各結構層橫向施工縫應錯位50cm以上，仰拱澆筑不得分幅澆筑。橫向縱向排水溝安裝要連接順直，要有一定的坡度，保證排水順暢，防水板和土工布安裝要求松弛有度，焊縫滿足設計規范要求（搭接不小于10cm，焊縫寬1cm），做好排水管反包工作，禁止采用射釘固定防水板，留夠與下板土工布防水板的搭接長度。項目部成立QC小組針對二襯鋼筋保護層合格率，制定相關QC課題，采取有效措施，保證鋼筋保護層合格率。在綁扎二襯鋼筋時，質檢人員全程監控，組織強有力的測量人員進行測量控制，綁扎完第一層鋼筋后再利用L筋進行定位，即避免直接在防水板上定點不準確的情況發生，又防止鋼筋刺穿防水板，合模板前綁扎足夠的混凝土墊塊，保證每平米不少于4個，以保證二襯鋼筋保護層合格率。為保證二襯混凝土外觀質量，立模前對鋼模表面進行徹底清理，并對接后進行處理，以保證接縫平齊、嚴密不漏漿，脫模劑應涂抹均勻。澆筑混凝土期間，現場技術員全程監控，利用插入式和附著式振動器加強振搗，保證混凝土外觀質量?；炷翉姸冗_到75%以上才能拆模，個別地方出現問題及時修飾。拆模之后要及時采用霧炮機噴水養護，養護時間不得低于7天。

五、結語

本隧道在進行Ⅴ級圍巖地段開挖時，先行洞采用三臺階（預留核心土）法，輔之以超前支護，短開挖、強支護，及時有效地控制了圍巖的變形；后行洞增設了臨時仰拱，有利于將隧道結構所受偏壓轉移和傳遞至周圍巖體，也控制了其兩邊結構的橫向位移，增加了整體結構的穩定性。在Ⅳ級圍巖地段，采用上下臺階法并以光面爆破開挖為主，施工操作空間較大，有利于機械化施工，具有速度快、安全性高、開挖面平整光潔，精確爆破的特點。

與一般有中導洞連拱隧道相較而言，無中導洞連拱隧道施工的應用將大大減少隧道總造價，可以在地方交通不發達、材料供應緊缺的地區減少材料應用，從而可減少人、料、機的投入，施工工期縮短、施工進度增快。