雙連拱隧道后行洞爆破方案優(yōu)化研究

趙利強(qiáng)

華麗高速公路五臺(tái)山2 號(hào)隧道設(shè)計(jì)為無(wú)中導(dǎo)洞施工工藝，其優(yōu)點(diǎn)為可以減少施工步驟和臨時(shí)支護(hù)，但存在工序銜接難度大，后行洞拱架搭接在先行洞鋼架上，未閉合成環(huán)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，后行洞爆破對(duì)先行洞襯砌擾動(dòng)較大，因此選擇合理的爆破方案對(duì)無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的施工質(zhì)量具有重要意義。

目前連拱隧道多采用中導(dǎo)洞或三導(dǎo)洞的施工方法，然而導(dǎo)洞法工序繁多，臨時(shí)支護(hù)多，施工工期長(zhǎng)。無(wú)中導(dǎo)洞法少了開挖導(dǎo)洞的工序，減少了臨時(shí)支護(hù)，工序干擾小，加快施工速度、提高施工質(zhì)量，但是，無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道施工時(shí)，后行洞爆破對(duì)先行洞的襯砌擾動(dòng)大，爆破工藝要求高。本文以云南華麗高速公路第29 合同段五臺(tái)山2 號(hào)連拱隧道施工為例，探究后行洞爆破對(duì)先行洞襯砌影響規(guī)律，并優(yōu)化爆破方案，從先行洞預(yù)留空隙和后行洞采取三次爆破方式等方面談?wù)勅绾螠p小后行洞爆破對(duì)先行洞襯砌的震動(dòng)影響。

一、工程簡(jiǎn)介

1.工程概況

五臺(tái)山2 隧道是一座無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道，起止點(diǎn)樁號(hào)為K141+343～K141+860，全長(zhǎng)517 米，隧道圍巖有Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)兩種，其中Ⅳ級(jí)圍巖占442 米（85.5%），Ⅴ級(jí)圍巖占75 米（14.5）。隧道區(qū)屬中低山巖溶化山地地貌區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)理裂隙較發(fā)育。

2.工程特點(diǎn)

地層巖性主要以粘土、中～強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r為主，巖質(zhì)較硬，隧道區(qū)巖溶發(fā)育，隧道開挖有遇豎井狀溶洞的情況。五臺(tái)山2 號(hào)隧道采用進(jìn)口端單向掘進(jìn)，施工時(shí)先施工地質(zhì)較差、埋深較淺的一幅，結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)將左洞定為先行洞，右洞定為后行洞，左右洞均采用臺(tái)階法開挖。后行洞拱架搭接在先行洞鋼架上，未閉合成環(huán)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，須嚴(yán)格控制爆破施工工藝，防止后行洞爆破引起先行洞襯砌混凝土開裂甚至失穩(wěn)。

二、施工工藝

1.總體施工工藝

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)開挖方案，Ⅳ級(jí)圍巖左洞采用上下臺(tái)階法，右洞采用上下臺(tái)階法開挖。采用超前小導(dǎo)管注漿方式進(jìn)行預(yù)支護(hù)，然后采用微差控制爆破技術(shù)進(jìn)行開挖，掏槽采取楔形掏槽，每循環(huán)進(jìn)尺2 榀，周邊眼采用光面爆破，開挖后利用噴混凝土、錨桿支護(hù)、掛鋼筋網(wǎng)、設(shè)型鋼鋼架支護(hù)，澆筑二襯鋼筋混凝土。Ⅴ級(jí)圍巖左洞采用三臺(tái)階預(yù)留核心開挖，右洞采用三臺(tái)階預(yù)留核心土臨時(shí)仰拱法，爆破采用微震控制爆破技術(shù)，掏槽采取楔形掏槽，每循環(huán)進(jìn)尺1 榀，周邊眼采用光面爆破，開挖后利用噴混凝土、錨桿支護(hù)、掛鋼筋網(wǎng)、設(shè)型鋼鋼架支護(hù)，澆筑二襯鋼筋混凝土。要求爆破震動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)小于15cm/s，施工過(guò)程中加強(qiáng)后行洞爆破對(duì)先行洞襯砌震動(dòng)影響的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)方案及參數(shù)。

2.后行洞Ⅳ級(jí)圍巖爆破設(shè)計(jì)

（1）爆破參數(shù)選擇

①炮眼直徑選擇

炮眼直徑選用：d=42mm。

②炮眼深度

循環(huán)進(jìn)尺為：l=1.60m，取炮眼利用率n 為0.90

實(shí)際取炮眼深度為1.8m，實(shí)際循環(huán)進(jìn)尺為：

l'=1.8×0.90=1.62m

掏槽眼的深度為：

L掏=1.8+0.2=2m

輔助眼及周邊眼的深度為：

L輔、周=1.8m

（2）每循環(huán)總炸藥用量

Q=qV

式中：Q——掘進(jìn)每循環(huán)所需總炸藥量(kg)，Ⅳ級(jí)圍巖取0.95kg/3m；q——單位耗藥量，(kg/m3)；V——1 個(gè)循環(huán)進(jìn)尺所爆落的巖石總體積(m3)，其值為

V=SLη

其中：S——右洞上臺(tái)階開挖斷面面積(m2)，S=62.642m；

L——炮眼平均深度(m)，L=1.8m;；

η——炮眼利用率，η=0.9。

故Q=0.95×62.64×1.80×0.90=96.40kg

（3）掏槽眼布置

①掏槽眼參數(shù)

采用兩層掏槽眼，內(nèi)掏槽眼與開挖面的夾角取40°，外掏槽眼與開挖面的夾角取50°，上下掏槽眼間的距離取60cm。

②掏槽眼長(zhǎng)度

l內(nèi)掏=1/sin40=1.56m

l外掏=2/sin50=2.61

③掏槽眼裝藥量

掏槽眼的裝藥系數(shù)取0.7，則單孔裝藥量為：

每個(gè)內(nèi)掏槽眼，q內(nèi)掏=1.56*0.7*0.86=0.94

實(shí)際取0.9kg（3 卷）

每個(gè)外掏槽眼， q內(nèi)掏=2.61*0.7*0.86=1.57

實(shí)際取1.5kg（5 卷）

掏槽眼總裝藥量為：

Q掏=8*0.9+10*1.5=22.2 kg

（4）周邊眼布置

①周邊眼間距及最小抵抗線

根據(jù)圍巖情況和隧道斷面尺寸：

周邊眼間距取500mm，最小抵抗線取500mm，光爆孔密集系數(shù)為1.0。

②周邊眼數(shù)量

按照右洞上臺(tái)階開挖面的周長(zhǎng)和選用的炮孔間距，可以計(jì)算出周邊眼個(gè)數(shù)取37 個(gè)。

③周邊眼單孔裝藥量

為了保證光面爆破效果，周邊眼裝藥系數(shù)取為0.4；為了保證開挖凈空，周邊眼向外傾斜，眼底超出輪廓線100mm。

則周邊眼的長(zhǎng)度為：

L周=1.8m

則單孔裝藥量為：

q周=1.8*0.4*0.86=0.61 kg

實(shí)際取0.6kg(2 卷)。

④周邊眼總裝藥量

周邊眼的總裝藥量為：

Q周=0.6*37=22.2 kg

（5）輔助眼布置

考慮圍巖堅(jiān)固系數(shù)，輔助眼裝藥系數(shù)取為0.55。

①輔助眼數(shù)量

N輔=（96.4-22.2-22.2）/（0.55*1.8*0.86）=61 個(gè)

實(shí)際取71 個(gè)。

②輔助眼單孔裝藥量

Q輔=0.55*1.8*0.86=0.85 kg

實(shí)際取0.90kg(3 卷)。

③輔助眼的總裝藥量為：

Q輔=71*0.9=63.9 kg

（6）中巖墻炮眼布置

后行洞距先行洞初支1m 布置炮眼，以松動(dòng)爆破為主，采用不耦合裝藥。

在預(yù)留1m 中巖墻中部布置減震孔，間距0.3m，最后裝藥爆破，防止后行洞爆破對(duì)先行洞二襯造成破壞。

裝藥系數(shù)為40%，

q中=1.8*0.4*0.86*=0.619 kg

實(shí)際取0.6 kg（2 卷）

Q中=0.6*12=7.2 kg

Q=63.9+22.2+22.2+7.2=115.5 kg

此值與按體積公式計(jì)算的總裝藥量基本一致，所以按此值進(jìn)行裝填炸藥。

3.監(jiān)控量測(cè)

因無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道爆破開挖擾動(dòng)次數(shù)多特點(diǎn)，隧道初期支護(hù)受力形式和變形影響因素復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)高，監(jiān)控量測(cè)在埋深淺、偏壓大的連拱隧道中顯得非常重要。因此，連拱隧道施工過(guò)程中必須重視監(jiān)控量測(cè)工作，并及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)分析及信息反饋，以保證施工安全。

監(jiān)控量測(cè)斷面的布設(shè)要求：

（1）洞口淺埋段10-15m 范圍之內(nèi)，應(yīng)布置不少于

3-5 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。

（2）水平收斂和拱頂下沉量測(cè)，V 級(jí)圍巖每10～20米一處，IV 級(jí)圍巖每20～30 米設(shè)置一處監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)應(yīng)在爆破后12 小時(shí)內(nèi)和下一循環(huán)開挖前完成進(jìn)行。

（3）中墻內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力及裂縫量測(cè)，結(jié)合周邊收斂位移監(jiān)測(cè)中墻位移。每個(gè)洞口淺埋段，應(yīng)不少于3 個(gè)斷面，每個(gè)斷面不少于3 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（4）在先行洞二襯拱腰2m 范圍內(nèi)布置震動(dòng)測(cè)點(diǎn)，以后行洞掌子面對(duì)應(yīng)先行洞二襯位置為中點(diǎn)等間距對(duì)稱布置5 個(gè)測(cè)點(diǎn)（如圖1），先取D 為10m，后根據(jù)震速測(cè)試結(jié)果縮小測(cè)點(diǎn)間距，監(jiān)測(cè)不同位置襯砌的震動(dòng)衰減規(guī)律。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置圖

三、結(jié)語(yǔ)

五臺(tái)山2 號(hào)連拱隧道后行洞爆破施工過(guò)程中，采用以上方法優(yōu)化爆破方案，可以極大的減小后行洞爆破對(duì)先行洞襯砌的擾動(dòng)，保證先行洞二襯質(zhì)量。從施工進(jìn)度、工程質(zhì)量和安全都得到有效保障，對(duì)類似的高速公路連拱隧道施工具有一定參考價(jià)值。