官田隧道出口段控制爆破法施工問題探討

王文明

（山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000）

一、工程概況

官田隧道所在的奉建高速為G6911安康至來鳳國家高速公路網的重要聯絡段，隧道左、右洞分別長3037m和2962m，左右線起訖樁號分別為k17+363～k20+400、yk17+368～yk20+330，屬于特長隧道。出口段左右洞分別長1015m和977m，隧洞內按照雙向四車道高速公路標準設計，主隧洞建筑限界10.25m×5m，隧洞段最大設計埋深287m，圍巖地質超前預報等級為C2級。官田隧道出口段的k19+385～k20+237和yk19+353～yk20+163段圍巖等級為Ⅳ級，k20+237～k20+400和yk20+163～yk20+330段圍巖等級為Ⅴ級，存在部分滑坡及崩坡積體地質。

二、控制爆破施工方案設計

（一）爆破方案設計

官田隧道出口段實施控制爆破法時，在不穩定程度較嚴重的Ⅳ級軟弱圍巖段采用三臺階七步法開挖，如圖1所示。采取三臺階分部爆破施工的開挖方式，充分利用分次爆破所形成的臨空面控制震速，減弱爆破施工對周圍建筑物的不利影響。分次爆破所形成的臨空面愈多，則爆破過程受到巖石約束的程度愈小，爆破開挖效果越好。為此，可通過增加臨空面數量減輕震動、優化爆破效果，結合爆破施工原理，使掏槽和底板處爆破掘進施工的震動強度至最大。因此官田隧道控制爆破施工時，應盡可能將掏槽孔設置在開挖斷面以下距離拱頂較遠的位置，既能確保隧道已開挖成形拱頂圍巖的穩定性，又能增強爆破掘進施工的工效。各分部斷面分臺階、分部、分次爆破掘進，從而增大下部斷面開挖施工的臨空面，以便形成減震空腔，降低震動，保障周圍建筑及施工的安全。

圖1 Ⅳ級圍巖段采用臺階法施工程序示意

（二）爆破施工參數確定

1.爆破孔數量

結合工程開挖方案設計要求及官田隧道出口段巖石堅固程度，爆破孔直徑應確定為φ42mm，爆破孔數量按照1.5個/m2～2.5個/m2的要求確定。官田隧道出口段主要采用多斷面開挖，爆破孔數量應根據各部分斷面面積確定，在光面爆破的情況下應按10%～15%的比例增設爆破孔數。

2.爆破孔布置

結合規范，類似地質條件的隧道工程裝藥集中度為0.1kg/m～0.15kg/m，考慮到官田隧道出口段光面炮孔間距設計值為50cm，所以裝藥集中度設計值應至少為0.15kg/m。在設置掏槽孔時必須考慮到施工的可行性和便捷性而設置在巖面中下位置，保證掏槽孔以上的炮孔均為壓頂結孔。結合循環進尺及圍巖等級，官田隧道出口段掏槽孔有6種設計形式如表1所示。掏槽孔施工位置必須設置在斷面下部和開挖底面相距0.8m～1.0m處，并通過延期段位雷管爆破，將各延期段位時間間隔控制在35ms±5ms，拋渣距離至少20m。

周邊孔在隧道出口段開挖輪廓控制方面發揮著重要的作用。周邊孔屬于光面爆破孔，通過加強周邊孔設計施工控制，既能控制圍巖超欠挖，又能降低爆破開挖對圍巖的不利擾動。結合官田隧道出口段的圍巖類型，周邊孔孔距按照炮孔直徑的10倍～15倍確定，最小抵抗線為周邊孔孔距的0.7倍～1.0倍，最終確定的周邊孔孔距為50cm，孔徑42mm。

表1 開挖爆破掏槽孔設計形式

擴槽孔、內圈孔、底板孔的布置比掘進孔密且比掏槽孔和周邊孔稀，為控制爆破對圍巖的不利擾動，并優化爆破施工效果，應按照0.6m～0.7m設置內圈孔孔距，并保證炸藥量均勻分布于內圈孔帶。底板孔因受到積壓碴的影響也必須加密，按照掘進孔孔數80%確定底板孔間距，抵抗線則按0.6m～0.7m布置。

3.裝藥量的確定及分配

隧道出口段控制爆破開挖總裝藥量Q按式（1）確定：

式中k為單位爆破面積下所需炸藥量（kg/m3），k=1.8 (f/s)1/2，其中f為巖石堅固系數，取8～10；l為根據每茬拋孔循環進尺所確定的掘進孔、輔助孔深度（m3）；s為開挖斷面實際爆破面積（m3）；η 為炮孔利用程度，取0.8～0.95。

根據炮孔設計孔位及所起的作用，在確定總裝藥量的基礎上分配炸藥。上臺階掏槽孔深度1.1m、1.7m、1.8m孔數均為4孔，單孔裝藥量分別為2.4kg、4.8kg和6.4kg，堵塞段長度均為0.2m，連續裝藥；擴槽孔、掘進孔、內圈孔、周邊孔及底板孔設計孔深均為1.6m，孔數分別為4孔、5孔、18孔、26孔和17孔，單孔裝藥量為1.6kg、1.6kg、1.2kg、0.3kg和1.6kg，堵塞段長為0.3m、0.3m、0.4m、0.1m和0.1m。二臺階掘進孔、周邊孔、底板孔孔深均為1.6m，孔數為18孔、4孔、11孔，單孔裝藥量1.6kg、0.3kg、1.6kg，堵塞段長度0.3m、0.1m、0.1m。三臺階掘進孔、周邊孔、底板孔孔深均為1.6m，孔數為7孔、4孔、11孔，單孔裝藥量1.6kg、0.3kg、1.6kg，堵塞段長度0.3m、0.1m、0.1m。

此外，隧道開挖必須嚴格遵守國家有關隧道施工及爆破的規定，根據對保護體及設施、設備的允許最大震動速度要求作出控制和調整。

三、爆破施工控制

（一）爆破振動控制

官田隧道出口段爆破采用減振掏槽爆破技術，通過掏槽孔施工合理控制隧道掘進循環進尺；通過掏槽爆破形成槽腔，發揮巖石夾制作用。官田隧道出口段的爆破開挖應合理確定掏槽方式，并根據爆破開挖施工實際不斷優化掏槽孔參數，減小夾角及最小抵抗線，采用無夾制楔形掏槽施工的方式，通過先爆擴大臨空面，控制爆破地震效應對圍巖及既有建筑的危害。

（二）炮孔堵塞

為保證炸藥在受約束條件下充分爆炸并發揮效能，必須按要求將裝藥段以外的其余段堵塞，避免沖炮或生飛石，光面爆破炮孔堵塞長度20cm～30cm，其余炮孔堵塞長度至少40cm，不得預留間斷與空隙。官田隧道出口段爆破孔堵塞采用砂∶黏土∶水=3∶1∶1的黏泥材料。

（三）鉆爆開挖施工過程控制

采用三臺階七步法實施不穩定圍巖開挖時必須縮短臺階長度，保證初支結構盡快閉合成環，仰拱及拱墻結構及時跟進，確保穩定支護體系盡快形成。

結合隧道斷面實際情況、圍巖穩定性、臺階數量等要素確定臺階數量和臺階高度，官田隧道出口段臺階開挖高度應控制在2.5m～3.5m，并采用三臺階形式。上臺階鋼拱架施作時主要結合拱腳、鎖腳錨桿等輔助措施，加強對圍巖初支變形的控制。應根據兩榀鋼拱架間距控制Ⅳ級圍巖上下臺階開挖循環進尺，且下臺階單側拉槽長度應控制在15m以內。待上臺階噴射混凝土實際強度達設計值的70%后開始下臺階開挖，并根據上部臺階穩定控制情況確定下部循環進尺，若上部穩定性較差，則應縮短進尺，在下臺階開挖過程中還應加強初支及仰拱施作，并充分考慮和解決好上下臺階施工干擾問題。下臺階分為左右兩部分跳槽開挖，且開挖過程應錯開3.0m～5.0m，鋼架兩側不能出現懸空情況，且下臺階施工過程中初支鋼架結構必須平直、牢固順接。

仰拱和二襯填充應全幅澆筑，并加強安全步距控制：將Ⅳ級、Ⅴ級以上圍巖仰拱和掌子面距離分別控制在50m、40m以內；將Ⅳ級、Ⅴ級以上圍巖二襯和掌子面距離分別控制在90m和70m以內。