梯度減振隔振施工技術在超小凈距隧道中的應用

摘要：超小凈距隧道施工中，如何減小后行洞爆破對中巖柱擾動及先行洞支護結構損傷是施工過程中控制重點。為此，以貴州桐新高速梨樹坪隧道為例，通過創新研發超小凈距隧道爆破控制減振技術，組織實施五部兩平臺分次開挖，總結形成了超小凈距隧道梯度減振隔振施工技術，降低了后行洞爆破對先行洞襯砌結構及中巖柱的影響，加快了施工進度，可為今后類似工程施工提供借鑒。

關鍵詞：隧道；爆破；減振

在我國交通工程建設中，為滿足線路設計、接線長度要求，橋隧相連工程常采用分岔隧道方案，不可避免地采取超小凈距隧道。現行超小凈距隧道施工技術主要包括：一是采用數碼電子雷管逐孔起爆的方式，減小最大段藥量，從而降低振速；二是采用雙排切縫管預裂爆破技術配合機械開挖的方法，減小中巖柱擾動以及先行洞支護結構損傷。以上方法保護了中巖柱且對爆破振速起到了較好的控制效果，但仍存在諸多不足。為進一步解決技術工序復雜且成本較高、爆破質量控制技術繁瑣，難以推廣等問題，本文提出一種超小凈距隧道梯度減振與隔振施工技術，通過預裂技術、控制爆破技術與機械開挖相結合的方式，減小了后行洞爆破對中巖柱擾動及對先行洞支護結構損傷，解決了現有技術減振效果不明顯的問題。

一、工程概況

梨樹坪隧道左幅起訖樁號為ZK0+705～ZK2+107，長1402m，隧道進口段為分岔隧道，由連拱逐漸向分離式隧道過渡。原設計中有170m的連拱隧道，ZK0+710～ZK0+880（YK0+710～YK0+880）段為復合式曲中墻連拱隧道，中巖柱厚度由0.66m漸變至2.50m，覆土厚度由5m漸變至68m，開挖方式為機械開挖，施工由出口向進口單向掘進。考慮到連拱隧道施工工序多，中隔墻受力狀態變化頻繁，質量控制點多，施工難度較大，經專家評審后，改用超小凈距施工方案，兩洞距離較近，后行洞爆破施工時易對先行洞襯砌及中巖柱產生嚴重損傷。

二、適用范圍

該技術適用于復雜環境下軟弱圍巖超小凈距隧道爆破開挖施工。

三、超小凈距隧道梯度減振隔振施工方案

超小凈距隧道開挖過程中，需著力解決后行洞爆破對先行洞襯砌結構及中巖柱擾動的問題。采用梯度減振隔振施工技術與常規工法相比：第一，開挖先行洞，并采用預埋注漿管對中巖柱進行注漿加固，直至先行洞出洞，并緊跟先行洞二襯施作，使先行洞盡早閉合成環。第二，采用臺階法開挖后行洞，將上臺階分為三步開挖，先在靠近中巖柱一側，采用雙排預裂爆破技術形成預裂縫阻隔爆破振動傳播，之后通過控制爆破、兩排掏槽眼順次起爆方式，開挖遠離中巖柱一側巖體；靠近中巖柱一側保留2m巖體，只打孔不裝藥，其余部分采用多排微差起爆方式開挖。第三，采用機械開挖的方式擴挖靠近中巖柱一側預留巖體，施作上臺階初期支護。第四，采用控制爆破方式，開挖后行洞下臺階斷面遠離中巖柱一側巖體，采用機械開挖的方式擴挖預留巖體，施作下臺階初期支護、仰拱及填充層，模筑后行洞二次襯砌；重復以上步驟，直至后行洞出洞。梯度減振隔振技術施工步驟見圖1。

四、超小凈距隧道梯度減振隔振施工技術

（一）施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

（二）施工工藝要點

1.先行洞中巖柱注漿加固

開挖先行洞，并采用預埋注漿管對中巖柱進行注漿加固，直至先行洞出洞，并緊跟先行洞二襯施作，使先行洞盡早閉合成環。先行洞注漿加固主要通過按梅花形沿先行洞靠近中巖柱處環向埋設數根預埋注漿管實現，預埋注漿管分為鋼花管與注漿軟管兩部分組成，對小凈距段中巖柱進行加固，減小爆破過程中巖柱損傷。注漿漿液為PO42.5，水泥∶減水劑∶水=

1∶0.006∶0.45，水泥漿注漿壓力為1.2～1.5MPa。

2.后行洞鉆孔布置

采用風鉆在掌子面進行提前布設孔位，除了常規的鉆孔炮眼，為減少后行洞爆破對先行洞襯砌及中巖柱的損傷，在機械開挖區域右側布置兩排預裂孔，預裂孔孔內間距為45cm，排間距為45cm，鉆孔深度超單次循環進尺0.2～0.5倍。同時，在機械開挖區域內側按梅花形布置多排減振空眼，干擾地震波傳遞進而降低爆破振動。同時在靠近中巖柱一側隧道輪廓線上布置一排密集的周邊空眼，用以輔助機械破巖，同時起到隔振作用，鉆孔布置圖如圖3所示。

3.炮眼裝藥

該隧道開挖按照不同的開挖方式分為機械開挖區域、預裂爆破及控制爆破區域，如圖4所示。對于控制爆破區域，分片分組按炮眼設計圖確定的裝藥量自上而下裝藥，雷管“對號入座”，掏槽眼及輔助眼采用連續裝藥，周邊眼采用間隔裝藥布置，所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20cm；對于機械開挖區域，僅布設空眼，起到干擾地震波的作用，不做裝藥處理。

控制爆破采用非電毫秒雷管，按照五部兩平臺的順序進行爆破施工，雷管段別起爆段別見圖5，爆破參數見表1。

預裂爆破裝藥結構如圖6所示，采用低爆速、低威力的小直徑炸藥，間隔裝藥，采用孔底反向起爆，炮孔處采用炮泥進行封堵。

（三）中巖柱側預留巖體機械開挖

爆破完成后進行排險通風出渣，出渣完成后用破碎錘破除靠近中巖柱一側預留的2m厚巖體，并擴挖至隧道輪廓邊線，這樣能夠避免距離較近采用爆破開挖而帶來的損傷，同時在預留巖體邊界上進行鉆孔能降低機械開挖對外側中巖柱的擾動。

（四）現場監測方案

1.爆破振動監測

由爆破安全規程知，當后行洞爆破時，先行洞襯砌引起振速應小于15cm/s，因此在后行洞爆破時，應在先行洞二襯邊墻布設振動速度測點，測試邊墻處振動速度規律。

2.先行洞初支結構受力監測

為了解后行洞爆破對先行洞支護結構的內力影響，確定支護的受力特性，判定結構的安全性、穩定性，需要對先行洞初支布設混凝土應變計監測初支與鋼拱架壓力變化，在鋼拱架上布置應變計監測其應力變化情況。每天整理好監測報告，及時反饋監測數據變化，以便隨時調整爆破參數及施工方案。

五、梯度減振隔振技術應用情況

因梨樹坪隧道原連拱段改超小凈距后，中巖柱最小處僅有0.66m，本項目制定并應用《梨樹坪隧道連拱段改分離式爆破專項施工方案》，采用控制爆破、優化爆破參數、爆破減振措施、中巖柱注漿加固等方法，嚴格控制爆破開挖，特別是后行洞開挖對中巖柱的影響，通過先行洞初支和二襯應力應變監測實時掌握襯砌結構安全。

為了驗證爆破減振效果，在對應后行洞掌子面處的先行洞襯砌上布置1號和2號測點。采用TC-4850爆破測振儀監測爆破振動數據、JMZX-212HAT型表面應變計和JMZX-215HAT型埋入式混凝土應變計監測襯砌應力數據。

當現場采用常規方法和該技術開挖時，現場爆破測振斷面測試結果如圖7所示。當采用該技術時，先行洞襯砌所測得Z方向振速（垂直于中巖柱方向）最大值從24.1cm/s下降至11.3cm/s，減小幅度達53.11%，極大地降低了爆破開挖對中巖柱和襯砌的影響，過程中對先行洞襯砌的應力監測數據也顯示襯砌結構處于安全狀態，如圖8、圖9所示。

六、結語

降低中巖柱“損傷”的施工技術在梨樹坪隧道的成功實踐，驗證了該項技術的有效性，顯著減小了爆破開挖對中巖柱和先行洞襯砌的影響，保障超小凈距隧道開挖的安全性，減少工期和施工材料，實現了綠色施工，有較強的推廣應用前景，對實現交通強國建設具有重要意義。

參考文獻：

[1]王盼，何鑫和，王雙院，等.大斷面超小凈距隧道掌子面滯后距離的研究[J].市政技術，2022，40（11）：30-36.

[2]匡偉.超小凈距隧道土質中隔巖柱注漿加固作用機理及穩定性分析[D].濟南：山東大學，2018.

[3]張在晨.超小凈距隧道原位擴建圍巖變形與地表沉降預測方法研究[D].泉州：華僑大學，2014.

[4]朱正國，孫明路，朱永全，孫星亮.超小凈距隧道爆破振動現場監測及動力響應分析研究[J].巖土力學，2012，33（12）：3747-3752+3759.