陡峭地形下箐腳特長隧道斜井開挖技術

王昌林

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008）

0 引言

納雍至晴隆高速公路箐腳特長隧道右側下方緊鄰水黃公路和村寨，左側毗鄰烏蒙山國家地質公園。由于地形地貌等因素限制，隧道出口不具備運輸便道施工條件，加之受合同、工期等客觀因素影響，選擇在路線右側陡峭半坡上增加斜井作為本隧道施工通道，確保工期、進度滿足合同要求。斜井與主洞交叉口樁號為YK94+923.936，交叉口至隧道出口約310m。斜井參照車行橫洞斷面進行設計，長度為85m，其中Ⅳ級圍巖50m，Ⅴ級圍巖35m，洞口設置4m 明洞，其余地段均采用復合襯砌。圍巖分級見表1。

表1 箐腳隧道（出口端）斜井圍巖分級統計表

1 斜井開挖爆破方法

斜井施工的總體思路是洞身Ⅴ級圍巖地段采用短臺階法施工，臺階長度5～15m，具體采用挖掘機冷開；洞身Ⅳ級圍巖襯砌范圍采用中長臺階法，臺階長度可根據施工實際情況適當加長為15～40m，可采用控制爆破技術。相關單位主張洞口端Ⅴ級圍巖全部采用挖掘機冷開方案，主要是擔心爆破飛石危及洞口下方公路行車（行人）和下方村寨安全。后經過多部位、多頻次鉆取巖芯進行檢測，圍巖硬度在80～120MPa 之間，結合超前預報，并報公安機關批準后，決定采用箱型窗簾式防護系統對洞口進行防護，然后以控制爆破方法進行開挖。

1.1 施工準備

做好相關崗前教育和培訓。安裝10kV 專線并布置臨時用電，組織常規機具設備入場。對洞口區域加密測量三維坐標點，突出原地貌各個特征點，對洞口場區進行設計，邀請相關領域專家對洞口區域水黃公路高路塹邊坡穩定性進行論證。在高邊坡及其平臺上設置觀測點進行實時監測、動態管理。高邊坡開口線及各個平臺設置被動防護網和“型鋼+竹跳板”組合剛性防護，并開挖防護土溝。修建洞口場區擋土墻，墻后分層填筑并壓實到頂，實施場地硬化。洞口仰坡頂安裝被動防護網，施工洞頂截水溝。開挖仰坡并防護，進行施工套拱、施工管棚等作業。架設“鋼支架+模板+竹跳板+斜撐+纜風繩”組合的剛性防護設施，在剛性防護頂部與洞口仰坡之間安裝“鋼絲繩+多層鐵絲網+鋼絲繩網格”組成高松弛柔性防護網形成防爆卷簾，即箱型窗簾式防護系統。

圖1 水黃公路高邊坡防護

圖2 箐腳特長隧道出口端斜井洞口場區

圖3 洞口剛性防護和柔性防護組合—箱型窗簾式防護系統

1.2 開挖方法

斜井采用上下臺階法施工（見圖4、圖5），施工過程中加強隧道的地質、水文、沉降觀測及地質超前預報等工作。隧道的進洞方式采用鉆爆法、噴錨構筑法原理組織施工。開挖爆破技術設計如下：

圖4 上臺階炮眼布置示意圖（單位：cm）

圖5 下臺階炮眼布置示意圖（單位：cm）

1.2.1 鉆孔機具

根據本項目配備的機械設備及類似工程施工經驗，本工程淺孔爆破采用手持式氣腿鑿巖機進行鉆孔，鉆孔孔徑40mm。

1.2.2 爆破器材

使用直徑為32mm 的2#巖石乳化炸藥，制作起爆藥包，采用數碼電子雷管起爆。

1.2.3 上下臺階爆破法

爆破參數詳見表2、表3。上臺階爆破采用楔形掏槽，周邊眼采用不耦合裝藥，裝藥結構見圖6。

圖6 裝藥結構圖（單位：cm）

表2 上臺階爆破參數表

表3 下臺階爆破參數表

1.4 起爆網路

電子數碼雷管起爆網路起爆方式：采用并聯起爆網路（將一次起爆的所有電雷管逐個連接至起爆主線上，再與電源連接），采用專用起爆器進行起爆。起爆順序：掏槽孔→輔助孔→周邊孔→底孔。

2 爆破安全設計

本斜井爆破的有害效應主要有地震波、飛石、沖擊波、有毒有害氣體、噪聲和粉塵等，工程地處半坡上，本設計主要對爆破地震波、爆破飛石及爆破沖擊波進行安全校核，確保安全可控。

2.1 爆破地震波

爆破振動效應，應不大于相應建、構筑物爆破振動安全控制標準，見表4。

表4 爆破振動安全允許標準表

爆破地震波安全校核H按下式進行：

式（1）中：L為爆破振動安全允許距離（m），見表5；A為炸藥量（kg），齊發爆破為總藥量（kg），延時爆破為最大一段藥量（kg），考慮無論周邊眼、掏槽眼、輔助眼都不是單孔，雖是延時爆破，但每段之間用時短，有齊發爆破趨勢，故按照最不利狀態選取一個開挖斷面最大總藥量；H為保護對象所在地質點振動安全允許速度（cm/s）；M、N分別為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關系數和衰減指數，可參照表4 選取。本工程開挖巖體以中硬巖石為主，取M為250，N為1.8。

表5 爆破振動允許距離計算表

根據表4 爆破振動安全允許標準：既有公路高路塹邊坡爆破質點振動速度均取5.0cm/s；既有公路隧道（阿志河1 號隧道）爆破質點振動速度均取10cm/s；既有橋梁（阿志河大橋）含大體積混凝土，橋基、懸索基礎爆破質點振動速度均取7.0cm/s。對爆破振動核算，本次爆破對周邊建筑物、構筑物影響均控制在爆破振動安全允許標準范圍以內，見表5。

2.2 爆破飛石控制

爆破個別爆破飛石最小安全距離A：

式（2）中：A為個別飛石最小距離（m）；D為炮孔直徑（cm）。經計算A=63m。洞口正下方是公路，須做攔擋設施，同時使用炮被覆蓋炮孔。

2.3 爆破沖擊波

在洞內進行松動爆破，同時結構物或構筑物均在洞口下方，且有一定距離，受沖擊波影響較小，因此對地面建筑物的安全距離，不考慮空氣沖擊波的安全距離。

2.4 爆破安全防護及控制措施

（1）爆破振動在安全允許的范圍內，未采取特殊防護及控制措施。

（2）爆破飛石防護及控制措施：①嚴格按爆破設計施工；②控制爆破方向和飛石距離，并使被保護對象避開飛石主方向；③多排臺階爆破中，合理設置裝藥結構，合理控制孔、排間起爆時間，做好爆破網路設計；④最小抵抗線過小，也可采用改變爆破傾角的辦法；底盤抵抗線過大，采用臺階底部補孔辦法，提前處理根底；⑤采用箱型窗簾式防護系統。

3 結語

本隧道出口地勢險峻，溝壑縱深，無法從主洞口進入隧道施工，故選擇在右側半山上通過斜井進入正洞。斜井洞口地形地貌依然復雜，地面橫坡較陡，洞口正前下方是水黃公路，公路下方又是人員較密集的村寨，除了隧道開挖期間可能發生涌水、突泥、車輛傷害、物體打擊、高處墜落、觸電、機械傷害、坍塌、火災、爆炸等常規事故外，爆破振動波和沖擊波對高邊坡的穩定性以及附近的樹木、設備、機械都可能有影響，因此洞口Ⅴ級圍巖須嚴格按照爆破設計來控制藥量；爆破飛石則通過剛性防護與柔性防護組合的箱型窗簾式防護體系來克服，確保施工過程中安全、質量、進度、成本可控。