摘要:文章結(jié)合成渝客專新紅巖隧道工程,介紹了其淺埋段施工中采用的非爆破開挖方法、機(jī)械與控制爆破組合開挖方法、控制爆破開挖方法、弱爆破法開挖方法。通過這些開挖方法的綜合應(yīng)用,有效降低了施工振動(dòng)對周邊既有建(構(gòu))筑物的影響,其經(jīng)驗(yàn)對國內(nèi)其他同類工程具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞:淺埋隧道;微振動(dòng);控制爆破技術(shù);隧道工程;隧道開挖方法 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
中圖分類號:U455 文章編號:1009-2374(2015)12-0048-03 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.024
1 工程概況
成渝客專新紅巖隧道位于重慶市沙坪壩至菜園壩之間,為單洞雙線隧道,全長6699m,設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h,屬極高風(fēng)險(xiǎn)隧道。該隧貫穿重慶市沙坪壩區(qū)和渝中區(qū)兩個(gè)繁華主城區(qū),隧道上方建(構(gòu))筑物密布,且部分段落埋深極淺(最小埋深約4m)。隧道穿越丘陵地貌,地表覆蓋人工填土、碎石土、粉質(zhì)黏土,下伏基巖為砂巖、泥巖夾砂巖,巖質(zhì)較硬。地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水,對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性。
2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)
第一,隧道位于重慶市主城區(qū),隧道上方需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物多,對地表振動(dòng)速度及沉降要求嚴(yán)格。隧道地表上方建筑物總面積近26萬m2,需要拆遷及臨時(shí)安置的房屋近1.2萬m2,包括高層建筑、矮舊居民區(qū)、城市道路、地鐵、學(xué)校、醫(yī)院等。
第二,隧道多次上跨、下穿市政設(shè)施,敏感點(diǎn)多,保護(hù)措施嚴(yán)格。先后上跨、下穿20處市政設(shè)施,交叉影響段落共計(jì)1150m長,最小凈距不足1m。
第三,隧道淺埋地段多且埋深極淺,地質(zhì)以硬質(zhì)巖為主,開挖困難。淺埋段總長1449m,占隧道總長的21.7%,其中埋深15m以內(nèi)的段落長度為504m,最淺埋深僅4m;埋深15~30m段落長度為845m;埋深30~50m段落長度為100m。
3 淺埋段施工方案
在新紅巖隧道施工過程中,根據(jù)埋深不同分別采用非爆破法開挖、機(jī)械與控制爆破組合法開挖、控制爆破法開挖、弱爆破法開挖。其中,弱爆破法開挖控制振速不大于2cm/s,機(jī)械與控制爆破組合法開挖振速不大于0.5cm/s。
通過具體實(shí)踐證明,機(jī)械開挖、數(shù)碼電子雷管控爆及機(jī)械與控爆相結(jié)合的開挖方法是解決城市區(qū)復(fù)雜環(huán)境下淺埋隧道施工振速超標(biāo)的有效新技術(shù)。
4 微振動(dòng)控爆關(guān)鍵技術(shù)
4.1 非爆破開挖技術(shù)
4.1.1 非爆破開挖原理。非爆破切削法是一種新型的隧道開挖方法,針對新紅巖隧道淺埋及穿越建筑物密集段落采用非爆破切削法進(jìn)行施工。設(shè)備采用三一重裝公司生產(chǎn)EBZ260H型單臂掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn),再利用銑挖機(jī)對隧道輪廓線進(jìn)行修整,可解決隧道內(nèi)欠挖修整、內(nèi)表面鑿槽及開挖邊溝等問題。
在中低硬度及以下的巖層、凍土巖層等適合的地層中,單臂掘進(jìn)機(jī)可以直接用于隧道的快速掘進(jìn)施工,尤其在破碎巖層中,開挖速度可達(dá)到30m3/h。
4.1.2 非爆破開挖工藝。單臂掘進(jìn)機(jī)開挖是將隧道掌子面分為六個(gè)部分依次進(jìn)行切削,如圖1所示:
單臂掘進(jìn)機(jī)開挖施工步驟為:(1)首先進(jìn)行①部開挖,采用左右循環(huán)自下向上的截割方法掘進(jìn),開挖完成后,進(jìn)行出碴作業(yè);(2)在①部開挖完畢后移往②部施工,②部開挖方法與①部相同;(3)在①、②部開挖完成后進(jìn)行③、④部開挖,采用銑挖機(jī)左右循環(huán)、自下向上的截割方法開挖;(4)當(dāng)開挖形成的初步斷面與設(shè)計(jì)斷面存在差別時(shí),采用銑挖機(jī)進(jìn)行二次修整;(5)作業(yè)結(jié)束,將掘進(jìn)機(jī)退至安全區(qū)域,并將截割頭及鏟板落地。按操作順序停機(jī)后,關(guān)閉水門,吊掛好電纜和水管;(6)開挖⑤部、⑥部,同樣采用左右循環(huán)、自下向上的截割方法掘進(jìn),開挖完成后,裝載機(jī)配合自卸車出碴;(7)上述開挖工序結(jié)束后,對隧道進(jìn)行初期支護(hù)施工。
4.1.3 在本工程中的應(yīng)用。新紅巖隧道進(jìn)口覆蓋層15m以內(nèi)淺埋段(共42m)采用單臂掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行非爆破開挖,該段落巖層為風(fēng)化砂巖,巖體完整,巖質(zhì)較硬,強(qiáng)度約40MPa。因單臂掘進(jìn)機(jī)的定位掘進(jìn)寬度為6.2m,而新紅巖隧道上臺階斷面寬約11.5m,結(jié)合單臂掘進(jìn)機(jī)的截割特點(diǎn),現(xiàn)場將上臺階斷面分成左右兩側(cè)分部進(jìn)行截割。上臺階左側(cè)截割約2h后,因掘進(jìn)機(jī)前碎碴較多須暫停掘進(jìn),移動(dòng)掘進(jìn)機(jī)至右側(cè),利用挖機(jī)將截割的碎碴運(yùn)至掘進(jìn)機(jī)后方,待碎碴清除完畢后,單臂掘進(jìn)機(jī)回到左側(cè)繼續(xù)截割,同時(shí)裝載機(jī)可以配合自卸車出碴。待單臂掘進(jìn)機(jī)完成上臺階左側(cè)的開挖作業(yè),再將設(shè)備移至右側(cè),開始掘進(jìn)作業(yè)。右側(cè)的開挖方法和施工流程與左側(cè)相同。
在本工程使用單臂掘進(jìn)機(jī)施工,機(jī)械開挖時(shí)對地表建(構(gòu))筑物的擾動(dòng)基本為零,所以對于埋深15m以下且地面建筑物密集段,采用非爆破開挖的單臂掘進(jìn)機(jī)施工效果很好。
4.2 數(shù)碼電子雷管控爆技術(shù)
4.2.1 數(shù)碼電子雷管降振原理。數(shù)碼電子雷管是一種可以任意設(shè)定并準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)延期發(fā)火時(shí)間的新型電雷管,其本質(zhì)是采用一個(gè)微電子芯片取代普通電雷管中的化學(xué)延期藥與電點(diǎn)火元件,不僅大大提高了延時(shí)精度,而且控制了通往引火頭的電源,從而保證了雷管的安全。采用電子延期在延期精度和延期時(shí)間上遠(yuǎn)比藥劑延期精確,延期精度在±0.1%以內(nèi)。
常規(guī)電雷管和導(dǎo)爆管雷管,由于其延時(shí)誤差大,實(shí)現(xiàn)不了錯(cuò)峰降振,在復(fù)雜環(huán)境隧道的鉆爆施工時(shí),由于同時(shí)起爆的炮孔數(shù)量較多,產(chǎn)生的振動(dòng)較大。數(shù)碼電子雷管最大延時(shí)時(shí)間為15~16s,延時(shí)精準(zhǔn),可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰降振,復(fù)雜環(huán)境隧道施工時(shí)可以實(shí)現(xiàn)單孔起爆,極大降低爆破產(chǎn)生的振動(dòng)。
4.2.2 數(shù)碼電子雷管爆破工藝。數(shù)碼電子雷管采用銥缽起爆系統(tǒng),由數(shù)碼電子雷管、銥缽表、和銥缽起爆器三部分組成。使用時(shí)分延遲設(shè)計(jì)、雷管注冊、起爆網(wǎng)絡(luò)檢查及起爆等步驟進(jìn)行:(1)第一步:網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。對爆破網(wǎng)絡(luò)各孔的延期序列進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)完成后,可在銥缽表上通過“延期修改”功能,輸入各孔的延期時(shí)間,也可利用爆破設(shè)計(jì)軟件完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)完成后將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下載到對應(yīng)銥缽表;(2)第二步:注冊。開啟銥缽表,進(jìn)入“雷管注冊”功能,將雷管的兩根腳線分別于銥缽表的注冊接線端接觸可靠,按“檢測”鍵對當(dāng)前雷管進(jìn)行檢測,檢測合格顯示當(dāng)前雷管信息,按“注冊”鍵將當(dāng)前雷管注冊到相應(yīng)孔中。注冊成功后取下當(dāng)前雷管進(jìn)行下一發(fā)雷管的注冊;(3)第三步:組網(wǎng)。所有雷管均注冊完成后,將雷管放到對應(yīng)爆破孔中,對爆破進(jìn)行裝藥、堵孔。將雷管腳線并聯(lián)接入網(wǎng)絡(luò)總線上;(4)第四步:測試。所有雷管在網(wǎng)絡(luò)總線上連接可靠后,將網(wǎng)絡(luò)總線連接到銥缽表的組網(wǎng)接線端,開啟銥缽表,進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)測試”功能,由銥缽表對下轄雷管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試,測試完成后,測試結(jié)果如提示有錯(cuò)誤,則應(yīng)關(guān)閉銥缽表對錯(cuò)誤雷管的接線進(jìn)行檢查直到網(wǎng)絡(luò)測試成功;(5)第五步:起爆。起爆前撤離爆破現(xiàn)場,將網(wǎng)絡(luò)總線延伸至安全距離外,雷管網(wǎng)絡(luò)總線接銥缽表的組網(wǎng)接線端,銥缽表再與起爆器相連。開啟銥缽表、起爆器,在起爆器上打開充電開關(guān),進(jìn)入“爆破流程”功能,按界面提示逐步完成點(diǎn)名、測試、充電,直至準(zhǔn)備起爆。按起爆器起爆雙鍵,進(jìn)入起爆倒計(jì)時(shí),執(zhí)行起爆。
4.2.3 在本工程中的應(yīng)用。新紅巖隧道覆蓋層20~30m淺埋段施工時(shí)采用數(shù)碼電子雷管控制爆破法開挖。如在DK297+849~835共長14m范圍內(nèi)進(jìn)行10個(gè)循環(huán)全數(shù)碼電子雷管控爆法開挖,單循環(huán)開挖進(jìn)尺為1m時(shí),爆破振速為0.77~0.92cm/s;單循環(huán)進(jìn)尺2m時(shí),爆破振速為0.99~1.27cm/s。通過實(shí)踐證明全斷面采用數(shù)碼電子雷管可有效解決爆破沖擊波疊加現(xiàn)象,爆破振速較為穩(wěn)定,且在可控范圍以內(nèi)。
4.3 組合法開挖技術(shù)
4.3.1 非爆破開挖與控制爆破開挖組合法。根據(jù)以往隧道鉆爆施工經(jīng)驗(yàn),振動(dòng)峰值往往集中在掏槽區(qū)。為消除掏槽區(qū)爆破振動(dòng),根據(jù)單臂掘進(jìn)機(jī)的設(shè)備尺寸和所需作業(yè)空間大小,確定掘進(jìn)機(jī)開挖區(qū)域,其余區(qū)域采用控制爆破方法開挖。
采用單臂掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掏槽,在掌子面中部開挖一個(gè)寬6m、高3.8m、深2.5m的超前導(dǎo)洞,創(chuàng)建爆破臨空面,然后對剩余圍巖采用數(shù)碼電子雷管分兩循環(huán)爆破。
4.3.2 在本工程中的應(yīng)用。新紅巖隧道覆蓋層15~20m淺埋段施工時(shí)采用非爆破開挖與控制爆破開挖組合法。如在DK297+838~826長12m范圍內(nèi)共實(shí)施了11個(gè)循環(huán)非爆破與控制爆破組合開挖。該段開挖斷面面積超過100m2,地層巖性以泥巖夾砂巖為主,巖質(zhì)堅(jiān)硬,節(jié)理不發(fā)育,整體性較好。上方建筑物密布,多為20世紀(jì)六七十年代修建的矮舊居民房,均為磚瓦、土坯結(jié)構(gòu)建筑。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定,最大振速要控制在1.2cm/s以內(nèi)。通過采用非爆與控爆的組合開挖方法,在非爆破開挖實(shí)施期間監(jiān)測時(shí)無法觸發(fā)振速監(jiān)測儀,表明振速小于0.1cm/s。在剩余部分采用控制爆破起爆時(shí)振速在0.67~0.93cm/s之間,符合規(guī)范
要求。
5 結(jié)語
第一,利用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí),可在同等工況下較常規(guī)雷管爆破振速降低50%~80%。另外,爆破引起圍巖松動(dòng)圈0~1.4m,而常規(guī)爆破松動(dòng)圈可達(dá)1.5~2.3m,這樣就可減少淺埋隧道爆破開挖時(shí)對隧道上方建筑物的擾動(dòng)。
第二,運(yùn)用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行淺埋隧道爆破施工,可精確實(shí)現(xiàn)減振效果,有較高推廣價(jià)值。
第三,對于隧道埋深在15m以下或振速控制要求極嚴(yán)段落,可采用全斷面非爆破開挖法。
第四,對于隧道埋深在15~20m,振速要求1.2cm/s以下段落,可采用非控制爆破與數(shù)碼電子雷管控制爆破組合法開挖。
第五,對于隧道埋深在20~30m,振速要求1.2cm/s以下段落,可采用全開挖面數(shù)碼雷管一次起爆的技術(shù)進(jìn)行開挖。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱贊成,畢遠(yuǎn)志.廣州地鐵暗挖隧道微振爆破技術(shù)
[J].鐵道建筑,2009,(4).
[2] 羅德丕,池恩安,張修玉,王繆斯.復(fù)雜環(huán)境下城市淺埋隧道爆破震動(dòng)控制技術(shù)[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2012,(4).
[3] 于春紅,程克森.微振控制爆破技術(shù)在淺埋暗挖地鐵隧道中的應(yīng)用[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2004,17(4).
[4] 劉青,沈慕,謝金晶,支文超.城市超淺埋隧道微振爆破技術(shù)[J].重慶建筑,2014,(7).
[5] 謝達(dá)文.城市淺埋及超淺埋隧道非爆技術(shù)設(shè)備選型與配套研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2013,(1).
作者簡介:苗壯(1989-),男,山東棗莊人,鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司助理工程師,碩士。
(責(zé)任編輯:秦遜玉)