支國存

(中鐵三局集團(tuán)有限公司, 山西太原 030001)

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渝黔鐵路梯子巖隧道臺(tái)階法施工爆破技術(shù)研究

支國存

(中鐵三局集團(tuán)有限公司, 山西太原 030001)

【摘要】梯子巖隧道是新建渝黔鐵路的重要控制性工程，隧址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜。該隧道能否順利安全施工，關(guān)系到渝黔鐵路的如期竣工通車。文章在詳細(xì)分析隧址區(qū)工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，研究總結(jié)該隧道臺(tái)階法施工的爆破技術(shù)，提出針對(duì)梯子巖隧道不同圍巖性質(zhì)的光面爆破參數(shù)，包括周邊眼間距、周邊眼抵抗線、炮孔深度、相對(duì)距離和裝藥集中度等。根據(jù)該隧道的實(shí)際情況，文章提出爆破施工放線布眼時(shí)要考慮預(yù)留下沉量，為了嚴(yán)格控制超欠挖，提出正確的炮眼位置和開挖周邊輪廓線。

【關(guān)鍵詞】隧道;臺(tái)階法施工;爆破參數(shù)

渝黔鐵路為國家Ⅰ級(jí)雙線鐵路，速度目標(biāo)值為200km/h。梯子巖隧道位于遵義市三合鎮(zhèn)，隧道起訖里程DK259+358～DK261+276，全長1 918m，隧道按旅客列車設(shè)計(jì)行車速度200km/h客貨共線鐵路雙線隧道。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)隧道爆破技術(shù)的研究多集中于巖體爆破振動(dòng)臨界速度及其對(duì)鄰近建筑物的穩(wěn)定性影響方面[ 1-3]，但關(guān)于隧道臺(tái)階法施工中爆破參數(shù)的系統(tǒng)介紹及施工措施方面的報(bào)道文獻(xiàn)較少。本文結(jié)合新建渝黔鐵路梯子巖隧道工程地質(zhì)條件，研究鐵路隧道臺(tái)階法施工爆破參數(shù)及相關(guān)施工技術(shù)。

1隧道工程地質(zhì)條件

隧道區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺和斷層發(fā)育，山體槽溝內(nèi)主要為(Q4dl+el)粉質(zhì)黏土、紅黏土；斜坡覆蓋層為殘積(Q4dl+el)粉質(zhì)黏土、紅黏土；基巖為三疊系下統(tǒng)夜郎組三段(T1y3)泥巖夾灰?guī)r；三疊系下統(tǒng)夜郎組二段(T1y2)灰?guī)r；三疊系下統(tǒng)夜郎組一段(T1y1)頁巖夾灰?guī)r及三疊系下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)灰?guī)r。

地質(zhì)構(gòu)造方面，DK260+432處為背斜核部，軸向320°；隧道進(jìn)出口處各發(fā)育兩組節(jié)理。進(jìn)口處：J1組節(jié)理走向312～318°W，傾向NE，傾角80～82°，節(jié)理間距0.1～0.2m，閉合狀，延伸長度1～1.2m；J2組節(jié)理走向35～45°E，傾向NW，傾角80～85°，節(jié)理間距0.2～0.3m，閉合狀，延伸長度1.5～2.0m。出口處：J3組節(jié)理走向32～75°E，傾向SE，傾角65～75°，節(jié)理間距1.5～2.0m，開度2～5mm，有溶蝕現(xiàn)象，局部少量泥質(zhì)填充，延伸長度2～3m；J4組節(jié)理走向340～355°W，傾向NE，傾角70～78°，節(jié)理間距1.0～1.5m，開度5～10mm，有溶蝕現(xiàn)象，局部少量泥質(zhì)填充，延伸長度3～5m。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)和《渝黔線工程場地地震安全性評(píng)估報(bào)告》，隧址區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s，地震動(dòng)峰值加速度小于0.05 g。相應(yīng)地震基本烈度小于Ⅵ度。

地下水方面，隧道處于巖溶水垂直滲入帶，地下水富水中等。隧道DK259+960右側(cè)約50m處發(fā)育一落水洞，為地下暗河進(jìn)口，高程約823～828m，位于隧道路肩附近，雨季時(shí)雨水從落水洞匯入，流向東北方向的烏江，對(duì)隧道施工影響較大。隧道開挖可能遇到地下發(fā)育、分布的各種規(guī)模巖溶、溶蝕現(xiàn)象等，具涌水、突水的可能。

不良地質(zhì)方面，DK259+379～DK259+900段為可溶性圍巖，洞身右側(cè)順層偏壓，且地表有民房，隧道拱頂距地面約23m。洞頂存在串珠狀空溶洞。施工中易發(fā)生落石掉塊，造成坍方。DK261+217～DK261+276段有地質(zhì)順層，DK261+242～DK261+266明洞段有地質(zhì)斷層。邊坡開挖和明洞開挖時(shí)易發(fā)生順層滑坡、坍方。

2臺(tái)階法施工爆破參數(shù)

2.1爆破參數(shù)選擇

根據(jù)現(xiàn)場圍巖的實(shí)際情況，精心進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，每次爆破后分析比較，及時(shí)修正鉆爆參數(shù)，提高爆破效果；周邊眼使用小直徑光爆藥卷，在隧道底部兩隅腳附近，周邊眼的裝藥量要適當(dāng)增大加密布眼。放線布眼時(shí)要考慮預(yù)留下沉量，并正確標(biāo)出炮眼位置和開挖周邊輪廓線，嚴(yán)格控制超欠挖。爆破參數(shù)如表1和表2所示。炮眼深度應(yīng)為1.0～4.0m，炮眼直徑40～50mm，藥卷直徑20～25mm。當(dāng)斷面較小或圍巖軟弱、破碎或?qū)η€、折線開挖成形要求較高時(shí)，周邊眼間距E應(yīng)取較小值。周邊眼抵抗線W值在一般情況下均應(yīng)大于周邊眼間距E值。軟巖在取較小E值時(shí)，W值應(yīng)適當(dāng)增大。對(duì)于軟巖E/W應(yīng)取小值，硬巖取大值。根據(jù)工程地質(zhì)條件，本隧道炸藥應(yīng)采用2號(hào)巖石硝銨炸藥。

表1　光面爆破參數(shù)

表2 　預(yù)裂爆破參數(shù)

施工過程中，周邊眼應(yīng)沿隧道開挖輪廓線布置，保證開挖斷面符合設(shè)計(jì)要求，硬巖開眼位置在輪廓線上，軟巖可向內(nèi)偏5～10cm。底板和仰拱底面采用預(yù)留光爆層爆破，Ⅱ級(jí)圍巖段的中心水溝應(yīng)與隧底光爆層同時(shí)爆破成形。輔助眼交錯(cuò)均勻布置在周邊眼和掏槽眼之間，力求爆破出的石塊塊度適合裝碴需要。周邊炮眼與輔助炮眼的眼底應(yīng)在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。當(dāng)開挖面凹凸較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度，使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。炸藥可選用巖石硝銨炸藥和乳化炸藥。為預(yù)防和糾正措施、減少超欠挖，應(yīng)采用五寸臺(tái)階法對(duì)開挖斷面進(jìn)行檢查。下臺(tái)階開挖盡量單側(cè)落底，避免兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空，落底長度為1～3m。開挖出渣后立即噴射混凝土封閉圍巖，然后施作錨桿、鋼拱架支撐掛網(wǎng)，經(jīng)分層噴射混凝土直至設(shè)計(jì)厚度。具體爆破參數(shù)如圖1所示。

圖1　梯子巖隧道爆破參數(shù)

2.2軟巖爆破施工措施

2.2.1系統(tǒng)措施

軟質(zhì)巖的IV、V級(jí)圍巖段開挖施工應(yīng)采取如下系統(tǒng)措施：上臺(tái)階每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺V級(jí)圍巖段不得大于1榀鋼架間距、IV級(jí)圍巖段不得大于2榀鋼架間距；邊墻每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于2榀鋼架間距；仰拱開挖前必須完成鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于3m；隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)，位于巖溶溶蝕破碎帶、巖溶充填物等軟弱基礎(chǔ)段須進(jìn)行基底探查、處理、初期支護(hù)封閉前預(yù)留基底探查、處理?xiàng)l件(如預(yù)留鉆孔孔位等),在未確定處理方案前，不能施作隧底結(jié)構(gòu)；圍巖封閉位置距掌子面距離不得大于35m。

2.2.2超前小導(dǎo)管施工措施

軟質(zhì)巖的IV、V級(jí)圍巖爆破前應(yīng)采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)加固。小導(dǎo)管采用φ42×4mm的無縫鋼管，單根長4.5m，前部鉆注漿孔，孔徑6～8mm，孔間距20～30mm，梅花型布

置，前段加工呈錐形，尾部不小于100cm不鉆孔作止?jié){段。用風(fēng)鉆或鉆機(jī)按設(shè)計(jì)長度和間距鉆孔，并用吹管將砂石吹出。小導(dǎo)管配合型鋼鋼架或格柵鋼架使用，縱向搭接長度不小于1m。

小環(huán)向管距IV級(jí)圍巖50cm，V級(jí)圍巖40cm；縱向間距3.0～3.2m，搭接不小于1m。小導(dǎo)管外插角10～12°。小導(dǎo)管設(shè)置范圍為拱部120°。注漿材料采用水泥漿或水泥砂漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa。單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足注漿壓力逐漸升高，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并穩(wěn)定10min；注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量的80%；進(jìn)漿速度小于開始進(jìn)漿速度的1/4。注漿采用注漿泵施作，注漿口最高壓力嚴(yán)格控制在0.5～1.0MPa以內(nèi)，以防壓裂工作面。導(dǎo)管漿液總進(jìn)量控制在30L/min以內(nèi)。每根導(dǎo)管內(nèi)注漿量根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況計(jì)算確定，若壓力上升，流量減少，雖然注漿量未達(dá)到計(jì)算值，但孔口壓力已達(dá)到要求時(shí)結(jié)束注漿。小導(dǎo)管參數(shù)如圖2所示。

圖2　小導(dǎo)管施工參數(shù)

3結(jié)論

渝黔鐵路梯子巖隧道隧址區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，宜采用臺(tái)階法施工，該工法爆破過程中應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別采用合適的爆破參數(shù)，炮眼深度應(yīng)為1.0～4.0m，炮眼直徑40～50mm，藥卷直徑20～25mm。當(dāng)斷面較小或圍巖軟弱、破碎或?qū)η€、折線開挖成形要求較高時(shí)，周邊眼間距應(yīng)取較小值。

軟巖區(qū)段應(yīng)采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行圍巖的預(yù)加固，以順利實(shí)施爆破施工，小導(dǎo)管縱向間距3.0～3.2m，搭接不小于1m。小導(dǎo)管外插角10～12°。小導(dǎo)管設(shè)置范圍為拱部120°。注漿材料采用水泥漿或水泥砂漿，注漿采用注漿泵施作，注漿口最高壓力嚴(yán)格控制在0.5～1.0MPa以內(nèi)，以防壓裂工作面。導(dǎo)管漿液總進(jìn)量控制在30L/min以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]傅洪賢,趙勇,謝晉水,等.爆破施工隧道圍巖穩(wěn)定性研究[J].中國鐵道科學(xué),2011,32(2):67-70.

[2]傅洪賢,趙勇,謝晉水,等.隧道爆破近區(qū)爆破振動(dòng)測試研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2011 , 30 (2):335-340.

[3]錢耀峰,王星華.爆破施工對(duì)鄰近隧道安全的影響[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2014,38(4):90-96.

【中圖分類號(hào)】U455.49

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2016-01-03