花崗巖殘積土地質(zhì)的爆破施工技術(shù)

陳英杰

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第二工程有限公司 深圳518083）

0 引言

花崗巖的化學(xué)性質(zhì)為酸性，無法作為集料很好地運(yùn)用于道路工程中，導(dǎo)致花崗巖開采量小，大量出露于我國南方地區(qū)?；◢弾r具有不均勻風(fēng)化等性質(zhì)，在花崗巖分布的地區(qū)修建隧道時(shí)，往往要克服花崗巖殘積土帶來的圍巖的不均勻性等問題［1］。

此外，花崗巖殘積土在遇水侵蝕后易發(fā)生崩解、軟化、隨水流失的狀況，會(huì)給安全控制及隧道施工帶來很大的困難，如隧道結(jié)構(gòu)受力不均、隧道開挖過程中的塌方失穩(wěn)等等［2］。因此，本工程針對花崗巖殘積土地層，將臺階法+臨時(shí)中立柱法的隧道爆破施工技術(shù)應(yīng)用于廣州市某區(qū)間暗挖隧道實(shí)際工程，以期為日后在花崗巖沉積土施工工程中提供參考作用［3］。

1 工程概況

廣州市番禺某地鐵站位于珠江三角洲沖積平原，地勢較為平坦，相對高差較小，沿線地面高程一般為6.12～8.18 m。地鐵工程隧道拱頂覆土23.2～26.2 m。隧道開挖面主要位于中風(fēng)化～微風(fēng)化花崗巖中。

綜上所述，砂土液化對隧道結(jié)構(gòu)影響小，可不考慮軟土震陷，可綜合判定場地穩(wěn)定性較好［4］。

區(qū)間下穿地質(zhì)示意如圖1所示。

圖1 區(qū)間下穿地質(zhì)示意圖Fig.1 Geological Schematic Diagram of Interval Underpass

2 花崗巖殘積土性質(zhì)

2.1 易軟化性

花崗巖殘積土的壓縮性會(huì)隨著含水量的不斷增加而持續(xù)增大?；◢弾r殘積土中的游離氧化物，起到了膠結(jié)作用，但隨著含水量的增加，膠合物的膠結(jié)作用會(huì)受其影響，溶解量增加，從而致使殘積土的強(qiáng)度減弱。

2.2 遇水崩解、隨水流失性

石英、高嶺石、伊利石是花崗巖殘積土的主要礦物組成。隨著殘積土風(fēng)化程度的增加，高嶺土的含量變高，導(dǎo)致吸水性增強(qiáng)，遇水易軟化、崩解，強(qiáng)度隨之降低，易發(fā)生隨水流失現(xiàn)象。

⑴崩解：花崗巖殘積土進(jìn)水10 min 后便發(fā)生快速崩解，崩解無擾動(dòng)后的承載力與淤泥接近。

⑵隨水流失：花崗巖殘積土中高嶺土遇水很快崩解、軟化，受水浸泡后成灰白色泥漿并隨地下水流動(dòng)而流失，使得土體越來越松散、石英顆粒間的聯(lián)結(jié)越來越差，細(xì)小的石英顆粒也逐漸隨水流失［5］。

2.3 各向異性

花崗巖中存在3 種巖脈，3 者散布不均勻，抗風(fēng)化能力也不相同，使其經(jīng)風(fēng)化后會(huì)形成較硬土層和軟弱土層2種形態(tài)，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)［6］。

3 工程設(shè)計(jì)

根據(jù)花崗巖殘積土的性質(zhì)，針對花崗巖殘積土地層隧道施工提出臺階法+臨時(shí)中立柱法施工爆破設(shè)計(jì)［7］。

采用光面爆破技術(shù)，進(jìn)行隧道開挖爆破。為了降低對圍巖的擾動(dòng)，施工中需控制同時(shí)起爆藥量。為了防止超挖，軟弱巖石可采取適當(dāng)欠挖與人工修鑿相配合［8］。

礦山法經(jīng)常采用楔形掏槽，楔形掏槽現(xiàn)場采用單式掏槽［9］（見圖2）。

圖2 單式楔形掏槽示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Single Wedge Cut

3.1 臺階法概述

臺階法分為2 種：正臺階法和反臺階法。臺階法是隧道工程和地下工程中最基本、也是運(yùn)用最廣泛的一種施工方法（見圖3）［6］。

3.2 臺階法+臨時(shí)中立柱法施工流程（見圖4～圖6）

圖3 臺階法隧道開挖施工Fig.3 Tunnel Excavation by Bench Method

圖4 施工橫剖面Fig.4 Construction Cross Section

圖5 橫縱向施工工序示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Horizontal and Vertical Construction Process

圖6 小凈距臺階法+臨時(shí)中立柱法隧道開挖順序示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Tunnel Excavation Se?quence of Small Clear Step Method + Temporary Middle Column Method

⑴拱頂左側(cè)上導(dǎo)洞超前小導(dǎo)管；

⑵左側(cè)上導(dǎo)洞開挖、打設(shè)拱頂及邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；

⑶左側(cè)上導(dǎo)洞初支、鎖腳錨管、臨時(shí)支撐、臨時(shí)仰拱；

⑷左側(cè)下導(dǎo)洞開挖?打設(shè)邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；

⑸左側(cè)下導(dǎo)洞初支、臨時(shí)支撐、臨時(shí)仰拱；

⑹拱頂右側(cè)上導(dǎo)洞超前小導(dǎo)管；

⑺右側(cè)上導(dǎo)洞開挖?打設(shè)拱頂及邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；

⑻右側(cè)上導(dǎo)洞初支、鎖腳錨管、臨時(shí)支撐、臨時(shí)仰拱；

⑼右側(cè)下導(dǎo)洞開挖?打設(shè)拱頂及邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；

⑽右側(cè)下導(dǎo)洞初支、臨時(shí)支撐、臨時(shí)仰拱?初支背后注漿［10］；

⑾施做防水層及二襯封閉成環(huán)?二襯背后注漿；

⑿施作中隔墻；

⒀隧道軌底回填。

3.3 臺階法+臨時(shí)中立柱法施工隧道爆破設(shè)計(jì)

爆破開口處時(shí)，在周邊輪廓線上布置周邊孔，孔間距450～550 mm，局部地區(qū)加密，防止形成喇叭口；輔助孔通常以梅花狀布孔。

爆破參數(shù)如表1所示，待試爆后，進(jìn)行調(diào)整。

4 爆破振動(dòng)校核

國家對爆破施工中爆破所產(chǎn)生的地震效應(yīng)對建筑物的影響做了明確的保護(hù)規(guī)定和保護(hù)控制措施［11］。

降服了天南星妖，天君念我有功，準(zhǔn)許我重回天界。我懇請?zhí)炀馊ノ覒?zhàn)神一職，我要去天涯海角，召回墨顏散落的魂靈。

參照《爆破安全規(guī)程：GB 6722-2014》的規(guī)定，在爆破作業(yè)過程中，須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)對周邊建筑物的影響。本工程中，民用建筑物按2.0 cm/s，商業(yè)建筑物（BRT）按3.5 cm/s計(jì)算。

表1 臺階法+臨時(shí)中立柱法爆破參數(shù)Tab.1 Blasting Parameters of Bench Method +Temporary Middle Pillar Method

按照式⑴，計(jì)算爆破允許最大裝藥量。參考α與k軟巖的關(guān)系進(jìn)行取值：

式中：V為爆破地震安全速度（cm/s）；Q為最大裝藥量（kg）；R為爆破區(qū)至建筑物的距離（m）；M為藥量指數(shù)，取m=1/3；K為爆破系數(shù)，取K=150；α為地質(zhì)條件系數(shù)，α=1.8。

爆破施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制最大段裝藥量，各種距離條件下的最大一段裝藥量為15.38 kg，距需要保護(hù)對象的距離R=27.37 m（爆心距），隧道離番禺某酒店地下室邊線水平距離14.52 m，隧道埋深23.2 m。

隧道區(qū)間礦山法隧道下穿東興路，從北到南走向，地面現(xiàn)狀主要為已拆遷的荒地；下穿東興路，隧道施工時(shí)對周邊建筑物影響較小［12］。

隧道爆破掘進(jìn)時(shí)，隧道離番禺某酒店地下室邊線水平距離14.52 m，隧道埋深23.2 m，爆心距為27.37 m。利用薩道夫斯基公式算出最大單段藥量為15.38 kg。采用1 m 進(jìn)尺時(shí)最大單段藥量為8.55 kg，小于15.38 kg。因此采用1 m進(jìn)尺的掘進(jìn)爆破不會(huì)對酒店造成影響。

同時(shí)通過爆破參數(shù)計(jì)算表利用薩道夫斯基公式反算安全距離，2 m進(jìn)尺時(shí)最大單段藥量為17.1 kg，安全距離為28.4 m。因此當(dāng)爆心距大于28.4 m 時(shí)才能采用2 m進(jìn)尺。

本工程對爆破振動(dòng)控制要求高，根據(jù)距離建構(gòu)筑物的遠(yuǎn)近及監(jiān)測數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整循環(huán)進(jìn)尺，防止對構(gòu)筑物造成影響，并嚴(yán)格控制單段藥量［13］。

5 小結(jié)

⑴由于花崗巖殘積土地層存在易軟化性、水土流失、遇水崩解、不均勻性及各向異性等性質(zhì)，會(huì)給隧道工程帶來許多工程問題，其中包括支護(hù)受力不均，隧道洞室變形嚴(yán)重。

⑵針對花崗巖殘積土地質(zhì)隧道施工工程采取臺階法+臨時(shí)中立柱法施工爆破設(shè)計(jì)，可以達(dá)到很好的施工效益［14］。

⑶本項(xiàng)目涉及到危險(xiǎn)性較大的爆破作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)較大，施工安全控制極為重要。為了防止爆破振動(dòng)帶來的危害，應(yīng)嚴(yán)格控制單段藥量。