摘要：文章結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用，有效降低了施工振動對周邊既有建（構）筑物的影響，其經(jīng)驗對國內其他同類工程具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：淺埋隧道；微振動；控制爆破技術；隧道工程；隧道開挖方法 文獻標識碼：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，設計時速100km/h，屬極高風險隧道。該隧貫穿重慶市沙坪壩區(qū)和渝中區(qū)兩個繁華主城區(qū)，隧道上方建（構）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、粉質黏土，下伏基巖為砂巖、泥巖夾砂巖，巖質較硬。地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，對混凝土結構無侵蝕性。

2 工程特點及難點

第一，隧道位于重慶市主城區(qū)，隧道上方需要保護的建（構）筑物多，對地表振動速度及沉降要求嚴格。隧道地表上方建筑物總面積近26萬m2，需要拆遷及臨時安置的房屋近1.2萬m2，包括高層建筑、矮舊居民區(qū)、城市道路、地鐵、學校、醫(yī)院等。

第二，隧道多次上跨、下穿市政設施，敏感點多，保護措施嚴格。先后上跨、下穿20處市政設施，交叉影響段落共計1150m長，最小凈距不足1m。

第三，隧道淺埋地段多且埋深極淺，地質以硬質巖為主，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，機械與控制爆破組合法開挖振速不大于0.5cm/s。

通過具體實踐證明，機械開挖、數(shù)碼電子雷管控爆及機械與控爆相結合的開挖方法是解決城市區(qū)復雜環(huán)境下淺埋隧道施工振速超標的有效新技術。

4 微振動控爆關鍵技術

4.1 非爆破開挖技術

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行施工。設備采用三一重裝公司生產(chǎn)EBZ260H型單臂掘進機進行掘進，再利用銑挖機對隧道輪廓線進行修整，可解決隧道內欠挖修整、內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，單臂掘進機可以直接用于隧道的快速掘進施工，尤其在破碎巖層中，開挖速度可達到30m3/h。

4.1.2 非爆破開挖工藝。單臂掘進機開挖是將隧道掌子面分為六個部分依次進行切削，如圖1所示：

單臂掘進機開挖施工步驟為：（1）首先進行①部開挖，采用左右循環(huán)自下向上的截割方法掘進，開挖完成后，進行出碴作業(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部開挖完成后進行③、④部開挖，采用銑挖機左右循環(huán)、自下向上的截割方法開挖；（4）當開挖形成的初步斷面與設計斷面存在差別時，采用銑挖機進行二次修整；（5）作業(yè)結束，將掘進機退至安全區(qū)域，并將截割頭及鏟板落地。按操作順序停機后，關閉水門，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，開挖完成后，裝載機配合自卸車出碴；（7）上述開挖工序結束后，對隧道進行初期支護施工。

4.1.3 在本工程中的應用。新紅巖隧道進口覆蓋層15m以內淺埋段（共42m）采用單臂掘進機進行非爆破開挖，該段落巖層為風化砂巖，巖體完整，巖質較硬，強度約40MPa。因單臂掘進機的定位掘進寬度為6.2m，而新紅巖隧道上臺階斷面寬約11.5m，結合單臂掘進機的截割特點，現(xiàn)場將上臺階斷面分成左右兩側分部進行截割。上臺階左側截割約2h后，因掘進機前碎碴較多須暫停掘進，移動掘進機至右側，利用挖機將截割的碎碴運至掘進機后方，待碎碴清除完畢后，單臂掘進機回到左側繼續(xù)截割，同時裝載機可以配合自卸車出碴。待單臂掘進機完成上臺階左側的開挖作業(yè)，再將設備移至右側，開始掘進作業(yè)。右側的開挖方法和施工流程與左側相同。

在本工程使用單臂掘進機施工，機械開挖時對地表建（構）筑物的擾動基本為零，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機施工效果很好。

4.2 數(shù)碼電子雷管控爆技術

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定并準確實現(xiàn)延期發(fā)火時間的新型電雷管，其本質是采用一個微電子芯片取代普通電雷管中的化學延期藥與電點火元件，不僅大大提高了延時精度，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間上遠比藥劑延期精確，延期精度在±0.1%以內。

常規(guī)電雷管和導爆管雷管，由于其延時誤差大，實現(xiàn)不了錯峰降振，在復雜環(huán)境隧道的鉆爆施工時，由于同時起爆的炮孔數(shù)量較多，產(chǎn)生的振動較大。數(shù)碼電子雷管最大延時時間為15～16s，延時精準，可以實現(xiàn)錯峰降振，復雜環(huán)境隧道施工時可以實現(xiàn)單孔起爆，極大降低爆破產(chǎn)生的振動。

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。使用時分延遲設計、雷管注冊、起爆網(wǎng)絡檢查及起爆等步驟進行：（1）第一步：網(wǎng)絡設計。對爆破網(wǎng)絡各孔的延期序列進行設計，設計完成后，可在銥缽表上通過“延期修改”功能，輸入各孔的延期時間，也可利用爆破設計軟件完成網(wǎng)絡設計，設計完成后將設計數(shù)據(jù)下載到對應銥缽表；（2）第二步：注冊。開啟銥缽表，進入“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”鍵對當前雷管進行檢測，檢測合格顯示當前雷管信息，按“注冊”鍵將當前雷管注冊到相應孔中。注冊成功后取下當前雷管進行下一發(fā)雷管的注冊；（3）第三步：組網(wǎng)。所有雷管均注冊完成后，將雷管放到對應爆破孔中，對爆破進行裝藥、堵孔。將雷管腳線并聯(lián)接入網(wǎng)絡總線上；（4）第四步：測試。所有雷管在網(wǎng)絡總線上連接可靠后，將網(wǎng)絡總線連接到銥缽表的組網(wǎng)接線端，開啟銥缽表，進入“網(wǎng)絡測試”功能，由銥缽表對下轄雷管網(wǎng)絡進行測試，測試完成后，測試結果如提示有錯誤，則應關閉銥缽表對錯誤雷管的接線進行檢查直到網(wǎng)絡測試成功；（5）第五步：起爆。起爆前撤離爆破現(xiàn)場，將網(wǎng)絡總線延伸至安全距離外，雷管網(wǎng)絡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，進入“爆破流程”功能，按界面提示逐步完成點名、測試、充電，直至準備起爆。按起爆器起爆雙鍵，進入起爆倒計時，執(zhí)行起爆。

4.2.3 在本工程中的應用。新紅巖隧道覆蓋層20～30m淺埋段施工時采用數(shù)碼電子雷管控制爆破法開挖。如在DK297+849～835共長14m范圍內進行10個循環(huán)全數(shù)碼電子雷管控爆法開挖，單循環(huán)開挖進尺為1m時，爆破振速為0.77～0.92cm/s；單循環(huán)進尺2m時，爆破振速為0.99～1.27cm/s。通過實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。

4.3 組合法開挖技術

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，振動峰值往往集中在掏槽區(qū)。為消除掏槽區(qū)爆破振動，根據(jù)單臂掘進機的設備尺寸和所需作業(yè)空間大小，確定掘進機開挖區(qū)域，其余區(qū)域采用控制爆破方法開挖。

采用單臂掘進機進行掏槽，在掌子面中部開挖一個寬6m、高3.8m、深2.5m的超前導洞，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 在本工程中的應用。新紅巖隧道覆蓋層15～20m淺埋段施工時采用非爆破開挖與控制爆破開挖組合法。如在DK297+838～826長12m范圍內共實施了11個循環(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，巖質堅硬，節(jié)理不發(fā)育，整體性較好。上方建筑物密布，多為20世紀六七十年代修建的矮舊居民房，均為磚瓦、土坯結構建筑。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中相關規(guī)定，最大振速要控制在1.2cm/s以內。通過采用非爆與控爆的組合開挖方法，在非爆破開挖實施期間監(jiān)測時無法觸發(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振速在0.67～0.93cm/s之間，符合規(guī)范

要求。

5 結語

第一，利用數(shù)碼電子雷管進行爆破作業(yè)時，可在同等工況下較常規(guī)雷管爆破振速降低50%～80%。另外，爆破引起圍巖松動圈0～1.4m，而常規(guī)爆破松動圈可達1.5～2.3m，這樣就可減少淺埋隧道爆破開挖時對隧道上方建筑物的擾動。

第二，運用數(shù)碼電子雷管進行淺埋隧道爆破施工，可精確實現(xiàn)減振效果，有較高推廣價值。

第三，對于隧道埋深在15m以下或振速控制要求極嚴段落，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進行開挖。

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作者簡介：苗壯（1989-），男，山東棗莊人，鐵道第三勘察設計院集團有限公司助理工程師，碩士。

（責任編輯：秦遜玉）