摘 要：在小凈距隧道施工時(shí)，開挖范圍內(nèi)圍巖爆破同時(shí)對(duì)周邊有既有構(gòu)造物造成影響，必然存在爆破開挖圍巖和保護(hù)圍巖以及保護(hù)周邊既有構(gòu)造物這一相互矛盾，如何解決好此問題是施工中關(guān)鍵及難點(diǎn)。隧道圍巖開挖施工時(shí)合理選擇爆破方法和爆破參數(shù)，做好控制爆破與加強(qiáng)檢測(cè)，可以最大限度降低爆破對(duì)圍巖的損傷及對(duì)周邊建筑影響控制在安全范圍之內(nèi)。文章以嘎拉山隧道右線施工為例進(jìn)行淺述。

關(guān)鍵詞：小凈距；隧道圍巖施工；控制爆破；檢測(cè)

1 工程概況

本項(xiàng)目為拉薩至貢嘎機(jī)場(chǎng)專用公路貢嘎機(jī)場(chǎng)連接線工程，本項(xiàng)目利用原拉薩至貢嘎機(jī)場(chǎng)公路上的既有嘎拉山隧道作為右線隧道，隧道長2448米/1座（以單洞計(jì)），利用原嘎拉山隧道的輔助導(dǎo)坑新建左線隧道2448米/1座（以單洞計(jì)）。新建隧道與既有隧道凈距不足30m（最小凈距僅為26m），按照隧道設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)屬于小凈距隧道。

1.1 新建隧道地質(zhì)情況

1.1.1 隧道巖土體工程地質(zhì)特征

隧址區(qū)的巖土類型其工程地質(zhì)性質(zhì)有明顯差異，根據(jù)其成巖作用的不同劃分成巖體和土體兩大類型：土體類和巖體類。

1.1.2 隧道圍巖分級(jí)

該隧道圍巖以Ⅲ級(jí)為主，局部有Ⅳ級(jí)。隧道圍巖為花崗閃長巖。

1.1.3 隧道洞室及進(jìn)出口的穩(wěn)定性

（1）洞身段圍巖穩(wěn)定性。隧址區(qū)地處崗底斯～念青唐古拉板片南緣與雅魯藏布江縫合帶北緣的接觸地帶，屬于強(qiáng)震帶中的想對(duì)穩(wěn)定區(qū)，隧址區(qū)場(chǎng)地基本穩(wěn)定。（2）洞口斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。隧道進(jìn)、出口地表覆蓋有厚度小于0.5m的薄層第四系坡殘積碎石土，下伏基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，在洞口開挖施工中易產(chǎn)生松散層破碎，風(fēng)化層掉塊、崩塌等現(xiàn)象，對(duì)洞口斜坡穩(wěn)定造成一定影響，建議施工是予以清除并做好洞口支護(hù)措施。

1.2 既有隧道概況

既有嘎拉山隧道作為右線隧道，隧道長2448米/1座（以單洞計(jì)），新建左線隧道與既有隧道凈距不足30m（最小凈距僅為26m），原既有嘎拉山隧道位于直線上，縱坡采用人字坡，建筑界限凈寬10.50，凈高5.0m，隧道內(nèi)輪廓采用三心圓斷面，采用錨噴支護(hù)復(fù)合模注砼襯砌，內(nèi)夾防排水層，路面采用單向橫坡，坡度2%。

2 關(guān)于爆破振動(dòng)要求

為保證既有隧道結(jié)構(gòu)安全，確保隧道開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性。對(duì)鉆爆施工進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制，設(shè)計(jì)建議按一下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制：一般段振動(dòng)速度10cm/s；對(duì)既有隧道存在縱向裂縫、裂縫密集段落，爆破振動(dòng)速度按5cm/s控制。

3 控制爆破

3.1 控制爆破參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件及施工組織要求采用楔形掏槽及微差控制爆破方式。

3.1.1計(jì)算炮眼數(shù)量N

N=qS/ηγ

式中：N-炮眼數(shù)量，不包括未裝藥的空眼；q-單位炸藥消耗量；S-開挖段面積（m2）；η-裝藥系數(shù)；γ-每米藥卷的炸藥質(zhì)量，kg/m。

3.1.2 炮眼深度及直徑

炮眼深度受開挖面大小的影響，炮眼過深，周邊巖石的夾制作用較大，故炮眼深度不宜過大，一般最大炮眼深度取斷面寬度（或高度）的0.5～0.7倍，同時(shí)考慮到本項(xiàng)目每循環(huán)掘進(jìn)要求進(jìn)行深度。為克服及減少巖石的夾制作用，掏槽眼、底眼深度、輔助掏槽眼深度加深，周邊眼、輔助眼不進(jìn)行加深。鉆孔采用YT-28風(fēng)鉆，鉆頭直徑為Φ40mm，炮眼孔徑為Φ42mm。

3.1.3 光面爆破不耦合系數(shù)（D）及裝藥直徑（d）

D=dk/di

式中：D-不耦合系數(shù)；dk-炮眼直徑（cm）；di-裝藥直徑（cm）。

3.1.4 周邊眼間距（E）、最小抵抗線（V）和相對(duì)距系數(shù)（K）

最小抵抗線與開挖的隧道斷面大小有關(guān)。在斷面跨度大，光爆眼所受到的夾制作用小，巖石比較容易崩落，最小抵抗線可以大些；斷面小，光爆眼所受到的夾制作用大，最小抵抗線可以小些；最小抵抗線與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造也有關(guān)，堅(jiān)硬巖石最小抵抗線可小些，松軟破碎的巖石最小抵抗線可大些。

3.1.5 每一循環(huán)裝藥量計(jì)算及分配

Q=qV

式中：Q-一個(gè)爆破循環(huán)的總用藥量（kg）；q-爆破1m3巖石炸藥的消耗量（kg/m3）；V-1個(gè)開挖循環(huán)進(jìn)尺爆落巖石總體積，m3。

3.1.6 各炮眼裝藥量分配

因?yàn)橛?jì)算炮眼數(shù)量時(shí)，取定了一個(gè)η值，由周邊眼裝藥集中度q可以計(jì)算出周邊眼裝藥系數(shù)η4，再設(shè)其它各炮眼裝藥系數(shù)取值：掏槽眼η1，底板眼η2，輔助眼η3，則

a×η1+b×η2+c×η3+d×η4=（a+b+c+d）η

式中：a-掏槽眼個(gè)數(shù)；b-底板眼個(gè)數(shù)；c-輔助眼個(gè)數(shù)；d-周邊眼個(gè)數(shù)。

對(duì)比計(jì)算所得的η值是否與前面取定的η值一致，若一致則按上列裝藥系數(shù)進(jìn)行分配是可以的；若計(jì)算結(jié)果不一致，則需重新調(diào)整η值代入N=qS/ηγ，并適當(dāng)調(diào)整所設(shè)掏槽眼、底眼、輔助眼裝藥系數(shù)，使試選η值與計(jì)算η相符。

確定裝藥系數(shù)后就可以計(jì)算每個(gè)炮眼的裝藥量。

M=γLη

式中：M-單個(gè)炮眼的裝藥量（kg）；γ-每米藥卷的炸藥質(zhì)量，kg/m；L-炮眼深度（m）；η-裝藥系數(shù)。

計(jì)算得每個(gè)炮眼的裝藥量后再根據(jù)炸藥類型確定單孔條數(shù)。

3.1.7 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式

施工中采用如圖1裝藥結(jié)構(gòu)：（1）1/2普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷（Φ32）起爆；（2）普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷沿長度方向?qū)Π肭校ㄏ喈?dāng)于Φ20小藥卷）不耦合間隔裝藥。周邊眼詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.8 光面爆破的分區(qū)起爆順序

掏槽眼——輔助掏槽眼——輔助眼——底板眼——周邊眼。采用多段微差起爆（由內(nèi)向外），其中主爆區(qū)的周邊眼比輔助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆區(qū)使用非電毫秒雷管，周邊眼用導(dǎo)爆索一次同時(shí)起爆。

3.2 爆破沖擊波安全允許距離

根據(jù)GB6722-2011《爆破安全規(guī)程》和《新編爆破工程實(shí)用技術(shù)大全》規(guī)定：

爆破時(shí)空氣沖擊波的安全距離為

RK=KKQ■

式中：RK-空氣沖擊波對(duì)掩體內(nèi)人員的最小允許距離，單位為米（m）；KK-系數(shù)，對(duì)于人員為25～60；Q-一次爆破的炸藥量，秒延時(shí)爆破取最大分段藥量計(jì)算，毫秒延時(shí)爆破按一次爆破的總藥量計(jì)算，單位為千克（kg）。

上式適于平坦地形，當(dāng)?shù)匦螚l件不同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。如在狹谷中爆破時(shí)，沿溝的方向安全距離應(yīng)增大50%～100%；處于山坡背面時(shí)，安全距離值可減少30%～70%。

4 鉆爆方案的選用

4.1 鉆爆方案一

此方案適用于新建嘎啦山隧道有輔助通道的Ⅲ級(jí)圍巖全斷面開挖地段。

4.1.1 方案一炮眼布置圖（見圖2）

圖2 炮眼布置正面圖

4.1.2 方案一鉆爆參數(shù)（表1）

表1 方案一鉆爆裝藥參數(shù)表

4.2 鉆爆方案二

此方案適用于新建嘎啦山隧道有輔助通道的Ⅳ級(jí)圍巖地段。

4.2.1 方案二上臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)

（1）上臺(tái)階炮眼布置圖（見圖3和圖4）

圖3 上臺(tái)階炮眼布置正面圖

圖4 IV級(jí)圍巖垂直楔形掏槽布置圖

（2）上臺(tái)階鉆爆參數(shù)（表2）

表2 方案二上臺(tái)階鉆爆裝藥參數(shù)表

4.2.2 方案二下臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)

（1）下臺(tái)階炮眼布置圖（見圖5）

圖5 下臺(tái)階炮眼布置正面圖

（2）下臺(tái)階鉆爆參數(shù)（表3）

表3 方案二下臺(tái)階鉆爆裝藥參數(shù)表

4.2.3 方案二仰拱爆破設(shè)計(jì)

（1）仰拱炮眼布置圖（見圖6）

圖6仰拱炮眼布置正面圖

（2）仰拱鉆爆參數(shù)（表4）

5 爆破安全檢算

5.1 爆破用藥量檢算

5.1.1 安全用藥量

根據(jù)爆破安全規(guī)程規(guī)定，并結(jié)合設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際、工程類比及提高安全系數(shù)綜合考慮，允許安全振速小于5cm/s，其中Ⅲ級(jí)圍巖無輔助通道進(jìn)尺為2.5m地段，允許安全振速小于10cm/s。可計(jì)算隧道掘進(jìn)爆破每循環(huán)最大單段起爆藥量。

式中：V-質(zhì)點(diǎn)允許振動(dòng)速度5cm/s（Ⅲ級(jí)圍巖無輔助通道進(jìn)尺為2.5m地段允許振速為10cm/s）；R-新建到既有隧道邊墻外側(cè)的水平距離；K-硬巖50～150；中硬巖150～250；軟巖250～350；α-衰減系數(shù)，硬巖1.3～1.5；中硬巖1.5～1.8；軟巖1.8～2.0。

（1）方案一：K取100，α取1.4。

當(dāng)R=26m時(shí)， ；

（2）方案二：K取200，α取1.65。

當(dāng)R=26m時(shí)， ；

5.1.2 實(shí)際單段最大用藥量

根據(jù)上述不同工法不同進(jìn)尺的鉆爆設(shè)計(jì)計(jì)算，可得出最大段實(shí)際用藥量如下所示：

（1）方案一：

（2）方案二：

結(jié)論：實(shí)際用藥量均小于鉆爆設(shè)計(jì)中安全用藥量，因此鉆爆設(shè)計(jì)是可行的。

5.2 爆破振動(dòng)檢算

根據(jù)公式 分別計(jì)算出七種鉆爆方案的振速并匯總?cè)绫?：

表5 爆破振動(dòng)檢算值匯總表

結(jié)論：上述方案均符合《爆破安全規(guī)程》及相關(guān)規(guī)范的要求，同時(shí)滿足一般段振動(dòng)速度10cm/s要求以及在既有隧道存在縱向裂縫、裂縫密集段落，爆破振動(dòng)速度按5cm/s控制的要求。

6 爆破過程檢測(cè)

6.1 爆破振動(dòng)檢測(cè)目的

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試擬達(dá)到以下目的：（1）通過最大振動(dòng)速度測(cè)試，為依托工程提供爆破測(cè)試結(jié)果，指導(dǎo)承包人修正爆破參數(shù)，以確保施工安全。（2）收集現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總分析，回歸確定振動(dòng)速度方程中的K、α值，為將來的施工應(yīng)用提供更多參考依據(jù)。（3）了解振動(dòng)速度在隧道內(nèi)的空間分布規(guī)律，以便明確施工布置上應(yīng)注意的問題。（4）通過實(shí)測(cè)，明確安全起爆段差。（5）通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，確定安全振動(dòng)速度。

6.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

6.2.1 震動(dòng)測(cè)試實(shí)施流程圖（如圖7）

圖7 振動(dòng)測(cè)試實(shí)施流程圖

6.2.2 儀器選用及應(yīng)用

記錄儀使用TC-3580Usb爆破振動(dòng)記錄儀，該儀器已通過中國測(cè)試技術(shù)研究院鑒定。測(cè)點(diǎn)放置兩個(gè)水平和一個(gè)垂直傳感器，傳感器托盤采用石膏粉（石膏粉加水?dāng)嚢瑁昼姾竽蹋┕潭ㄓ陬A(yù)先筑好的漿平臺(tái)上。三向測(cè)點(diǎn)上使用的水平傳感器方向與垂直向垂直，傳感器上的水平指示氣泡應(yīng)在中間。為了得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和保護(hù)設(shè)備的安全，每個(gè)測(cè)點(diǎn)上的設(shè)備全部用一個(gè)40mm*40mm*15mm厚的鋼板長方體罩子蓋住，具體儀器和傳感器的連接方法如圖8。

圖8 震動(dòng)測(cè)試儀器與傳感器連接示意圖

利用TC-3580Usb專門分析軟件，可完成對(duì)儀器工作狀態(tài)的設(shè)置和讀回采集到的波形進(jìn)行分析和處理。圖9為TC-3580Usb分析軟件界面。

根據(jù)薩道夫斯基回歸公式 的原理，利用分析軟件所帶的回歸公式，通過不同位置測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度計(jì)算得出K、α值。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整爆破參數(shù)，將一般段振動(dòng)速度控制在10cm/s以內(nèi)，對(duì)既有隧道存在縱向裂縫、裂縫密集段落，將爆破振動(dòng)速度控制在5cm/s以內(nèi)。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破情況及監(jiān)測(cè)結(jié)果，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)開挖進(jìn)尺。

圖9 TC-3580Usb 分析軟件界面

7 結(jié)束語

小凈距隧道爆破施工合理選擇爆破方法和爆破參數(shù)，過程中做好控制爆破與加強(qiáng)檢測(cè)，最大限度降低爆破對(duì)圍巖的損傷及對(duì)周邊建筑影響，最終確保安全前提下實(shí)現(xiàn)隧道順利貫通。

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作者簡(jiǎn)介：韓發(fā)輝（1977，6-），男，現(xiàn)任中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司項(xiàng)目經(jīng)理部總經(jīng)濟(jì)師，工程師。