黃林祥

中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司 廣西 南寧 530031

為了滿足日益增長(zhǎng)的公路交通需求，將公路工程進(jìn)行一定規(guī)模的改擴(kuò)建成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)[1-3]。而在既有隧道的擴(kuò)建工程中，由于其獨(dú)特的工程形式及復(fù)雜的力學(xué)演變規(guī)律，使其廣泛受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注與探討。原位擴(kuò)建作為常規(guī)采用的隧道擴(kuò)建形式，具有跨度大、扁平率低等特點(diǎn)，在拆除既有隧道襯砌、擴(kuò)挖洞周圍巖的過(guò)程中，圍巖受到再次撓動(dòng)，原本的“圍巖-襯砌”平衡體系被打破，圍巖應(yīng)力受到多次擾動(dòng)，重新分布后的應(yīng)力狀態(tài)極為復(fù)雜[4]。

國(guó)外針對(duì)既有隧道原位擴(kuò)建的相關(guān)研究要早于國(guó)內(nèi)，但其擴(kuò)建隧道斷面較小，多為單線到復(fù)線，雙車道到三車道的擴(kuò)建工程[5-7]，整體施工難度不大。雖然國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的研究時(shí)間較晚，但其發(fā)展速度更快，擴(kuò)建隧道的規(guī)模、斷面更大，且逐漸取得領(lǐng)先地位，甚至原位“2擴(kuò)4”的超大斷面公路隧道的擴(kuò)建工程在國(guó)內(nèi)也不斷涌現(xiàn)出來(lái)[8-10]。

超大斷面既有隧道的原位擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)與施工難度大，尤其在復(fù)雜的周圍環(huán)境中，對(duì)于控制爆破技術(shù)要求更高[11]。為了研究既有隧道原位擴(kuò)建施工鄰近建筑物的振動(dòng)影響，朱根橋等[12]采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)重慶渝州隧道動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析；李秀地等[13]依托大帽山小凈距超大斷面隧道原位擴(kuò)建工程，采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)爆破應(yīng)力波的傳播規(guī)律進(jìn)行了研究；劉冬等[14]以北京東長(zhǎng)峪隧道為工程背景，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)既有隧道原位擴(kuò)建控制爆破施工進(jìn)行了研究，分析得到其爆破振動(dòng)規(guī)律。

通過(guò)以上調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前對(duì)于鉆爆法超大斷面公路隧道的原位擴(kuò)建控制爆破技術(shù)研究較少，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多。同時(shí)，在市區(qū)進(jìn)行公路隧道的原位擴(kuò)建時(shí)，由于周圍環(huán)境復(fù)雜，近接施工影響大，一方面要保證擴(kuò)建隧道的施工安全，另一方面也要盡可能地減小隧道擴(kuò)建施工對(duì)鄰近重要建（構(gòu)）筑物的影響，使得該類工程的施工難度較大。而采用合理的控制爆破技術(shù)，對(duì)于提高隧道自身圍巖的穩(wěn)定性和保證周圍建（構(gòu)）筑物的安全性具有極大的積極作用?；谝陨媳尘埃恼乱劳懈＝ü纳剿淼涝弧?擴(kuò)3”工程，對(duì)超大斷面市政公路隧道的原位擴(kuò)建控制爆破技術(shù)進(jìn)行研究，為其他類似工程提供施工經(jīng)驗(yàn)，具有一定的工程價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。

1 工程概況

既有鼓山隧道始建于1987年，位于福州市區(qū)，為雙向4車道整體式襯砌結(jié)構(gòu)公路隧道。本次隧道擴(kuò)建規(guī)模為原位“2擴(kuò)3”，即將單向2車道隧道擴(kuò)建為單向3車道，隧道原位擴(kuò)建示意如圖1所示。北洞NK8＋865—NK9＋748.4，長(zhǎng)883.4 m；南洞SK8＋965—SK9＋753，長(zhǎng)788 m。為了合理控制工期，保證工程質(zhì)量，隧道按北洞、南洞這2個(gè)工區(qū)分別進(jìn)行組織施工。

圖1 鼓山隧道原位擴(kuò)建示意（單位：m）

1.1 周圍環(huán)境

本工程位于馬尾區(qū)快安鎮(zhèn)，進(jìn)洞口周邊有架空通信電纜、自來(lái)水管道及監(jiān)控設(shè)施（待改），與在建福平鐵路最近距離165 m，與杭深鐵路最近距離200 m，距通信基站磚混房屋210 m，距公交車站160 m，距三環(huán)快速、物流停車場(chǎng)35 m；出洞口周邊有架空電力線、監(jiān)控設(shè)施等，距隧道配電室（磚混）10 m，緊挨待拆磚混房屋，距三環(huán)快速隧道進(jìn)出口100 m。

1.2 地層巖性

由現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查報(bào)告及土工試驗(yàn)結(jié)果可知，本場(chǎng)地土層組成為：雜填土、坡積黏性土、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。

2 控制爆破技術(shù)

2.1 爆破方案選定

采用分部臺(tái)階法對(duì)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖洞身區(qū)段進(jìn)行開(kāi)挖施工，在各分部開(kāi)挖的同時(shí)對(duì)既有隧道襯砌進(jìn)行爆破拆除；車行橫洞及人行橫洞采用全斷面開(kāi)挖。

隧道采用光面爆破技術(shù)，確保鄰近既有杭深鐵路橋梁、隧道及在建福平鐵路橋梁、隧道的安全；對(duì)既有鼓山隧道南洞進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，既有鼓山隧道南洞振動(dòng)速度允許值不大于2 cm/s；對(duì)既有杭深鐵路橋梁及在建福平鐵路橋梁進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，既有杭深鐵路橋梁、隧道及在建福平鐵路橋梁、隧道最大振動(dòng)速度閾值為1 cm/s。

2.2 洞身爆破參數(shù)

2.2.1 炮孔設(shè)置

由于巖性的不同，斷面規(guī)格也不同，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行掘進(jìn)爆破。

正式爆破前，必須分別對(duì)各種不同巖層進(jìn)行試爆，并根據(jù)各種不同巖層的試爆結(jié)果調(diào)整炸藥使用量，隨后將調(diào)整的藥量表以報(bào)告的形式報(bào)請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)爆破技術(shù)員確認(rèn)，待批準(zhǔn)后實(shí)施。

本設(shè)計(jì)采用常規(guī)的布孔方法，在距斷面輪廓邊線0.05～0.10 m的位置對(duì)周邊孔進(jìn)行布置，孔底距斷面輪廓線0.05～0.10 m。不同圍巖級(jí)別炮孔布置示意如圖2所示。

圖2 不同圍巖級(jí)別炮孔布置示意（單位：cm）

2.2.2 炮孔參數(shù)確定

1）確定孔深（L）。為減輕振動(dòng)，孔深L在巖石不完整時(shí)，L=0.6～1.2 m；在巖石完整時(shí)，L=1.0～2.5 m；打孔時(shí)，孔深誤差不能大于0.1 m。結(jié)合隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鼓山隧道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖的孔深分別為2.2、1.7、1.2 m，橫洞裝藥孔孔深設(shè)計(jì)為2.2 m。

2）孔間距（a）。根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，隧道爆破施工炮孔孔間距基本設(shè)計(jì)為0.5～0.8 m，在實(shí)際施工中，可根據(jù)隧道圍巖情況進(jìn)行合理調(diào)整，即巖石硬度越高、完整性越好，則選取的孔間距越小。斷面尺寸也是決定孔間距的一個(gè)重要因素，可根據(jù)斷面尺寸的大小對(duì)孔間距進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)布孔時(shí)應(yīng)遵循均勻性原則，其誤差應(yīng)小于0.1 m。

3）炸藥單耗（q）。在控制爆破技術(shù)中，隧道斷面尺寸、圍巖巖石強(qiáng)度及完整性、炮孔孔深和炸藥特性對(duì)炸藥單耗取值起到?jīng)Q定性作用，本項(xiàng)目根據(jù)工程實(shí)際情況取q=0.7～2.5 kg/m3。具體數(shù)值根據(jù)巖石硬度及完整性來(lái)進(jìn)行合理選取，其基本原則為巖石越堅(jiān)硬，取值越大。

4）炮孔直徑（D）。根據(jù)鉆機(jī)直徑的不同選擇炮孔直徑，確定炮孔直徑為D=42 mm。

5）藥卷直徑（d）。根據(jù)藥卷類型的不同選擇藥卷直徑，確定藥卷直徑d=32 mm。

6）單位長(zhǎng)度裝藥量（Δ）。根據(jù)藥卷直徑及長(zhǎng)度數(shù)值，可以計(jì)算得到每一個(gè)藥卷的質(zhì)量為0.2 kg，進(jìn)而計(jì)算得到單位長(zhǎng)度裝藥量Δ=0.2×5=1.0 kg/m。

7）單孔裝藥量（Q0）。Q0＝η×L×Δ。

各類炮孔的安全裝藥系數(shù)η為：掏槽孔0.70～0.85、輔助孔0.60～0.75、周邊孔0.25～0.35，在控制爆破施工過(guò)程中應(yīng)參考實(shí)際爆破效果進(jìn)行合理調(diào)整。

8）全斷面炮孔數(shù)?？梢杂?jì)算得到Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖全斷面布置炮孔數(shù)分別為175個(gè)、180個(gè)、210個(gè)，車行橫洞、人行橫洞全斷面布孔數(shù)分別為30個(gè)、10個(gè)。

2.3 爆破安全距離計(jì)算

根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》，計(jì)算得到本工程爆破飛石安全距離為54 m，因此飛石半徑在60 m以內(nèi)，同時(shí)按2倍距離選取機(jī)械的安全距離，即120 m；有害氣體安全距離為3.64 m，在此范圍內(nèi)的有害氣體會(huì)給隧道內(nèi)的施工人員帶來(lái)危險(xiǎn)，需做好洞內(nèi)的排氣通風(fēng)工作；爆破空氣沖擊波安全距離為85.38 m，需確保在此范圍內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性，同時(shí)在爆破時(shí)應(yīng)該讓洞內(nèi)無(wú)關(guān)施工人員撤至洞外進(jìn)行隱蔽，待爆破完成后方可進(jìn)入洞內(nèi)施工。

3 控制爆破施工中通、壓、排設(shè)施

3.1 壓風(fēng)

在隧道進(jìn)、出口處，離隧道口100 m外安裝20 m3/min的固定式空壓機(jī)，接上無(wú)縫耐高壓鋼管進(jìn)入隧道內(nèi)，在距爆破掌子面50～100 m外安裝三通或四通閥門(mén)供接高壓軟風(fēng)管，并供鑿巖機(jī)鉆孔、臨時(shí)支護(hù)濕式噴射混凝土用風(fēng)，設(shè)專人管理開(kāi)關(guān)機(jī)。

3.2 供水

因在隧道內(nèi)鑿巖、噴錨臨時(shí)支護(hù)都需濕式鑿巖機(jī)和濕式噴射混凝土，故在距離掌子面后方50 m左右處應(yīng)接供水管進(jìn)行施工供水，并安上接頭供鑿巖、噴錨用水。

3.3 供電

供電線路的配電箱要距爆破掌子面300 m外安裝，在供給各種設(shè)備用電時(shí)要做到“三相五線，一機(jī)一閥一保護(hù)”，對(duì)洞內(nèi)電器外殼進(jìn)行接零保護(hù)。同時(shí)線路要接到隧道兩幫固定掛鉤上。

3.4 通風(fēng)

根據(jù)隧道掘進(jìn)長(zhǎng)度的大小可以選擇壓入式或抽出式進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)；風(fēng)機(jī)安裝在洞口側(cè)邊，可選用YTl60M-6和YTl32M-6型通風(fēng)機(jī)，且需有備用量，分別選用φ800 mm和φ600 mm布袋風(fēng)筒，將其懸掛在洞幫上，使用過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)破損，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)或換下。

3.5 排水

洞外排水，在洞口上方適當(dāng)距離開(kāi)挖截水溝連通至洞外排水溝內(nèi)，洞內(nèi)排水主要是圍巖的裂隙水以及局部地段的巖層中涌水，這些水流通過(guò)隧道掘進(jìn)過(guò)程中隧道兩側(cè)臨時(shí)開(kāi)挖的排水溝和隧道縱坡0.3%順流排出。

4 結(jié)語(yǔ)

文章依托福州鼓山隧道原位“2擴(kuò)3”工程，對(duì)超大斷面公路隧道的原位擴(kuò)建控制爆破技術(shù)進(jìn)行了研究，確定了不同圍巖級(jí)別下隧道炮孔的設(shè)置方案，并基于相關(guān)技術(shù)規(guī)范計(jì)算得到爆破參數(shù)及爆破安全距離，同時(shí)針對(duì)實(shí)際工程提出爆破施工中通、壓、排設(shè)施的配置方案，有效加快施工進(jìn)度，保證施工安全。

該控制爆破技術(shù)已在鼓山隧道的施工中得到應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)效果良好，有效地提升了隧道圍巖自身的穩(wěn)定性，大大減小了爆破振動(dòng)對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響，可在類似原位擴(kuò)建工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。