陳華劍

(江西贛禹工程建設有限公司，江西 南昌 330000)

1 工程概況

本項目由3條臨時道路和1條交通洞組成。水庫壩址下游臨時道路路線起點位于壩址下游左岸1.0 km處S212省道，終點位于交通洞進口，路線長0.66 km；臨時過壩交通洞起點位于上游臨時路樁號K0+654.939 m，終點位于下游臨時路樁號K0+000 m，全長480.640 m；壩址上游臨時道路起點位于交通洞出口，終點位于大壩上游1.7 km處S212省道，路線長1.49 km；臨時改線道路起點位于大壩上游1.0 km處S212省道，終點位于大壩上游1.6 km處S212省道，路線長0.85 km。

2 洞室圍巖條件

交通洞D0+000 m～0+D173.000 m段為Ⅳ類圍巖，自然邊坡在70°左右，基巖裸露，前段巖性為泥盆系中統(tǒng)(D2gv)灰?guī)r，以塊狀、厚層狀為主，強風化層厚2～4 m，弱風化層厚15～20 m。地下水為基巖裂隙水，該裂隙水對普通水泥具有弱腐蝕性[1]。

D0+173.000～D0+260.270 m段為Ⅲ類圍巖，新鮮基巖，洞身埋深100～106 m，巖性為泥盆系中統(tǒng)(D2e-gv)粉砂巖夾灰?guī)r，巖體較完整，強風化層在3～5 m，弱風化層15～20 m，地下水為基巖裂隙水，裂隙水對普通水泥具有弱腐蝕性。

D0+260.270 m～D0+420.270 m段為Ⅳ類圍巖，該段為弱風化～微風化段，洞身埋深15～100 m，巖性為泥盆系中統(tǒng)(D2e-gv)粉砂巖夾灰?guī)r，強風化層在3～5 m，弱風化層15～20 m，地下水為基巖裂隙水，裂隙水對普通水泥具有弱腐蝕性。

D0+420.270 m～D0+460.270 m段為Ⅴ類圍巖，該段為恰克瑪克河左岸岸坡，自然坡度11°～20°，岸坡巖體裸露，巖性為泥盆系粉砂巖，呈薄層狀～中厚層狀，巖體破碎，結構面多陳舊，該段上覆巖體較薄，厚度5～15 m，圍巖穩(wěn)定性差。

對于分布較多的典型Ⅳ級圍巖。本工程隧洞開挖斷面形式及尺寸，城門洞型，7.4 m×8.9 m×40.0 m。

3 洞室開挖爆破方案

隧道為獨立單洞隧道，其圍巖級別為Ⅲ級和Ⅳ級，因此采取全斷面爆破開挖法施工，依據(jù)圍巖情況盡快選擇合適的支護形式，在施工過程中，應盡量減少爆破，多次循環(huán)，并適時進行噴錨支護、架設鋼架和二次襯砌，以防止塌方[2]。在開鑿ⅳ級圍巖段時，一般使用風鎬進行操作，而Ⅲ級圍巖則需要使用簡易的鉆機平臺和鑿巖機進行爆破。具體的開挖方法可以依據(jù)圍巖的情況進行確定。初期保護使用噴錨掛網(wǎng)保護，Ⅳ級圍巖段還需要使用工字鋼鋼架，并使用中提到的超前小導管進行預保護[3]。

3.1 開挖方案

采取全斷面爆破開挖法進行施工，如圖1所示，施工步驟包括： 第一步，施工中先全斷面開挖①；第二步，初期支護②；第三步，在初期支護達到穩(wěn)定狀態(tài)后，圖1進行二次襯砌③的整體模筑工程。

圖1 全斷面開挖施工橫斷圖

3.2 爆破開挖方案

按照“新奧法”原理，本隧洞采取光面爆破施工，在施工階段，依據(jù)地質，精心設計施工截面、開挖進尺以及爆破器材等，并結合實際施工情況，調整爆破參數(shù)[4]，以達到規(guī)定的要求。

依據(jù)圍巖的特性，正確確定附近的炮眼距離和最小抵抗線，幫助炮眼交錯均衡地配置在一起，附近的炮眼與配合炮眼的眼底在同一個垂直度面上，通過掏槽眼深入鉆進?？刂聘浇谘鄣难b藥量，并間斷裝藥，使藥量沿著炮眼的長度均衡分配。使用高效率、低爆炸速度的爆破炸藥。在水域中使用乳化炸藥，使用非電毫秒雷管實施爆破。采用微差爆破技術減小爆發(fā)時間差，使用乳化炸藥和導爆索實施爆破。

3.3 隧道施工爆破設計參數(shù)

藥卷直徑，預裂(光面)爆破周邊孔采用φ32 mm直徑普通藥卷。掏槽孔及輔助孔均采用φ32 mm直徑藥卷。當炮孔直徑為32～45 mm，取B=1.5～2.0；當炮孔直徑為62～200 mm時，取B=2.0～4.0。

在節(jié)理裂隙形成的巖體中，取炮孔間隙a的10～25倍，以獲得更好的整體性。如果最小抵抗線處于節(jié)理發(fā)育破碎巖體內(nèi)，則在上下兩層各增加一個炮孔；如果周邊孔處于節(jié)理發(fā)育破碎巖體內(nèi)，則在此處改變周邊孔布置，破碎巖體兩側各增加一個炮孔，使炮孔處于單獨的圍巖中，以增加光爆效果。此外，最小抵抗線W也是一個重要參數(shù)，它的值通常超過光面孔間隙，即光面層厚度或周邊孔到其他附屬孔的間隙。

對于鄰近系數(shù)m或相對距E，如果m值過大，爆炸后可能會在光滑的巖壁表面留下巖梗，導致挖掘不足；而m值過小，則會在新的巖壁表面形成凹坑。m值的取值范圍在0.75～1.00之間，在硬巖中取較大值，軟巖中取較小值。掏槽方式采用左右單級楔形掏槽或左右二級復式楔形掏槽。周邊孔與輔助孔的孔底在同一垂直面上，掏槽孔加深10～30 cm。線裝藥密度ρ，又叫裝藥集中度，指單位長度炮孔中裝藥量的多少。一般情況下，軟巖中用70～120 g/m，中硬巖中為100～150 g/m，硬巖中為150～250 g/m。

排間炮孔起爆間隔時間t。采用多段非電毫秒導爆管順序起爆。起爆間隔時間具體見爆破設計。臨近周邊孔的兩排孔的藥量要比其他炮孔的藥量少，以控制圍巖爆振裂隙的發(fā)展。鉆孔深度H及外插角a。炮孔深為每循環(huán)開挖進尺長度，并考慮10%～15%的超深[5]。外插角a取2°～5°。裝藥結構及堵塞方式，當圍巖完整性較好時，采用連續(xù)裝藥；當圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性較差時，采取縱向間隙綁扎的竹片+導爆索構造，形成空氣間隙不耦合裝藥構造，而其余炮孔則采取連續(xù)裝藥構造。為了確保炮孔堵塞的有效性，炮泥堵塞的長度應≥20～25 cm，并且要求松緊度符合規(guī)定[5]。石質隧道爆破設計參數(shù)選擇見表1。

表1 光面爆破設計參數(shù)

3.4 Ⅳ級圍巖全斷面法施工光面爆破設計

3.4.1 Ⅳ級圍巖全斷面法炮孔布置參數(shù)和裝藥參數(shù)

Ⅳ級圍巖隧道開挖斷面面積47.84 m2，由于隧道工作面斷面較小，根據(jù)現(xiàn)有隧道施工條件和巖體情況，為便于鉆孔和臨時支護采用全斷面法施工，由于圍巖等級Ⅳ級，為便于巖石拋出，增加爆破開挖量，開挖采用斜孔楔形掏槽，每一循環(huán)進尺主要控制在3 m[5]。

3.4.2 安全驗算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)的有關規(guī)定，對隧道結構物爆破時產(chǎn)生的質點振動速度。爆破振動的最大速度Vmax計算如式(1)：

(1)

式中：R為距爆區(qū)中心的距離，m；α為衰減系數(shù)；K為與介質性質、爆破方法、爆破條件有關的系數(shù)；Qmax為單段一次最大起爆藥量取24.75 kg。

根據(jù)規(guī)范GB 6722—2014交通隧道安全允許振動速度相關規(guī)定并結合以往施工經(jīng)驗和現(xiàn)場實際施工條件，當R=20 m，α=2，K=350時，計算一次最大振動速度Vmax=7.43 cm/s<20 cm/s，因此在這個藥量內(nèi)，隧道施工區(qū)內(nèi)的受保護對象是安全的，滿足規(guī)范GB 6722—2014的要求。對于其他的特殊工程條件，應根據(jù)實際情況隨時調整最大起爆藥量Qmax[6]。

3.4.3 裝藥結構及起爆網(wǎng)絡

周邊孔裝藥結構。周邊孔采用不偶合間隔裝藥結構，φ42 mm孔徑，φ32 mm小直徑藥卷間隔裝藥，用導爆索串裝，具體如圖2所示。

圖2 周邊孔裝藥結構示意圖

輔助孔和掏槽孔裝藥結構。輔助孔和掏槽孔采用不偶合連續(xù)裝藥結構，φ42 mm孔徑，φ32 mm小直徑藥卷連續(xù)裝藥，用兩發(fā)非電導爆管雷管起爆[6]，具體如圖3所示。

圖3 輔助孔和掏槽孔裝藥結構示意圖

采用人力封堵的方式，將黏性土卷壓緊，封堵距離一般≥20 cm，嚴禁未經(jīng)封堵就爆破。

起爆網(wǎng)絡采用簇并聯(lián)非電起爆網(wǎng)絡。在孔內(nèi)，使用非電秒延時雷管和導爆索(周邊孔)進行引爆，而在孔外，則使用瞬發(fā)非電秒延時雷管傳爆，最后，使用非電導爆管雷管進行引爆。在警戒范圍內(nèi)，工作人員應當立即撤出，一旦警戒結束，爆破工作人員應立即跑到200 m外面的安保線外，啟動引爆器。在爆破完畢并經(jīng)過20 min的通風后，當班爆破工作人員應深入爆區(qū)進行檢測，確定沒有盲炮后，才可以解除警戒。

爆裂進程中，這些炸藥能量會轉化為地動波，并且形成大量的飛石、撞擊波、爆破毒氣和噪音，這些都會對設備設施及生命財物造成嚴重的危害，因此需要對其安全系數(shù)進行嚴格的檢查，并采取有效的預防手段，以確保爆裂的安全系數(shù)。在隧道爆破過程中，為了確保工作人員和機械設備的生命安全，飛石的安全距離被設置為200 m，而非機動設施的安全距離則被設置為100 m[6]，并且規(guī)定了必要的防護措施。

4 洞室支護方案

4.1 支護設計措施

交通洞結構一型斷面(樁號0+177.939～0+265.209 m段)：噴護C25早強混凝土厚10 cm，掛鋼筋網(wǎng)片Φ8@200 mm×200 mm；布設Φ25隨機錨桿，間排距1.5 m，錨桿長度3 m。

交通洞結構二型斷面(樁號0+007.939～0+177.939 m段；0+265.209～0+425.209 m段)：噴護C25早強混凝土厚18 cm，邊頂拱掛鋼筋網(wǎng)片Φ8@200 mm×200 mm；布設Φ25系統(tǒng)錨桿，間排距1 m，錨桿長度3 m；布設φ25 mm砂漿鎖腳錨桿，錨桿長度3 m；架設16個工字鋼拱架，榀距1 m。

交通洞結構三型斷面(樁號0+425.209～0+465.209 m段)：噴護C25混凝土厚20 cm，邊頂拱掛鋼筋網(wǎng)片Φ8@200 mm×200 mm；布設Φ25系統(tǒng)錨桿，間排距1 m，錨桿長度3 m；布設φ25 mm砂漿鎖腳錨桿，錨桿長度3 m；架設16工字鋼拱架，榀距1 m；C25混凝土襯砌40 cm。

4.2 支護施工工藝流程

(1)明挖邊坡支護施工程序。在開挖邊坡之前，應先完成周邊截排水溝的施工，以確保邊坡的安全性。完成后，應根據(jù)設計要求，對相應部位實施邊坡開挖，并在邊坡開挖成形后，根據(jù)側向互相錯開的原理，完成錨桿孔及噴錨的實施，以確保路基的安全性。一般來說，支護施工與開挖面的高度差應不超過10 m。在發(fā)現(xiàn)地質缺陷時，應立即采取隨機錨桿錨固措施，以確保巖體的安全性[7]。在地質惡劣的條件下，應嚴格禁止進行規(guī)定的上一層淺層支護施工。

(2)隧洞支護施工程序。對于發(fā)現(xiàn)的不穩(wěn)定巖體，應采取“一掘一支護”的方式進行永久(或臨時)支護，以確保隧道施工的安全性。在特別疏松、軟弱破裂的巖體地段，應先開始噴水泥，而后錨桿鉆進制安、掛網(wǎng)，最后再噴水泥至工程設計厚度范圍，以實現(xiàn)循環(huán)掘進，以確保隧道施工的安全性。

4.3 超前注漿小導管施工方法

(1)制作超前小導管前端加工成20 cm長的圓錐形，在尾端焊接φ12 mm的鋼筋箍，距后端30 cm不開孔，作為止?jié){段，其余部分管壁每隔15 cm交錯開孔，呈梅花形布置，眼孔直徑為φ6～8 mm。

(2)鉆孔采用YT28鑿巖機人工鉆孔，鉆孔直徑60 mm，外插角為5°～10°；圍巖軟弱地段直接用鑿巖機頂入。

(3)驗孔、清孔、安設超前小導管，鉆孔結束后，對鉆孔外插角、孔深、環(huán)向間距檢查合格后，用高壓風清孔，將孔內(nèi)雜物清理干凈，然后人工將制作好的小導管插入孔內(nèi)，插入困難時可用鑿巖機頂入或用錘擊入孔。小導管安設后，用塑膠泥封堵孔口周圍空隙和裂縫，必要時用噴射混凝土封閉掌子面[7]。小導管外露長度為30 cm，以便連接孔口閥門和管路，并與鋼架焊接牢固。

(4)注漿，注漿設備采用UB3C型注漿泵，JW180型漿液攪拌桶。注漿漿液為普通425#水泥單液漿，摻3%～5%速凝劑，注漿壓力為0.5～1.5 MPa。第一次注漿前，或圍巖情況變化時，應經(jīng)過壓水測試，以確保灌漿技術參數(shù)的準確性。在澆筑前，應對各種水灰比、摻加的摻和料和外加藥的漿液經(jīng)過測試，以確保最佳的比例，并嚴密依照比例計量，按次序加料，拌和后的漿液必須經(jīng)過篩網(wǎng)濾波，方可流入注漿機[8]。為了提高效率，在小導管前端裝有分漿器，每次只能灌注3～5根小導管。注漿次序應該是從上到下，先稀后濃，注漿量應該從大到小，注漿壓力應該從小到大。如果發(fā)現(xiàn)有竄漿或跑漿的情況，應該采取間隔注漿的方法，并且加大漿液的濃度。

4.4 砂漿錨桿施工

在安裝“先注漿后插桿”程序時，應先將灌漿管伸入孔底，然后慢慢拔出，使其與水泥一起灌注，并且保持勻速。在安裝完成后，應將孔內(nèi)填滿水泥，并確保錨桿的總長度不低于設計長度的95%[8]，以便按照規(guī)定露出施工巖面或噴混凝土面。

在下行的錨桿上，應將注漿管伸入孔底，然后邊注入邊向外拔出，直到注滿即可；而上行的錨桿則應采取排水灌注法，將內(nèi)徑4～5 mm、壁厚1.0～1.5 mm的軟材料排水管沿錨桿長度安放于桿體上，并在孔外留出1 m左右的余量；接著，將錨桿慢慢地伸入孔中，直至達到設計高度；最后，將長250～300 mm、外徑25 mm以下的薄壁管材用早強或超早強混凝土安放在孔口部位，并將孔口堵密；在灌漿前，應檢修排水管，以確保其質量符合規(guī)定。當檢測排氣管已經(jīng)暢通時，就可以開始注漿了。

5 結 論

本文以托帕水庫工程交通洞為研究背景，根據(jù)洞室圍巖地質條件，采用了全斷面開挖的方法，新奧法原理進行光面爆破支護，掛網(wǎng)噴混凝土錨桿支護的方案，取得了良好的施工效果。