浙江交工路桥建设有限公司 浙江省杭州市滨江区 310051
摘要:隧道爆破施工会对周边围岩产生影响,直接威胁到临近构筑物的稳定与安全,如果不做好质量控制工作,容易出现安全事故。文中结合隧道爆破施工具体情况,探讨做好爆破施工技术质量控制的措施。
关键词:隧道爆破;施工技术;质量控制
目前隧道施工开挖主要采用爆破法施工,隧道爆破产生的振动不仅对周围环境产生影响,还对临近构筑物结构产生破坏的风险,特别是对于正在运营的高速公路,给驾驶人员带来了极大的安全隐患。因此,通过采取合理的支护措施、控制爆破药量以及做好相应的应急预案,有效的降低施工风险显得尤为重要。
1、隧道工程概况
1.1 地质概况
G25 长(春)深(圳)高速德清至富阳段扩容杭州段的奇坑隧道位于浙江省杭州市余杭区瓶窑镇奇坑村山区。本文进行新奥法和新意法对比分析的区段为其左洞,桩号为 K54+246~K54+380区间。其中K54+246~K54+266 区间采用新意法施工,其余采用新奥法施工。根据地质勘察报告,从地貌上看,隧道所经地段为低山,中间有沟谷。
隧道的上覆地层自上而下分别为:全风化凝灰岩,厚度 5-6m,松散,强度低;强风化凝灰岩,厚度约 2 米,节理发育,强度中等;中风化凝灰岩中,岩质坚硬,但岩体破碎,完整性差,在新意法区段,有节理密集带穿过。沟谷附近含裂隙水,属于 IV 级围岩。节理密集带为 V 级围岩,节理带厚度约 6~7m。隧道位于中风化凝灰岩中,隧道围岩等级为 IV 级。新意法所处地段,隧道最小埋深约 20m。
1.2 设计概况
奇坑隧道采用双洞单向三车道。左右洞按分离式隧道设计。左右洞长度均为 2430m。隧道明洞采用明挖法施工,暗洞采用新奥法施工,暗洞衬砌结构按照新奥法原理,采用复合式支护结构形式。初期支护以钢拱架、锚杆和钢筋网喷砼组成联合支护体系,二次衬砌采用模筑砼结构,初期支护与二次衬砌之间设防排水夹层。隧道毛洞净高 11.15m,净宽 16.94m,拱墙断面为五心圆。毛洞开挖面积为 151.4m2。根据国际隧道协会的规定,属于超大断面隧道(开挖面积超过 100m2)。
2、起爆网络与装药结构
2.1装药结构
周边孔使用间隔装药,就是按设计间隔距离将炸药卷捆梆在竹片(条)上同时全长贯穿导爆索,孔底稍微加药量,采用正向起爆。剩下的炮孔都采用连续不耦合装药,(在特殊情况下可以采用耦合装药),起爆方式为反向起爆,同时考虑孔内延期。
2.2爆破器材选用及起爆顺序
采用爆破器材主要有 2 号岩石乳化炸药规格、用于孔外网路联接的导爆管瞬发雷管、用于孔内的毫秒延期导爆管雷管以及用于周边孔爆破导爆索。
起爆顺序依次按:隧洞开挖起爆,首先掏槽孔先爆,接着辅助孔,最后周边孔爆破。
2.3爆破网路
依据起爆顺序,导爆管连接采用簇联并联串联起爆网路,每把控制在 10 根(发)以内,首先使用 2 发导爆管瞬发雷管传爆,同时严格防护覆盖每个传爆点,防止网路被炸坏。最后用 2发瞬发雷管起爆。周边孔内引出的导爆索,用两根主导爆索采用复式连接的方法,保证起爆的可靠性。
两根主导爆索连出后,根据起爆顺序与导爆管相连起爆。为保证起爆的可靠性和准确性,各炮眼雷管段数应与起爆顺序相同。在加工药包过程中,依据网路联接和断面尺寸要求,确保导爆管雷管预留充足的长度。爆破时采用多组簇联联接于一个作业断面,同时采用瞬发雷管(反向安装)作为引爆雷管,用胶布包扎在离一簇导爆管自由端内。随后将不同炮眼的段别装填完备,按每组 10 发簇联并联联接。
3、隧道爆破安全技术控制
隧道施工过程中若遇到复杂地层条件围岩时,如断层破碎带、突水涌泥以及流砂等不良地质,确保隧道安全防止围岩坍塌是关键问题。对于 II~ Ⅲ类围岩洞段,初期支护主要采用锚喷支护;对于破碎带、断层及其他复杂地层洞段采采锚喷网支护,地层特别差时,采用格栅拱或钢拱架强支护方法。如果碰到塌方时,将采取必要措施进行处理,结合以往施工经验,采取如下相应措施:
(1)进行地质超前预报,提前判别前方围岩和水文条件,若遇到断层破碎带及涌水量大的地段,提前做好防护措施。
(2)遵循“短进尺,勤测量”原则,控制单段起爆药量,减小爆破引起的振动效应,防止扰动围岩造成失稳坍塌,爆破过程中加强监测频率。
(3)爆破后及时支护,排除掉块等存在安全隐患后,及时出碴,跟进衬砌支护,减少掌子面暴露时间。
(4)安全人员时刻关注施工进度及掌子面情况,若发现变形或掉块及时上报并采取有效的支护措施。
(5)超前小导管注浆施工
断层破碎带视岩性及涌水具体情况采取不同措施。如果隧道围岩较好,可采用全断面光面爆破法进行施工作业,一旦遇上较差的地质围岩,应采用微台阶法开挖,同时加以小导管超前注浆辅助措施。
图1 管棚法施工布置示意图
(6)管棚法
作业设备采用潜孔钻机,管棚型号采用 Φ108 钢管,根据现场地质情况采用合适的管长,一般为 10~20m,管内灌砂浆,并采用钢支撑复合支护,如图 1 所示。
(7)格栅拱喷砼复合支护法
格栅拱由四根Φ22或Φ25螺纹钢组成,采用20cm×20cm的正方形间距布置,采用 Φ10 钢筋交叉焊接内弧杆和外弧杆,使之组成整体。依据断面的大小把榀分为四部或者五部,采用法兰连接中间部位。两榀间距设置成 70cm,采用 Φ22 螺纹交叉连接,一般使用径向锚杆或者超前锚杆固定,最后进行喷浆处理,
(8)围岩监测,现场围岩量测是喷锚支护监控设计和施管理的重要手段,通过量测可及时掌握围岩动态和支护受力情况,也可为爆破修改参数提供信息和依据。
4、隧道爆破安全控制优化措施
4.1联网
当各个炮眼、爆孔的基础处理结束以后,现场施工人员需要将按照爆破设计的要求,将各个爆破点加以连接起来,形成起爆网络。在孔与孔之间的连接上,需要对导爆管、雷管脚线的松紧度进行科学控制,如果松紧度控制不好,发生拉脱与损坏导爆管的概率较高,也就难以完成正常的爆破作业。联网过程中,要严格根据起爆网络的设计要求来进行,保证起爆网络中孔与孔之间良好的连接处理效果。
图2 格栅拱喷砼复合支护施工布置图
4.2防护
隧道工程的爆破施工过程中,由于爆破的威力非常大,可能对爆破区域内的有关构造等产生一定的影响,因此,在爆破作业的实施过程中,专业人员需要结合爆破参数的设计,准确分析爆破效应,进而对爆破的影响范围等进行科学划分,在可能存在影响的区域采取必要的防护设施,例如,在洞门与贯通点前 20 m 的位置,要进行必要的防护,爆破影响范围内的机械设备等要及时撤离到安全范围内。
4.3警戒与起爆
在正式的起爆作业开始之前,现场的施工作业人员需要结合爆破的影响情况,划定爆破警戒区,并将所有的人员、设备与材料全部撤离到警戒区以外,在做好相应的安全警戒与安全防护准备以后,爆破员方可利用起爆器进行起爆控制,完成起爆作业。
4.4爆后检查
在起爆作业结束以后,有关人员需要进行爆后检查,主要是检查爆破是否达到了隧道施工的标准与要求,是否造成了周边岩层的破坏等情况。只有当爆破工作面的烟尘、有毒害气体浓度等处于安全范围时,方可开展爆破检查与验收工作,进而做好相应的后期处理工作,做好隧道开挖等环节的施工准备,保证隧道施工作业的顺利推进。
结语
总之,经过严格控制起爆顺序和采用安全技术措施,使得隧道施工顺利进行。在项目建设过程中不断摸索,从爆破参数设计、安全技术措施以及施工工法等不断优化,总结出一些针对此类隧道开挖支护施工的控制经验,供同类隧道施工借鉴参考。
参考文献:
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