襄渝Ⅱ线新大成隧道施工控制技术

杜少成

(中铁十四局集团第五工程有限公司,山东 兖州 272117)

1 工程概况

襄渝增建Ⅱ线新大成隧道(ZDK 552+277.85～ZDK 555+892)与既有线大成隧道紧密相邻,隧道进口地段同既有隧道线最小间距为 10m,两隧道最小净距为 3.65m。隧道围岩为Ⅲ ～V级,以泥岩夹砂岩为主。既有大成隧道始修于1972年,运营过程曾出现多次塌方,虽经过整治,仍存在较大隐患,故设计要求对既有隧道 580m较差衬砌地段拱墙进行要点加固。由于襄渝线运营压力大,施工需要的停车次数和给点时间严重不足,既有隧道加固进度无法满足增建二线隧道掘进要求。故要在未对既有隧道进行加固的情况下,对新建隧道实施严格控制爆破,确保既有隧道的接触网、衬砌和线路免受爆破震动的危害,控制爆破施工技术尤为重要。

2 爆破震动影响因素

新大成隧道爆破震动影响的因素有:

(1)新隧道与既有隧道间距非常小,必须使用较小的震动速度才能保证既有大成隧道的结构稳定和既有线的安全运营。

(2)隧道围岩为Ⅲ ～V级,特别对于 V级围岩需减少炸药用量来降低震动速度。

(3)我国毫秒雷管段数较少,一次爆破用药量大,就会使段装药量大而使震动速度增加,必须采取措施增加毫秒雷管段数。

(4)掏槽炮孔因只有一个临空面,比相同装药量的其他炮孔会产生较强的震动速度,所以必须研究合理的掏槽炮孔。

(5)炮孔是否堵塞影响炸药用量,不堵塞或少堵塞将使炸药用量增加。为控制炸药用量,要做好炮孔的堵塞。

(6)炮孔深度(即一次爆破进尺)是影响炸药用量的主要因素,为降低炸药用量要控制孔深。

来自爆破的危害,一般用质点振动速度值来评估,由爆破产生的振动速度与炸药能量成正比,也就是与炸药量成正比,而与距爆破中心的距离成反比。此外,还受起爆与爆破方法以及爆破点与测点之间地质条件的影响。由于影响因素较多,所以不可能用一个公式准确表述,一般可用下式表示[1]:

式中:V为振动速度;Q为最大一段允许炸药量;R为距爆破点的距离;K、α为与炸药种类、爆破方法、地质条件等因素有关的系数。

3 控制爆破施工技术

3.1 控制最大炸药用量

以既有隧道边墙衬砌至爆破源中心的距离 R,作为安全控制半径,通过式(1)并以质点振动速度限值 5 cm/s作为控制标准,反算各部分所允许的单段用药量。

3.2 确定开挖顺序

前期采用侧壁导坑开挖。侧壁导坑掌子面之间间距 10m,先开挖左侧远离既有隧道下部导坑,实施初期支护;再开挖上部弧形导坑,对拱顶实施 25中空锚杆初期支护;最后开挖下导坑,实施初期支护。采用短台阶开挖,如图 1所示。

图1 隧道开挖顺序

3.3 控制单眼炸药量

炮眼按浅密原则布置,控制单眼炸药量,使有限的装药量均匀地分布在被爆破体中,采用毫秒雷管进行微差爆破,以减小爆破震动强度。

3.4 选择掏槽形式

掏槽爆破的震动强度比其他部位炮眼爆破时的震动强度都要大,因此,从减小掏槽爆破的震动强度出发,选用楔形掏槽。由于雷管段数足够,现场选用双楔形掏槽,掏槽部位的岩体分段进行爆破,既能保证掏槽效果,又能减少掏槽孔的单段药量,减少爆破震振动效果。

3.5 选用周边眼爆破形式

为了减小爆破振动,右侧边墙周边光爆孔在左侧导坑和上部导坑爆破前先打好的周边孔做为减振孔,周边眼间距为40 cm。

3.6 选择合理的段间隔时差

根据有关资料表明[1-2],在软岩围岩中爆破,振动频率比较低,一般均在 100Hz以下,振动持续时间纵向比横向振动持续时间大时,可达到 200ms左右,垂直向可达到 100ms左右。为避免振动强度的叠加作用,低段(1～7段)雷管隔段使用。

3.7 合适的爆破器材

炸药和雷管也是影响爆破震动的因素,要控制爆破振动速度,必须选用合适的炸药和毫秒雷管。根据爆轰理论,炸药爆轰速度直接影响质点振动速度,要降低质点振动速度应选用低爆速炸药,炸药选用爆速低的 2号岩石硝铵炸药,药卷直径为 32×200和 25×400两种,雷管采用 3～29段非电毫秒雷管,起爆时跳段使用。

3.8 钻爆设计

为确保工程进度和施工安全,爆破施工应按“多眼、少药、浅孔”的原则。为控制超欠挖,减少围岩扰动,全断面采用光面爆破技术,临近既有线边墙预留光爆层。

3.9 炮眼布置

分部爆破开挖,以“短进尺,密打眼,少装药,增加毫秒雷管段数”的原则进行爆破控制,控制爆破震速不大于 5 cm/s。装药后注意用粘土炮泥将炮孔堵塞密实。掏槽方式为双楔形掏槽,孔深比其它眼深 30 cm,间距 40 cm,斜眼眼底距离30 cm。辅助眼间距 70～80 cm,周边眼间距 40 cm,距相邻辅助眼 55 cm,炮眼布置见图 2所示。

4 振动监测

对爆破进行监测是检验爆破震动及爆破安全的重要措施,在洞身开挖爆破时,对既有隧道对应断面质点的振动速度及其频率进行量测。根据设计要求将振动速度控制在 10 cm/s内,为增大既有线的运营安全系数,施工中将爆破后的振动速度控制在 5 cm/s内。

振动监测点原则上布置在距爆破中心最近既有线对应断面衬砌上,采用DSVM-4C振动测试仪、计算机、打印机等组成的振动测试系统自动进行控制。每次量测后及时打印出振动速度的三分量值、主振频率及振动速度随时间的衰减变化曲线等资料,并进行分析。发现问题(如振动速度超标等)及时向有关方面汇报,并视情况增加监测次数或监测点。

图2 炮眼布置及间距

5 结论

新大成隧道紧邻既有大成隧道,隧道施工采用了严格的控制爆破技术,施工中主要从控制炸药用量及选择合理的开挖顺序、掏槽形式、周边眼形式、爆破间隔时差、爆破器材、钻爆设计、炮眼布置,并进行了爆破监测,从而确保了施工的顺利进行和既有线的安全。

[1]袁绍国.控制爆破理论与实践[M].天津大学出版社,2007

[2]程康,徐学勇.爆破振动频率对振动效应影响的试验研究[J],爆破,2003,20(3):79-81