湘江过江隧道破碎带地段施工的弱爆破开挖

郑建辉,毛益松,李是良,单志国

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410073)

湘江过江隧道破碎带地段施工的弱爆破开挖

郑建辉,毛益松,李是良,单志国

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410073)

湘江过江隧道埋深较浅,顶部覆土较薄,且承受江水的巨大压力。在其破碎带地段由于岩石断层、破碎等原因往往造成隧道施工困难,危险系数大,易诱发透水、塌方等事故。介绍了该过江隧道破碎带地段弱爆破开挖法的实施方案,及爆破参数和安全防护措施。

过江隧道;破碎带;弱爆破开挖法;爆破参数

1 工程概况

长沙市营盘路湘江隧道位于长沙市橘子洲大桥和银盆岭大桥之间,其中江中段距橘子洲大桥约1.3 km,距银盆岭大桥约 2.1 km,主线西起咸嘉湖路,下穿潇湘大道、傅家洲、橘子洲和湘江大道,东接营盘路。

该湘江隧道工程穿越的地层为中元古界浅变质(Pt)板岩和内陆湖相沉积的白垩系(K)碎屑岩,工程区内有 3条破碎带。隧道的围岩以泥质粉砂岩、板岩、砾岩为主,大部分为中等强度风化,主要为Ⅴ、Ⅳ类围岩。破碎带内为碎裂岩,风化强烈,富水,岩体呈碎石状。

隧道开挖地段以断裂构造为主,褶皱构造次之,有 3条呈北东向的断层破碎带:

(1)傅家洲断层破碎带(F1),带中岩性为碎裂岩,碎裂结构,富水,风化强烈,岩芯多岩屑、岩粉岩体呈碎石状,该断层不属活动断层;

(2)橘子洲断层(F2),该断层产状近直立,宽约 8 m,为物探推测断层;

(3)湘江东岸断层破碎带(F3),该断层破碎带呈北东向展布,宽度约 100 m,岩体破碎,岩性为碎裂岩,风化强烈,岩芯多为岩屑、岩粉,该断层属于不活动断层。

2 爆破方案

主线先行隧道采用三台阶法施工,后行隧道则使用 CD法施工。主线小净距隧道段的南北线隧道都使用 CD法施工。

2.1 爆破设计

本隧道工程按“超深测、预堵水、管超前、强支护、弱爆破、短进尺、早封闭、勤监测、备预案”的原则制定施工方案。破碎带地段采用弱爆破技术开挖。

(1)炮孔布置。隧道炮孔布置见图1,拱顶采用光面爆破。下半断面采用预裂爆破,即沿周边轮廓形成的预裂缝。隧道爆破开挖采用楔形掏槽,并进行分段爆破,减少单段药量,控制爆破震动。

图1 湘江隧道主线爆破孔位布置

(2)爆破器材。工程中岩层抗拉强度较低,波阻抗系数较小,周边孔爆破选用低爆速炸药。其它孔选用乳化炸药或铵油炸药。为满足大断面的分段爆破减振的要求,雷管的段数应足够多。一般隧道大断面爆破时雷管段数应在 15段以上。

(3)段间隔差。软弱围岩的爆破振动频率较低。雷管应跳段使用以避免爆破振动强度的叠加作用。段间隔时差应控制在 75～150 ms的范围内。

(4)循环进尺。本工程根据进度安排、地质条件等因素控制循环进尺在 0.8～1.5 m。

周边孔距断面边缘 0.1～0.2 m,并向往外倾斜1°～3°。根据Ⅳ、Ⅴ级围岩条件,边孔的孔距取0.50～0.55 m,光爆层厚度取 55～60 cm。钻孔机具选用 7655型或 YT28型风钻钻孔。炮孔数量 N=262个,见表1。

表1 隧道台阶法开挖爆破参数

2.2 爆破安全技术与防护措施

(1)爆破振动计算。控制最大单段起爆药量Qmax=5.0～10 kg,爆破振动速度按下式计算:

取 k=50,R=65 m,a=1.5时,V=0.30 cm/s,小于隧道安全振动速度。

(2)爆破冲击波超压的影响。隧道爆破处于地下,且控制最大段药量,因此超压冲击波对洞口周围建筑不会造成破坏。

(3)爆破飞石安全距离。隧道爆破时,个别飞石对人员安全距离设定为 150 m,对隧道内设备安全距离设定为 100 m(指非机动设备)。

3 结束语

长沙湘江过江隧道的破碎带地段采用弱爆破技术,通过对各项参数和安全防护措施进行合理的设计,避免了因埋深较浅,顶部覆土较薄,承受江河压力等带来的施工风险。克服了破碎带地段由于岩石断层、破碎等原因造成的隧道施工困难,使长沙湘江过江隧道在 2011年 4月提前贯通。

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2011-06-26)

郑建辉(1986-),男,主要从事民用爆破工程及军事爆破的设计与施工。