控制爆破在拆除隧道二衬中的实际应用

董晓峰

摘 要：高速铁路隧道二衬由于施工过程的种种原因，导致强度不够、二衬钢筋施工不规范，严重影响高速铁路的运营安全，都会导致隧道二衬的拆除。通过对隧道仰拱以上二衬不同情况的受力简析，分析二衬混凝土的受力状态，根据不同的受力状态布置炮孔，控制装药量，布设不同的爆破网络，采用控制爆破实现对不合格二衬混凝土的拆除。

关键词：控制爆破；拆除；隧道二衬

引言

目前，随着我国公路及铁路的高速发展，高速公路和高速铁路网已大力建设，旧有公路的拓宽和新建铁路隧道在强度、接地导电方面已经远远不能满足电气化高速列车发展的需要，高速铁路和高速公路已不能满足国民经济发展和交通发展要求。高速公路拓宽以及新建高速铁路对隧道二衬采用高性能混凝土，在强度、接地导电、电通量、二衬钢筋等方面提出了不同的要求。在旧观念的影响下，导致新建高铁隧道某些段落出现隧道二衬强度不够、二衬单层钢筋等现象。为确保高铁的运营安全，不合格的隧道二衬不得不拆除重建，在不影响合格二衬的情况下，隧道二衬控制爆破拆除就显得尤为重要，本文仅针对拆除难度最大仰拱以上二衬拆除进行研究，现就控制拆除过程的不同情况进行分析：

1 炸药拆除隧道二衬作用机理

炸药在混凝土内部爆炸后，瞬间对周围混凝土产生强烈的冲击，在岩体内产生冲击压力波，紧靠药包周围的岩石直接受到炸药爆轰压力的作用，药包周围的岩石被挤得粉碎，形成粉碎区。

应力波以药包为中心向外传播的过程中，迫使质点作径向位移，假定该质点受压应力，在该质点切线方向上引起拉应力。混凝土是人工合成的抗压能力很强的脆性材料，抗压强度远小于抗拉强度，极易受到抗拉破坏。

因此，二衬混凝土拆除是利用炸药对周围一定范围的岩石压拉作用，造成岩石的破碎来拆除隧道二衬混凝土。

2 隧道二衬受力简析（说明：拆除过程不考虑初支影响）

隧道施工过程中，特别是单方向2km以上长大隧道施工，每部二衬台车施工1km已基本达到使用期限，而且长大隧道对于二衬至掌子面安全步距控制比较严格，有时为控制安全步距，单方向施工安排二部二衬台车，前一部台车确保安全步距跳段施工，后一部台车完成二衬混凝土的衔接，因此就可能出现单板独立二衬、单侧受约束二衬、双侧受约束二衬。由于隧道二衬受力为空间三维分析过程中，为使受力分析容易，也限于本人水平，将隧道二衬环向简化为一条弧线，纵向简化为矩形采用荷载——结构法进行分析，现将三种情况下二衬受力分析如下：

2.1 单板独立二衬受力简图（见图1）

2.2 单侧受约束二衬受力简图（见图2）

2.3 双侧受约束二衬受力简图（见图3）

3 二衬拆除炮眼设计

二衬混凝土采用单层钢筋，在钢筋制安过程中，单层主筋距防水板仅有保护层的距离，在二衬混凝土中没有形成骨架，对混凝土没有约束力，拆除等同于无钢筋混凝土。根据二衬混凝土内外力分析，也证明了这一点，单层钢筋的拆除可以等同于无钢筋二衬混凝土的拆除。对于双层钢筋二衬混凝土必须另作分析，双层钢筋与箍筋在混凝土中形成骨架，钢筋（主筋一般为φ22～φ25）是人工提炼的抗拉能力很强的柔性材料，钢筋混凝土是刚柔结合的复合材料，拆除难度可想而知。

因此，对于拆除无钢筋和单层钢筋的二衬混凝土与双层钢筋的二衬混凝土方案截然不同，必须根据不同的情况分别进行拆除方案的设计，有针对性的进行拆除。

4 二衬拆除炮眼装药量确定

本爆破装药设计采用ф32乳化炸药，炮眼装药量经过计算分段分节，采用小刀将其200g分成100g、50g等。装药过程中，用炮泥将其隔开，虽然装药量看似经济，但操作过程中费时、费工，实际并不适用，因此在实际施工过程中对炮眼和装药量全部进行优化处理。

为减少装药量，确保爆破效果，控制炮眼数量的，同时还得控制装药量，本爆破设计将炮眼划分为三类，分别为：掏槽眼、辅助掏槽眼、其他辅助眼。经过多次反复试验，确定实际操作装药量经经验数据如下：

纵向掏槽眼装药量（每板二衬中间2～3m范围）：400 g 即装ф32乳化炸药2节

环形掏槽眼装药量：300g 即装ф32乳化炸药1.5节

輔助掏槽眼：200g 即装ф32乳化炸药1节

其他辅助眼：200g 即装ф32乳化炸药1节

5 拆除二衬爆破材料及起爆方法

拆除二衬爆破主要材料：电雷管、毫秒延期导爆管雷管、导爆索、φ32乳化炸药、起爆线、起爆器。辅助材料：剪刀、炮棍、炮泥、电工胶带。

起爆方法：由于起爆炸药量较大、为准确控制起爆时间和延期时间，确保操作人员安全，本爆破设计采用电雷管起爆。起爆顺序严格按照起爆网络设计进行。

6 拆除特殊情况的处理措施

6.1 二衬超厚，炮眼深度不够

此种情况发生于隧道开挖超挖过多段落，二衬混凝土浇筑完成后，从外无法确认混凝土的厚度，而在钻眼过程中，现场技术人员不注重检查，按照设计图纸的厚度要求钻工进行钻眼，导致炮眼深度仅钻到混凝土实际厚度的70%-80%，爆破时仅二衬剥离外层混凝土，整个二衬拆除不下。在布眼装药位置，象掏槽一样掏出50cm深，100cm宽的纵向槽，槽背后仅10cm-15cm混凝土连接，感官上极其危险。

由于经过第一次爆破，二衬与防水板背后已经振松漏气，二次钻眼到防水板再次装药起爆，根本无法拆下二衬混凝土，而且爆破次数越多，越难拆除，越危险。最好的解决办法就是：在仰拱面垫高洞碴，使用破碎锤将拱顶连接部位打断，想办法先将拱顶拆除，只要将拱顶安全拆除，其余部分使用破碎锤拆除就容易的多。

6.2 初支背后不密实引起拆除问题

施工过程中，由于种种原因可能造成拱顶初支不密实。因此在拆除过程中，爆破能量可能将二衬背后初支炸坏，大量的爆破能量被消耗，二衬却安然无恙。此种情况通常拱顶在两边摩擦力的作用下，拆除不下来，通常做法是拆除连相邻二衬，使其自然下落。如相邻二衬不拆除，则采用破碎锤拆（同（一））。

7 二衬拆除安全措施

钻爆作业必须按照钻爆设计进行钻眼、装药、接线和引爆。钻眼前标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可钻眼；装药前应对作业场地、爆破器材堆放场地进行清理，装药人员应对准备装药的全部炮孔进行检查。每次爆破前15min，必须封闭原隧道内的交通，施工时做好工序组织，待所有人员应撤离至安全地点后，方可起爆。通往爆破区的路口应设置安全警戒标志。二衬爆破拆除后，经通风吹散炮烟，确认空气合格、等待时间超过15min后方准许作业人员进入爆破作业地点。处理盲炮前应由爆破领导人定出警戒范围，并在该区域边界设置警戒，处理盲炮是无关人员不准进入警戒区。应派有经验的爆破员处理盲炮，并由爆破工程技术人员提出方案上报有关单位主要负责人批准。应加强洞内车辆调度、统一管理，安排好各工序的施工作业时间，机械运转时，非操作人员应退至安全地点，发现情况异常应立即停机。出渣人员进入隧道后对顶板进行检查，确认无悬浮混凝土块、无危险时方可开始清理混凝土。

8 结束语

隧道二衬的爆破拆除是在扰动过的围岩中进行的，拆除过程中必须严格控制对相邻合格二衬的影响，严格控制炮眼数量、装药量、一次起爆用药量。特别注意炮孔钻眼深度控制、装药量控制、导爆索连接控制、炮眼封堵控制的关键工序的施工。制订可靠的技术安全措施和周密的施工组织计划 ，力求缩短施工时间，以减少费用及对相邻合格二衬的影响。

尽可能做到拆除一板，衬砌一板。在钻孔施工中，现场技术人员一定要随时检查钻杆掏槽炮眼的钻设角度和深度。加强隧道监控量测，在每次爆破后进行加密观测，增加观测频次，发现异常及时采取措施，确保洞内作业人员、机械设备的安全。

参考文献

[1]张成红，程永才，赵柏文，韶敏，刘向远.隧道衬砌结构内力有限元分析.

[2]隧道爆破现代技术.

[3]爆破安全规程GB6722-2003.