渝黔铁路梯子岩隧道台阶法施工爆破技术研究

支国存

(中铁三局集团有限公司, 山西太原 030001)



渝黔铁路梯子岩隧道台阶法施工爆破技术研究

支国存

(中铁三局集团有限公司, 山西太原 030001)

【摘要】梯子岩隧道是新建渝黔铁路的重要控制性工程，隧址区地质条件复杂。该隧道能否顺利安全施工，关系到渝黔铁路的如期竣工通车。文章在详细分析隧址区工程地质条件的基础上，研究总结该隧道台阶法施工的爆破技术，提出针对梯子岩隧道不同围岩性质的光面爆破参数，包括周边眼间距、周边眼抵抗线、炮孔深度、相对距离和装药集中度等。根据该隧道的实际情况，文章提出爆破施工放线布眼时要考虑预留下沉量，为了严格控制超欠挖，提出正确的炮眼位置和开挖周边轮廓线。

【关键词】隧道;台阶法施工;爆破参数

渝黔铁路为国家Ⅰ级双线铁路，速度目标值为200km/h。梯子岩隧道位于遵义市三合镇，隧道起讫里程DK259+358～DK261+276，全长1 918m，隧道按旅客列车设计行车速度200km/h客货共线铁路双线隧道。目前，国内外学者对隧道爆破技术的研究多集中于岩体爆破振动临界速度及其对邻近建筑物的稳定性影响方面[ 1-3]，但关于隧道台阶法施工中爆破参数的系统介绍及施工措施方面的报道文献较少。本文结合新建渝黔铁路梯子岩隧道工程地质条件，研究铁路隧道台阶法施工爆破参数及相关施工技术。

1隧道工程地质条件

隧道区内地质构造复杂，褶皱和断层发育，山体槽沟内主要为(Q4dl+el)粉质黏土、红黏土；斜坡覆盖层为残积(Q4dl+el)粉质黏土、红黏土；基岩为三叠系下统夜郎组三段(T1y3)泥岩夹灰岩；三叠系下统夜郎组二段(T1y2)灰岩；三叠系下统夜郎组一段(T1y1)页岩夹灰岩及三叠系下统茅草铺组(T1m)灰岩。

地质构造方面，DK260+432处为背斜核部，轴向320°；隧道进出口处各发育两组节理。进口处：J1组节理走向312～318°W，倾向NE，倾角80～82°，节理间距0.1～0.2m，闭合状，延伸长度1～1.2m；J2组节理走向35～45°E，倾向NW，倾角80～85°，节理间距0.2～0.3m，闭合状，延伸长度1.5～2.0m。出口处：J3组节理走向32～75°E，倾向SE，倾角65～75°，节理间距1.5～2.0m，开度2～5mm，有溶蚀现象，局部少量泥质填充，延伸长度2～3m；J4组节理走向340～355°W，倾向NE，倾角70～78°，节理间距1.0～1.5m，开度5～10mm，有溶蚀现象，局部少量泥质填充，延伸长度3～5m。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)和《渝黔线工程场地地震安全性评估报告》，隧址区地震动反应谱特征周期0.35s，地震动峰值加速度小于0.05 g。相应地震基本烈度小于Ⅵ度。

地下水方面，隧道处于岩溶水垂直渗入带，地下水富水中等。隧道DK259+960右侧约50m处发育一落水洞，为地下暗河进口，高程约823～828m，位于隧道路肩附近，雨季时雨水从落水洞汇入，流向东北方向的乌江，对隧道施工影响较大。隧道开挖可能遇到地下发育、分布的各种规模岩溶、溶蚀现象等，具涌水、突水的可能。

不良地质方面，DK259+379～DK259+900段为可溶性围岩，洞身右侧顺层偏压，且地表有民房，隧道拱顶距地面约23m。洞顶存在串珠状空溶洞。施工中易发生落石掉块，造成坍方。DK261+217～DK261+276段有地质顺层，DK261+242～DK261+266明洞段有地质断层。边坡开挖和明洞开挖时易发生顺层滑坡、坍方。

2台阶法施工爆破参数

2.1爆破参数选择

根据现场围岩的实际情况，精心进行爆破设计，每次爆破后分析比较，及时修正钻爆参数，提高爆破效果；周边眼使用小直径光爆药卷，在隧道底部两隅脚附近，周边眼的装药量要适当增大加密布眼。放线布眼时要考虑预留下沉量，并正确标出炮眼位置和开挖周边轮廓线，严格控制超欠挖。爆破参数如表1和表2所示。炮眼深度应为1.0～4.0m，炮眼直径40～50mm，药卷直径20～25mm。当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值。周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。软岩在取较小E值时，W值应适当增大。对于软岩E/W应取小值，硬岩取大值。根据工程地质条件，本隧道炸药应采用2号岩石硝铵炸药。

表1　光面爆破参数

表2 　预裂爆破参数

施工过程中，周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5～10cm。底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破，Ⅱ级围岩段的中心水沟应与隧底光爆层同时爆破成形。辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴需要。周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。炸药可选用岩石硝铵炸药和乳化炸药。为预防和纠正措施、减少超欠挖，应采用五寸台阶法对开挖断面进行检查。下台阶开挖尽量单侧落底，避免两侧拱脚同时悬空，落底长度为1～3m。开挖出渣后立即喷射混凝土封闭围岩，然后施作锚杆、钢拱架支撑挂网，经分层喷射混凝土直至设计厚度。具体爆破参数如图1所示。

图1　梯子岩隧道爆破参数

2.2软岩爆破施工措施

2.2.1系统措施

软质岩的IV、V级围岩段开挖施工应采取如下系统措施：上台阶每循环开挖支护进尺V级围岩段不得大于1榀钢架间距、IV级围岩段不得大于2榀钢架间距；边墙每循环开挖进尺不得大于2榀钢架间距；仰拱开挖前必须完成锁脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于3m；隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环，位于岩溶溶蚀破碎带、岩溶充填物等软弱基础段须进行基底探查、处理、初期支护封闭前预留基底探查、处理条件(如预留钻孔孔位等),在未确定处理方案前，不能施作隧底结构；围岩封闭位置距掌子面距离不得大于35m。

2.2.2超前小导管施工措施

软质岩的IV、V级围岩爆破前应采用超前小导管进行预加固。小导管采用φ42×4mm的无缝钢管，单根长4.5m，前部钻注浆孔，孔径6～8mm，孔间距20～30mm，梅花型布

置，前段加工呈锥形，尾部不小于100cm不钻孔作止浆段。用风钻或钻机按设计长度和间距钻孔，并用吹管将砂石吹出。小导管配合型钢钢架或格栅钢架使用，纵向搭接长度不小于1m。

小环向管距IV级围岩50cm，V级围岩40cm；纵向间距3.0～3.2m，搭接不小于1m。小导管外插角10～12°。小导管设置范围为拱部120°。注浆材料采用水泥浆或水泥砂浆，注浆压力为0.5～1.0MPa。单孔注浆结束标准应满足注浆压力逐渐升高，当达到设计终压并稳定10min；注浆量不小于设计注浆量的80%；进浆速度小于开始进浆速度的1/4。注浆采用注浆泵施作，注浆口最高压力严格控制在0.5～1.0MPa以内，以防压裂工作面。导管浆液总进量控制在30L/min以内。每根导管内注浆量根据现场围岩情况计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到要求时结束注浆。小导管参数如图2所示。

图2　小导管施工参数

3结论

渝黔铁路梯子岩隧道隧址区工程地质条件复杂，宜采用台阶法施工，该工法爆破过程中应根据围岩级别采用合适的爆破参数，炮眼深度应为1.0～4.0m，炮眼直径40～50mm，药卷直径20～25mm。当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距应取较小值。

软岩区段应采用超前小导管进行围岩的预加固，以顺利实施爆破施工，小导管纵向间距3.0～3.2m，搭接不小于1m。小导管外插角10～12°。小导管设置范围为拱部120°。注浆材料采用水泥浆或水泥砂浆，注浆采用注浆泵施作，注浆口最高压力严格控制在0.5～1.0MPa以内，以防压裂工作面。导管浆液总进量控制在30L/min以内。

参考文献

[1]傅洪贤,赵勇,谢晋水,等.爆破施工隧道围岩稳定性研究[J].中国铁道科学,2011,32(2):67-70.

[2]傅洪贤,赵勇,谢晋水,等.隧道爆破近区爆破振动测试研究[J].岩石力学与工程学报, 2011 , 30 (2):335-340.

[3]钱耀峰,王星华.爆破施工对邻近隧道安全的影响[J].北京交通大学学报,2014,38(4):90-96.

【中图分类号】U455.49

【文献标志码】B

[定稿日期]2016-01-03