浅埋输水隧洞穿越高速公路施工技术

周 哲

沈阳市交通运输事务服务与行政执法中心 辽宁 沈阳 110000

1 概况

某大型输水工程施工过程中输水隧洞需穿越高速公路,隧洞断面为平底马蹄形,成洞洞径为7.28m。线路与公路夹角51°。根据《中华人民共和国公路保护条例》的规定,高速公路用地外缘起控制区范围的限值不得小于30 m,确定穿越长度125m。

该处隧洞穿越段地质条件极差,该段属软弱围岩浅埋段,穿越结构物多。隧洞埋深在10.8～15.8m,其中凝灰质砂岩、凝灰岩层厚度为2.9～8.5m,围岩破碎,地下水丰富,全部为Ⅴ类围岩。隧洞施工时控制隧洞变形、坍塌、地表沉降,确保地表公路运营安全是该段施工的重点和难点。

2 工程总体施工方案

隧洞采用Φ42小导管超前支护,小导管间距0.3m。隧洞开挖采用台阶分步法开挖,开挖的循环进尺0.6m。初期支护采用型钢钢架HW150,间距0.6m；锚杆采用25L4000＠1000×1000,钢筋网采用φ8＠150×150,喷射混凝土C30厚度250mm。二次衬砌为钢筋混凝土结构,混凝土衬砌采用C35厚0.7m,分缝长度为12m,缝间止水采用高性能橡胶止水带。

根据地勘资料,施工时严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工。采用减震控制爆破技术,穿越段施工采用微台阶法,台阶长度控制在3～5m,采用YT28气腿凿岩机钻孔,光面爆破,下台阶左右错开接长钢架,随后进行初期支护施工。垫层紧跟下台阶施作,采用栈桥法施工,及早对初期支护进行封闭成环。出碴采用无轨运输,采用湿喷工艺施工,施工通风采用压入式通风方案；施工排水采用自然排水与定点抽排结合的方案。

3 爆破技术控制要点

此段特殊隧洞的爆破施工必须在确保高质量的隧洞开挖断面和进尺的同时,将爆破震动控制在尽可能小,以保证爆破对自身、地表既有道路、地表建(构)筑物的安全。

3.1 钻爆参数的确定

(1)爆破试验。根据《爆破安全规程》(GB6722－2003)对建构筑物质点振动速度的控制标准,根据萨道夫斯基控制爆破震动速度公式反推确定最大允许起爆药量(齐发爆破时为爆破总药量,微差爆破为最大一段装药量),经爆破试验计算,控制最大一段药量在0.54kg以内,爆破振动不会对距爆区10.8m以外的建筑物或设施造成危害；最大一段药量在6.75kg以内可确保25m以外的建筑物安全；最大一段药量在27.65kg以内可确保50m以外的建筑物安全。控制最大一段药量在6.08kg以内,爆破振动不会对距爆区10.8m以外的公路设施造成危害；控制最大一段药量在16.30kg以内,爆破振动不会对距爆区15m以外的公路设施造成危害。

(2)掏槽方式。采用楔形掏槽,根据实际进尺长度控制倾角大小。

(3)装药结构及堵塞方式。辅助眼、内圈眼、底板眼采用连续装药结构,周边眼采用小直径药卷间隔装药。所有装药炮眼均采用炮泥堵塞,堵塞长度不小于30cm。

3.2 钻爆作业施工工艺流程 钻爆作业施工工艺流程：测量放线→钻孔→清孔装药→联网爆破→欠挖处理

其中,掏槽孔孔口和孔底的间距误差不大于5cm,辅助孔孔口的排距和行距误差不大于5cm,如采用人工钻孔的周边孔沿隧洞设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm,外斜率不得大于规定5cm/m,孔底不超出开挖断面轮廓线10cm,内圈炮孔至周边孔的排距误差不得大于5cm,并与周边孔采用相同的斜率。

3.3 爆破设计优化 每次爆破后检查爆破效果,分析原因及时修正爆破参数,提高爆破效果,改善技术经济指标。根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况,修正眼距,用药量,特别是周边眼；根据爆破后石渣的块度修正参数。石渣块度小,说明辅助眼布置偏密；块度大说明炮眼偏少,用药量过大。根据爆破振速监测,调整单段起爆炸药量及雷管段数；根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度,眼底基本上落在同一断面上。

3.4 减震爆破控制 施工过程中采用综合减震措施,降低振动速度,减小对地表建筑物的震动影响。

⑴由于采用上下台阶法施工,上台阶进行短进尺控制,台阶长度控制在3～5m,进行微台阶开挖,爆破顺序依次是上、下台阶。下台阶采取左右分部交替爆破开挖方式进行施工,尽量减少单次起爆量。

⑵上台阶爆破时,采用双掏槽型式,增加两排掏槽眼,并减少掏槽眼单孔装药量,最大限度的削弱掏槽爆破产生的震动,以减轻对地表房屋产生的爆破影响。掏槽形式采用双掏槽、合理布置掏槽孔位,能够起到控制爆破震动的作用。

⑶光面爆破周边眼间距40cm,眼深0.6～0.8m,装药集中度控制在0.2kg/m,采用半片药卷＋竹片＋导爆索空气间隔装药的结构。

3.5 减震爆破注意事项

A.选择合理的雷管起爆时差。设计爆破网络为孔内微差,孔外同段的非电微差起爆技术。导爆管一般跳段使用,使段间间隔时间大于50ms,防止地震波相叠加而产生较大的震动。

B.选择合理的钻爆参数。根据开挖断面的大小、部位、工程地质情况、周边环境条件等,选择合理的炮眼深度、间距、装药量、起爆顺序等钻爆参数,炮眼采用线形布孔、线形起爆,注意提高装药质量和炮口堵塞质量,达到减震、提效的预期目的。

C.地表爆破震动量大时,可沿轮廓线周边或断面上部设置深约15m的Φ100mm减振孔,间距40～60cm。

4 结语

通过爆破震动监测,沿爆破区域径向或环向布置1条测线,测点放置在地表房屋基础上。爆破即将开始时,启动检波器、测震仪,数据记录后进行分析处理。采用萨道夫斯基公式及一元回归分析法所测的数据进行回归分析,得到与介质、地形有关的系数K、a,从而可得到质点振速的衰减规律,然后再根据建筑物允许最大震动速度、爆心距R,由公式反算出单段最大装药量Q,优化爆破设计参数。爆破震动监测结果表明,监测数据均在预计范围值内。