羅亨文，覃宗華

(1.貴州高速公路開發(fā)總公司;2.中交第二航務(wù)工程局有限公司)

1 工程概況

(1)壩陵河特大橋西錨碇是目前世界最大的隧道錨。隧洞總軸線長(zhǎng)度為74.34m，其中前錨室軸線長(zhǎng)度31.34m，錨塞體軸線長(zhǎng)度40.0m，后錨室軸線長(zhǎng)度3.0m。隧洞口單洞斷面尺寸為10m×10.8m，拱頂半徑5m;洞底單洞斷面尺寸為21m×25m，拱頂半徑10.5m。

(2)錨洞的斜度為世界第一:其前錨室主纜中心線的水平角 45°。

(3)橋頭位區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、溶蝕中低山峽谷地貌。基巖裸露，弱風(fēng)化的泥晶灰?guī)r和白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r均直接出露于地表，包氣帶巖溶發(fā)育，且?guī)r溶形態(tài)多為溶槽、溶縫、充填型或空溶洞。

(4)兩個(gè)隧道錨之間的距離較小，左右隧洞最小凈距7.0m。錨洞上方幾十米范圍內(nèi)為關(guān)嶺一號(hào)連拱隧道，在錨洞上方與公路隧道之間的巖體，其群洞效應(yīng)非常明顯。

2 錨洞開挖爆破控制技術(shù)

2.1 前錨室爆破控制實(shí)施方案

前錨室長(zhǎng)31.34m，斷面尺寸10m×10.8m、頂拱半徑5m，斷面尺寸變化小。

(1)最大循環(huán)進(jìn)尺:上臺(tái)階 1.2m/炮;下臺(tái)階1.2m/炮。

(2)臺(tái)階長(zhǎng)度劃分:上臺(tái)階5m(半圓部分)、下臺(tái)階5.8m。

(3)爆破器材選型。根據(jù)隧道所穿越圍巖的堅(jiān)固性系數(shù)f以及巖石縱波波速等，選用威力適中、匹配性好、防水性能好的2#巖石乳化炸藥，雷管則選用國(guó)產(chǎn)Ⅱ系列非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管。

(4)掏槽方式選型。隧道爆破開挖的關(guān)鍵是掏槽，掏槽質(zhì)量與否不僅直接影響爆破效果，而且亦直接影響隧道掘進(jìn)的進(jìn)度。同時(shí)，隧道開挖爆破震動(dòng)實(shí)測(cè)表明:一般條件下掏槽爆破的震動(dòng)速度最大，為此控制掏槽爆破的震動(dòng)，對(duì)確保新開挖的相鄰錨洞的穩(wěn)定非常重要?？紤]施工的方便該錨室上臺(tái)階的掏槽采用直眼掏槽，中、下臺(tái)階不需要進(jìn)行掏槽。

(5)炮孔布置及孔網(wǎng)參數(shù)。根據(jù)臺(tái)階不同而采用不同的炮孔布置及網(wǎng)孔參數(shù)。

前錨室上臺(tái)階、下臺(tái)階鉆爆開挖的炮孔布置及起爆順序見圖1所示，孔網(wǎng)參數(shù)如表1所示。

圖1 前錨室上、下臺(tái)階炮孔布置及起爆順序示意圖

表1 前錨室上臺(tái)階、下臺(tái)階鉆孔、裝藥參數(shù)表

續(xù)表1

(6)周邊眼的光面爆破技術(shù)。對(duì)于穩(wěn)定性、整體性較好的圍巖，周邊眼與其它炮孔一樣，布置在同一里程斷面上，只需合理布置周邊眼、周邊眼距內(nèi)圈眼間距以及內(nèi)圈眼、周邊眼起爆時(shí)差即能較容易地實(shí)現(xiàn)光面爆破。對(duì)于節(jié)理發(fā)育、裂隙密集的圍巖，可以采用預(yù)留光爆層光面爆破技術(shù)，也就是每一循環(huán)均將該循環(huán)同里程處的側(cè)墻光爆層留出，在下一循環(huán)中實(shí)施爆破，預(yù)留光爆層隨掌子面向前推進(jìn)而推進(jìn)，該方法的優(yōu)點(diǎn)是較易獲得良好的光爆效果，有利于減輕爆破地震動(dòng)效應(yīng)。

(7)鉆爆綜合技術(shù)參數(shù)。上臺(tái)階:開挖斷面39m2，預(yù)計(jì)進(jìn)尺1.5m，爆破石方達(dá)58.5m3，炮眼總數(shù)為80，雷管用數(shù)80，炸藥總量為58.12kg，炸藥單耗 0.99kg/m3;

下臺(tái)階:開挖斷面58m2，預(yù)計(jì)進(jìn)尺1.5m，爆破石方達(dá)87m3，炮眼總數(shù)為71，雷管用數(shù) 71，炸藥總量為31.24kg，炸藥單耗 0.36kg/m3。

(8)裝藥結(jié)構(gòu)。各臺(tái)階爆破除周邊孔采用空氣柱間隔裝藥外，其余各炮孔均采用孔底大藥卷連續(xù)裝藥，并將雷管置于孔底倒數(shù)第二節(jié)藥卷上，進(jìn)行反向起爆。

(9)爆破起爆網(wǎng)絡(luò)。各段毫秒微差雷管導(dǎo)爆管集束于掌子面中央懸掛，用火雷管+導(dǎo)火索引爆(或采用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò))?？變?nèi)微差低段雷管一般跳段使用，使各相鄰段間隔時(shí)間大于50 ms，以改善爆破效果和防止地震波疊加而產(chǎn)生較大的震動(dòng)。另外，為了確保周邊眼同時(shí)起爆，保證光爆效果，將各孔內(nèi)的導(dǎo)爆索延長(zhǎng)至孔外，用一根長(zhǎng)主干導(dǎo)爆索順拱部周邊眼進(jìn)行串聯(lián)，讓每周邊眼孔內(nèi)有二套獨(dú)立的起爆系統(tǒng)，確保同時(shí)準(zhǔn)爆。

(10)綜合控制爆破技術(shù)措施。為了確保鉆爆施工所產(chǎn)生的地震效應(yīng)不影響新開挖錨洞隧道的安全，施工初期進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)開展圍巖松馳圈范圍監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)，控制藥量，減輕爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)深度。

2.2 錨塞體室及后錨室爆破控制實(shí)施方案

錨塞體室軸線長(zhǎng)度40.0m，從口部到底部斷面尺寸變化較大，由于斷面面積較大，為了確保相鄰隧道的安全，將中、下臺(tái)階分為左右二部進(jìn)行。上臺(tái)階與中臺(tái)階左部同時(shí)進(jìn)行爆破;掌子面石碴清理完畢后，再進(jìn)行中臺(tái)階右部與下臺(tái)階左部同時(shí)進(jìn)行連線爆破;掌子面石碴清理完畢后，最后進(jìn)行上臺(tái)階與下臺(tái)階右部同時(shí)進(jìn)行連線爆破，完成一個(gè)全斷面爆破掘進(jìn)的工作循環(huán)。同樣，為了防止爆破時(shí)爆破地震波相疊加，將選擇合適段號(hào)的連結(jié)雷管，確保爆破震波降至最低。

錨塞體室及后錨室的爆破參數(shù)設(shè)計(jì)原則與前錨室基本一致，爆破施工的最大循環(huán)進(jìn)尺、臺(tái)階長(zhǎng)度、爆破器材、掏槽方式、炮孔布置及孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、光面爆破等相關(guān)爆破參數(shù)參考前錨室，局部爆破參數(shù)在實(shí)施過程中根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

錨塞體中、下臺(tái)階鉆爆開挖時(shí)，為了減輕爆破震動(dòng)，中、下臺(tái)階可以分為左右側(cè)兩部分爆破。

2.3 爆破震動(dòng)安全校核

為確保隧道錨洞室在爆破施工中的結(jié)構(gòu)安全，本爆破設(shè)計(jì)完成后根據(jù)錨碇洞室圍巖特性及國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行爆破震動(dòng)安全校核。

爆破震動(dòng)的安全判據(jù)可以采用振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度、應(yīng)力應(yīng)變幅值等進(jìn)行判定。以振動(dòng)速度作為隧道洞室開挖爆破振動(dòng)判別的指標(biāo)，基本上取得了共識(shí)，為此，多數(shù)國(guó)家對(duì)不同建筑物制定了以臨界振動(dòng)速度值作為爆破安全的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，可以用巖石抗拉強(qiáng)度反求臨界振動(dòng)速度V。

式中 :σt為巖石抗拉強(qiáng)度，MPa;E為彈性模量，MPa;C為彈性波傳播速度，m/s。

關(guān)于爆破震動(dòng)速度可以按照根據(jù)薩道夫斯基公式進(jìn)行估算

式中:Qm為最大一次齊爆藥量，kg;R為爆心至測(cè)點(diǎn)的距離，m;Vkp為允許的質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度(cm.s-1);K為與地質(zhì)條件、爆破方式、爆破條件有關(guān)的系數(shù)，中等硬度巖石K=150～250;α為與傳播途徑、距離、地質(zhì)和地形等有關(guān)的衰減系數(shù)，α=1.3～2.0。

在不同爆破條件下，K、α值相差很大，估算值的準(zhǔn)確性一般較差，因此在爆破施工的初始階段，一般先借鑒類似工程和工程經(jīng)驗(yàn)確定K、α的初始值，然后進(jìn)行小藥量的試爆，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，回歸出現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件下的K、α值，以確保計(jì)算的爆破振動(dòng)速度值的準(zhǔn)確。

所以，在本隧道錨洞實(shí)際開挖爆破研究時(shí)，借鑒了與本工程同標(biāo)高且只相距兩公里的連拱隧道實(shí)際爆破相關(guān)參數(shù)，并按公式(1)進(jìn)行計(jì)算分析，得到了如下幾點(diǎn)小結(jié)。

(1)按照該方案進(jìn)行爆破開挖時(shí)，K取150，α取1.7，可計(jì)算出錨碇洞室內(nèi)的震動(dòng)速度均小于7cm/s，最大質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度為5.76cm/s;

(2)為了確保安全，在前錨室開挖過程中進(jìn)行爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)確定該地質(zhì)條件下的相關(guān)系數(shù)，為錨塞體室和后錨室開挖提供依據(jù);

(3)各錨室開挖中藥量最大一段均為底板眼，由于底板眼最后起爆，且上部已經(jīng)形成臨空面，因此實(shí)際震動(dòng)速度值要小于計(jì)算值，但為了確保安全，可以在前期爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，如震動(dòng)速度仍然超過允許值，可將錨塞體后部的底板眼分多段起爆，同樣不影響爆破效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在大斷面、小間距、陡傾角及復(fù)雜地質(zhì)條件下的壩陵河大橋隧道錨洞室施工爆破過程中，對(duì)洞室不同斷面進(jìn)行不同的鉆爆設(shè)計(jì)，包括前錨室、錨塞體室和后錨室三部分的鉆爆設(shè)計(jì)。同時(shí)施工過程中應(yīng)用了工程類比法和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法相結(jié)合及信息反饋方法選擇最佳爆破參數(shù)。壩陵河大橋隧道錨洞室施工爆破關(guān)鍵技術(shù)的成功應(yīng)用，為洞室輪廓尺寸的成型、施工安全、施工效率等關(guān)鍵作用，這將為我們今后的類似工程施工提供了參考實(shí)例。

[1] 壩陵河大橋西岸隧道錨施工設(shè)計(jì)圖.北京:中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2005.

[2] 壩陵河大橋西岸隧道錨施工爆破設(shè)計(jì).武漢:中交第二航務(wù)工程局有限公司，2005.

[3] 黃成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.

[4] 王夢(mèng)恕.淺埋隧道暗挖法設(shè)計(jì)——施工問題新探[J].隧道建設(shè)，1992，(2).

[5] 齊景獄.隧道現(xiàn)代爆破技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，1995.

[6] 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTJ042-94)[S].