摘 要：以遼寧大連紅沿河核電站5#、6#機(jī)組取水隧洞盾構(gòu)區(qū)間工程為例，介紹盾構(gòu)穿越硬巖段區(qū)間（花崗巖球狀風(fēng)化體及基巖）時(shí)采用深孔松動(dòng)爆破對(duì)盾構(gòu)隧洞掘進(jìn)范圍內(nèi)的硬巖進(jìn)行松動(dòng)預(yù)處理的技術(shù)。通過該技術(shù)的采用，有效地提高了盾構(gòu)速度及盾構(gòu)效率，成功地規(guī)避了盾構(gòu)機(jī)遇硬巖盾構(gòu)姿態(tài)難以控制、盾構(gòu)硬巖易卡刀盤、刀具磨損嚴(yán)重、刀座易變形等施工風(fēng)險(xiǎn)，保證了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)安全順利的通過。該技術(shù)高效率低成本，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：取水隧洞；盾構(gòu)；硬巖段區(qū)間；深孔松動(dòng)爆破

引言

隧道盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)常常會(huì)遇到微風(fēng)化花崗巖球狀風(fēng)化體或全斷面硬巖，其掘進(jìn)速度會(huì)降低，盾構(gòu)機(jī)震動(dòng)劇烈，刀座易松動(dòng)且刀具磨損快，刀盤、螺旋機(jī)等部件損耗大，更換頻繁，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，增大施工成本，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)不可控，發(fā)生工程事故。在遼寧大連紅沿河核電站5#、6#機(jī)組取水隧洞盾構(gòu)區(qū)間施工中，針對(duì)局部硬巖及孤石侵入隧洞掘進(jìn)范圍內(nèi)的情況，通過地勘勘探，結(jié)合隧洞的埋深、高程，影響隧洞掘進(jìn)硬巖的位置、厚度、巖性及周邊環(huán)境等因素選用了地面鉆孔松動(dòng)爆破預(yù)處理技術(shù)配合盾構(gòu)掘進(jìn)的方法，即提前對(duì)盾構(gòu)區(qū)間的硬巖段進(jìn)行預(yù)處理，使其破碎塊度邊長(zhǎng)小于30cm，以利于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。該方案施工工藝簡(jiǎn)單，投入少，效率高，盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)安全可控。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

遼寧大連紅沿河核電廠5、6號(hào)機(jī)組取水隧洞工程包含盾構(gòu)法隧洞和明管段，其中5#機(jī)組取水隧洞盾構(gòu)法施工硬巖段區(qū)間有三個(gè)區(qū)域需進(jìn)行地面鉆孔爆破預(yù)處理；6#機(jī)組取水隧洞盾構(gòu)法施工硬巖段區(qū)間有五個(gè)區(qū)域需進(jìn)行地面鉆孔爆破預(yù)處理。

其中5號(hào)隧洞總長(zhǎng)度為1269.617m，有3個(gè)地面鉆孔爆破預(yù)處理區(qū)域：分別為WK0+170～WK0+312、WK0+955～WK1+048、WK1+218～WK1+234.702，共251.702m。

6號(hào)隧洞總長(zhǎng)度為1269.617m，有5個(gè)地面鉆孔爆破預(yù)處理區(qū)域：分別為L(zhǎng)K0+024～LK0+104、LK0+177～LK0+240、LK0+259～LK0+308、LK0+978～LK1+000、LK1+204～LK1+248.567，共258.567m。

在8個(gè)爆破區(qū)域中局部敷設(shè)有低壓、高壓、給排水、供暖及材料區(qū)，具體見表1。

1.2 地質(zhì)情況

5#機(jī)組取水隧洞地面鉆孔爆破預(yù)處理區(qū)域主要巖性為花崗巖，局部見片麻巖捕擄體，巖石中風(fēng)化、微風(fēng)化，巖體波速1600～3571m/s，圍巖類別主要為Ⅴ類，部分為Ⅳ類。

6#機(jī)組取水隧洞地面鉆孔爆破預(yù)處理區(qū)域主要巖性為花崗巖，局部見片麻巖捕擄體，巖石中風(fēng)化、微風(fēng)化，巖體波速1550～3600m/s，圍巖類別主要為Ⅴ類，部分為Ⅳ類。

2 施工工藝流程及注意事項(xiàng)

（1）針對(duì)已有地質(zhì)勘查資料對(duì)所爆硬巖段進(jìn)行補(bǔ)勘，繪制詳細(xì)地質(zhì)地形資料，再次確定巖層厚度、高程，制定施工方案；（2）根據(jù)方案，測(cè)量人員給孔位，布設(shè)鉆機(jī)，開始鉆孔作業(yè)；為了精準(zhǔn)控制鉆孔方向，采用矩形布孔，垂直鉆孔，有必要時(shí)用泥漿護(hù)孔或下鋼套筒；（3）成孔后按方案設(shè)計(jì)對(duì)每孔進(jìn)行裝藥工作；將2#巖石乳化藥卷捆綁于導(dǎo)爆索送入炮孔底部，導(dǎo)爆索長(zhǎng)度根據(jù)孔深不同、藥包長(zhǎng)度不同確定，高于藥包長(zhǎng)度500mm，MS8-30引爆；裝藥結(jié)束后將剩余部分炮孔全部填塞，填塞材料就地取用鉆巖巖粉；（4）炸藥裝填工作結(jié)束后對(duì)炮孔進(jìn)行網(wǎng)路連接及覆蓋防護(hù)；引爆雷管捆扎在導(dǎo)爆索長(zhǎng)于藥包500mm范圍內(nèi)，孔外用MS4-6導(dǎo)爆管雷管將MS8-30連接，排間連接用MS5-6導(dǎo)爆管雷管，單孔起爆，復(fù)式網(wǎng)絡(luò)（起爆網(wǎng)路見圖1）；覆蓋形式采用草墊-鋼絲網(wǎng)-沙袋的順序；（5）爆破施工結(jié)束后對(duì)此區(qū)域進(jìn)行巖層抽芯檢驗(yàn)，確定爆破效果；（6）爆破達(dá)到預(yù)期效果對(duì)炮孔進(jìn)行注漿，確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至此區(qū)域時(shí)上方松散土質(zhì)不會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生影響。

3 爆破計(jì)算

3.1 孔網(wǎng)參數(shù)計(jì)算

（1）5#機(jī)組取水隧洞地面鉆孔爆破預(yù)處理區(qū)域孔網(wǎng)參數(shù)：

WK0+170～WK0+312、WK0+955～WK1+048、WK1+218～WK1+234.702三個(gè)區(qū)域：

鉆孔排數(shù)bn=210排、每排鉆孔an=7個(gè)、孔徑d=90mm、鉆孔總數(shù)n=1470個(gè)、孔距a=1.0m、排距b=1.2m、超深h1=h2=h3=h5=h6=h7=0.7m、h4=1.0m。

孔深自邊孔向內(nèi)分別為L(zhǎng)1=23m、L2=24.00m、L3=24.5m、L4=25m、L5=24.5m、L6=24m、L7=23m

裝藥余高自邊孔向內(nèi)分別為l1=18.7m、l2=17.6m、l3=17.1m、l4=17m、l5=17.1m、l6=17.6m、l7=18.7m。

（2）6#機(jī)組取水隧洞地面鉆孔爆破預(yù)處理區(qū)域孔網(wǎng)參數(shù)：

LK0+024～LK0+104、LK0+177～LK0+240、LK0+259～LK0+308、LK0+978～LK1+000、LK1+204～LK1+248.567五個(gè)區(qū)域：

鉆孔排數(shù)bn=215排、每排鉆孔an=7個(gè)、孔徑d=90mm、鉆孔總數(shù)n=1505個(gè)、孔距a=1.0m、排距b=1.2m、超深h1=h2=h3=h5=h6=h7=0.7m、h4=1.0m。

孔深自邊孔向內(nèi)非別為L(zhǎng)1=23m、L2=24.00m、L3=24.5m、L4=25m、L5=24.5m、L6=24m、L7=23m

裝藥余高自邊孔向內(nèi)分別為l1=18.7m、l2=17.6m、l3=17.1m、l4=17m、l5=17.1m、l6=17.6m、l7=18.7m。

各參數(shù)詳情見圖2、圖3。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)圖

圖3 布孔斷面參數(shù)圖

3.2 單耗計(jì)算

存在地下水的地下深孔爆破炸藥單耗計(jì)算公式：

q=q1+q2+q3+q4

式中，q1為基本裝藥量，是一般陸地梯段爆破的2倍，對(duì)水下垂直鉆孔，再增加10%（普通堅(jiān)硬巖石的深孔爆破平均單耗為q1=0.5kg/m3，則水下鉆孔取1.0kg/m3，水下垂直鉆孔取1.1kg/m3）；q2為爆區(qū)上方水壓增量，q2=0.01h2，h2為水深，m；q3為爆區(qū)上覆蓋層厚度，q3=0.02h3，h3為覆蓋層厚度，m；q4為巖石膨脹增量，q4=0.03h；h為梯段高度，m。

該段工程取值為h=7m；h2平均取5m；h3取值17m。則

q=1.0+0.01*5+0.02*17+0.03*7=1.6kg/m3

3.3 爆破安全校核

（1）爆破安全距離

為了確保爆破施工安全，避免爆破對(duì)建筑物的損壞，尤其是對(duì)與爆破區(qū)域距離近的建筑物的影響，施工前必須進(jìn)行爆破安全距離的計(jì)算，施工中嚴(yán)格按照方案設(shè)計(jì)的裝藥量進(jìn)行裝藥，并按設(shè)計(jì)的安全距離設(shè)置警戒范圍。距離本工程最近的建（構(gòu)）筑物為高壓鐵塔（基礎(chǔ)6.7m*6.7m）26.55m，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定，本工程針對(duì)鋼筋混凝土基礎(chǔ)取4.5cm/s控制。

V=K（Q1/3/R）a

式中：V-地震安全速度（cm/s）；Q-單段裝藥量（kg）；K-與地質(zhì)條件有關(guān)系數(shù)；a-爆破衰減系數(shù)。

K、a屬于經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，暫按中硬巖石取值：K=150，a=1.5，在實(shí)際施工中，K、a取值也要通過爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)用回歸方法進(jìn)一步確定。根據(jù)上述數(shù)據(jù)和公式，計(jì)算本設(shè)計(jì)最大單段藥量為小于16.8kg，因此，爆破作業(yè)不會(huì)對(duì)周圍建筑物造成損壞。

（2）飛石對(duì)人員的安全距離，本工程在地下18m處進(jìn)行爆破，不會(huì)產(chǎn)生飛石危害。

4 爆破效果檢驗(yàn)

基巖處理后的爆破質(zhì)量通過地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔取芯進(jìn)行驗(yàn)證，以抽取巖芯單向長(zhǎng)度≤30cm為合格。隧洞縱向每5延米抽驗(yàn)一孔，如抽驗(yàn)區(qū)域不合格，則補(bǔ)孔進(jìn)行二次爆破。

5 地層加固注漿施工

隧洞范圍硬巖采用地面鉆孔爆破預(yù)處理施工后，爆破振動(dòng)會(huì)造成地層松散，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，因要摻加泡沫劑等潤(rùn)滑劑和保壓需要，經(jīng)爆破擾動(dòng)過地層極易出現(xiàn)泡沫劑等沿松散孔隙流失，造成污染和浪費(fèi)；同時(shí)，松散地層無法保壓。為確保安全，在爆破預(yù)處理后，對(duì)隧洞周邊松散圍巖采用注漿方式充填加固，以提高盾構(gòu)在掘進(jìn)時(shí)周邊圍巖密實(shí)度和自穩(wěn)力。

注漿漿液選擇：選用水泥-水玻璃雙液漿加固地層。

注漿加固范圍：隧洞頂部以上3m及隧洞洞身范圍，隧洞中線左右開挖輪廓線外各1m。

6 結(jié)束語

紅沿河核電站取水隧洞硬巖段地面深孔爆破預(yù)處理施工是隧洞盾構(gòu)掘進(jìn)的一項(xiàng)關(guān)鍵工序。在地層軟硬不均或球狀風(fēng)化層段采用此技術(shù)能夠較好地解決工期進(jìn)度問題，使盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)順利進(jìn)行，且有效地規(guī)避了盾構(gòu)姿態(tài)失控的施工風(fēng)險(xiǎn)，并間接延長(zhǎng)盾構(gòu)機(jī)使用壽命。

從安全風(fēng)險(xiǎn)、工期和經(jīng)濟(jì)性考慮，在高強(qiáng)度軟硬不均地層且長(zhǎng)距離的隧道中或孤石地層及大直徑卵礫石地層中，采用地面深孔爆破預(yù)處理技術(shù)是可行的，且具有顯著的安全、效率與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。該方法可在后續(xù)同類工程施工中廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張恒，陳壽根，譚信榮，等.盾構(gòu)掘進(jìn)孤石處理技術(shù)研究[J].施工技術(shù)，2011（19）：85-88.

[2]孫謀，譚忠盛.盾構(gòu)法修建水下隧道的關(guān)鍵技術(shù)問題[J].中國(guó)工程科學(xué)，2009（7）：20-25.

[3]李茂文，劉建國(guó)，韓雪峰，等.長(zhǎng)距離硬巖地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].隧道建設(shè)，2009，29（4）：100-104.

[4]楊書江.盾構(gòu)在硬巖及軟硬不均地層施工技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2007.

[5]竺維彬，黃威然，孟慶彪，等.盾構(gòu)工程孤石及基巖侵入體爆破技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011（5）：12-17.

[6]林宗元.巖土工程治理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005：20-21.