周國亮

南寧玉象隧道設計為4座并排的機動車與非機動車分離隧道，隧道凈距較小，跨徑較大，施工極具難度。文章針對該隧道設計參數(shù)及地質情況，合理地調(diào)整原開挖方案與施工參數(shù)，并針對開挖斷面，設計出詳細的爆破方案及參數(shù)。

隧道;施工技術;爆破

U455.6-A-34-116-4

0?引言

南寧玉象隧道設計為4座并排的機動車與非機動車分離隧道，隧道凈距較小，跨徑較大，施工極具難度。隧道圍巖為V級，且圍巖極為破碎，隧道線位還穿越斷層帶。本文結合該隧道開挖工程實例，介紹爆破方案及參數(shù)。

1?工程概況

1.1?工程簡介

廣西南寧五象新區(qū)玉象路二期工程是連接五象大道與明輝路的一條南北向的城市主干路，位于南寧市五象新區(qū)邕江以南。項目路線設計全長2 984 m，設計速度為50 km/h，道路紅線寬48 m，雙向八車道。本項目包括道路部分和隧道部分，其中道路樁號為K2+400～K3+212.642，隧道分為機動車隧道和非機動車隧道，均為左右洞布置、上下行分離設計，形成由4個并行排列的小凈距隧道組成的隧道群。隧道全長1 945 m，其中，機動車隧道左線起點樁號為K2+400，終點樁號為K2+840，全長440 m，機動車隧道右線起點樁號為K2+340，終點樁號為K2+820，全長480 m;非機動車隧道左線起點樁號為K2+395，終點樁號為K2+880，全長485 m，非機動車隧道右線起點樁號為K2+320，終點樁號為K2+860，全長540 m。4座并排隧道中，機動車隧道與非機動車隧道的最小凈距為18 m，隧道單洞最大開挖跨徑達到15 m高、21.5 m寬，是我國目前開挖跨徑最大的市政道路隧道。

1.2?工程地質情況

根據(jù)地勘報告判定，玉象隧道圍巖級別為Ⅴ級，整體穿越一構造斷層，詳細圍巖描述見表1。斷層總體較為平直，發(fā)育有片狀及透鏡體狀構造角礫巖。鉆孔揭露為構造破碎，石英等巖脈較發(fā)育，少量漏水，揭露演示易破碎，采取率低，裂隙面多見鐵錳質結核物，破碎帶寬度為3～6 m，斷層與隧道呈斜交，整體穩(wěn)定，局部易掉塊，滲水中等。此破碎帶距全風化層和強風化層較近，整體地層為破碎粉砂巖層，存在整體涌水及掌子面坍塌的可能性。

2?開挖方案

本工程隧道屬大斷面隧道，該型隧道采用復合式襯砌，主隧道交匯由小凈距隧道和大斷面隧道組成。施工時涉及多種斷面形式同時施工，包括先期開挖，利用上臺階開挖面作為導洞，橫向擴挖大跨度斷面，之后大跨度斷面縱向開挖，經(jīng)由大斷面過渡段最后與標準主體隧道順接。期間需分別對大跨度斷面范圍內(nèi)的各類型支護分別進行襯砌，并將其余部位進行填充[1]。施工內(nèi)容繁多，且本工程施工進度安排較為緊密，對工序銜接要求較高。經(jīng)多方研究，其施工工藝如下：

（1）大跨段采用上下臺階法施工，待施工進入大跨段大斷面施工范圍內(nèi)，首先利用上臺階作為超前導洞，導洞進尺約5 m，并施作臨時噴錨支護。大斷面超前導洞開挖如圖1所示。

（2）超前導洞進尺達到5 m后，開始對大斷面進行橫向擴挖，擴挖順序如圖2所示。每步擴挖完成后及時施作初期支護，橫向擴挖段總進尺約5 m。

（3）對于本項目開挖跨度>22 m的隧道，在橫向擴挖完成后，采用大斷面雙側壁導坑法施工，開挖順序見圖3。

（4）對于本項目開挖跨度≤22 m的隧道，縱向開挖初支完成后，采用常規(guī)大斷面漸變段施工開挖工藝，開挖順序見圖4。

3?爆破施工方案

3.1?爆破方案選擇

本隧道工程為典型的V級圍巖隧道，根據(jù)本地區(qū)同類項目經(jīng)驗，采用光面爆破方式進行。

3.2?爆破開挖工藝

大量的工程實踐證明，隧道光面爆破質量是否良好，與隧道開挖時超挖和挖底的大小及實際施工精度密切相關。而作為主要控制因素的鉆眼精度，需要根據(jù)實際施工條件及質量要求進行現(xiàn)場判定[2]。與此同時，隧道橫斷面輪廓線放樣誤差應盡量縮小，一般≤±2 cm。周圍的開挖臺階斜度務必要嚴格控制，通常其坡腳應落在開挖弧面內(nèi)，并可根據(jù)需要調(diào)整周圍的巖石情況。每環(huán)斜度的間距誤差≤5 cm，斜率≤3 cm/m。主要的控制參數(shù)如下：

（1）裝藥濃度。減少炮眼周圍的裝藥濃度，這有助于減少沖擊巖體中爆破的過程。

（2）解耦系數(shù)。對解耦系數(shù)的合理選擇會產(chǎn)生爆炸應力波浪引起空氣沖擊。當它作用于眼壁時，沖擊力會大大減輕，這是有助于巖石破碎的重要方法。

3.3?爆破器材選擇

根據(jù)施工中常用爆破器材，選用以下爆炸物品作為本隧道施工的爆破器材。爆破器材名稱、規(guī)格、用途如下：

（1）導爆管：塑料導爆管，起爆。

（2）雷管：1～15段非電毫秒雷管，掘進和傳爆。

（3）炸藥：乳化炸藥，爆速為3 800～4 000 m/s，32 mm，掘進。

3.4?循環(huán)進尺和炮孔數(shù)目

（1）循環(huán)進尺

根據(jù)以下公式計算：

L=l?0/（t×Nm×Ns×∫）=l/∫（1）

其中：L——炮孔深度（m）;

l?0——隧道掘進全長（m）;

t——每月的有效工作日，取25 d;

Nm——完成掘進的月數(shù)，取20個月;

Ns——每天工作的臺班數(shù)，結合掘進施工工藝，取≤3臺班;

∫——炮孔利用率，取95%;

l——每循環(huán)計劃進尺（m）。

根據(jù)玉象隧道實際情況計算可得：L=2.1 m。

考慮圍巖類別情況，選擇V類圍巖循環(huán)進尺為2 m。

（2）炮孔數(shù)目

根據(jù)公式：N=3.3×（fS2）1/3（2）

其中：N——炮孔數(shù)目（個）;

f——普氏系數(shù);

S——隧道斷面積（m2）。

通過該公式計算炮孔數(shù)目后適當調(diào)整，確定斷面的炮孔數(shù)量。

4?爆破控制及注意事項

4.1?乳化炸藥

本次爆破采用SC乳化炸藥，其是一種泵送散裝乳化炸藥，呈不透明流體狀，其黏度與不稠的潤滑脂或重油類似[3]。通過將非起爆的乳化基質與氣化溶液混合形成抗水炸藥后輸送進炮孔，這種獨特的乳化結構使其具備良好的抗水性。SC乳化炸藥相關設計參數(shù)見表2。

SC乳化炸藥優(yōu)點主要有以下幾點：（1）成品炸藥的密度可以根據(jù)爆破設計需要而調(diào)整;（2）泵送的乳化炸藥可以減少產(chǎn)品的溢出，且此炸藥不溶于水，具有優(yōu)良的耐水性能，能夠極大地降低其對環(huán)境的污染;（3）此炸藥可以采用完全耦合裝藥模式，極大地加強了爆破效果;（4）SC泵送炸藥運輸及安裝手段能夠極大降低現(xiàn)場炸藥存量，保證安全，同時還能提高裝藥速度并降低炮煙量，明顯改進作業(yè)循環(huán)效率。

4.2?爆破控制

根據(jù)大量科學研究，粒子振動速度與巖石材料的裝藥、爆炸源距離及相關參數(shù)密切相關。因此，上述幾個影響因素可以解決爆破震動的控制效果，具體控制因素參照《爆破手冊》[4]。

在控制費用方面，可以采取以下措施進行爆破控制：

（1）限制起爆段的炸藥用量，能有效降低震動強度，營造可控的爆破條件。

（2）實踐證明，總炸藥相同條件下的同步爆破時，微差爆破的震動速度比常規(guī)爆破低30%～60%。每次起爆之間的延遲時間間隔應滿足減震主墻的要求，因而每次爆破所造成的影響范圍都是不重疊的。在滿足爆破效果的前提下，減震性較好時，則是最佳的間隔時間。

4.3?注意事項

（1）乳化炸藥爆后炮煙少的特點使得該炸藥適合于隧道的爆破作業(yè)，操作員必須在確保有足夠的通風之后才能再次進入爆破現(xiàn)場。

（2）乳化炸藥對于正常操作情況下以外的沖擊、摩擦或者機械撞擊都不敏感，但巨大的沖擊或者過度加熱，特別是封閉條件下，也有可能導致炸藥爆炸，因而運輸及移動炸藥應相當注意。

（3）炸藥的最大預裝藥時間是7 d，預裝藥時間取決于炮孔直徑，炸藥密度和炮孔中水質的影響，起爆系統(tǒng)及掘進方式等因素。如果現(xiàn)場有特殊的施工要求，需與炸藥生產(chǎn)商進行技術對接。

（4）炸藥最適用的現(xiàn)場溫度為0 ℃～55 ℃，如果隧道內(nèi)溫度超過此范圍，則需采取升溫或降溫措施確保炸藥能達到最佳爆炸效果。

（5）炸藥的氣化速率由溫度決定，30 ℃時，常規(guī)的氣化時間為大約0.5 h;25 ℃時，須確保炮孔內(nèi)裝藥1 h后再起爆，方能達到最佳爆破效果。

5?結語

本文針對大跨隧道施工開挖中的技術問題，論述了本隧道所采用的合理開挖方法，并選取了合理的光面爆破作為主爆方案。同時提出相應的減震措施，分析了在爆破施工過程中采取的措施，得出以下結論：

（1）進行隧道鉆孔和運用爆破方法會出現(xiàn)較大的過挖和過爆現(xiàn)象，導致很多不良后果，如工程量增加，影響施工進度和工程質量，以及不利于支撐結構受力等。因此，在水平層圍巖施工中隧道的爆破設計應以現(xiàn)場試驗為依據(jù)，根據(jù)爆破實際情況進行調(diào)整。

（2）起爆段應對最大裝藥量進行限制，采用毫秒爆破技術，并適當采取減震、改變裝藥孔結構、在裝藥孔周圍設置空孔等措施控制爆破震動的影響，減小爆破對隧道結構的影響。

參考文獻：

[1]蔡新寧，楊衛(wèi)平. 隧道工程光面爆破施工改進[J]. 山西建筑，2008，34（18）：335-336.

[2]王錦斌. 淺談爆破控制在隧道施工中的重要性[J]. 科學之友，2009（23）：30-31.

[3]楊?翎，陳建安. 安徽池州神山物流廊道1#隧道出口段爆破開挖施工工藝[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)，2018（3）：222-224，227.

[4]張子坤. 談長大隧道軟弱圍巖聚能水壓光面爆破施工技術[J]. 工程建設與設計，2019（9）：215-217.