杜虎明,申鐵軍

（1.山西路橋橋隧工程有限公司,山西 朔州 036000;2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

從監(jiān)控量測、爆破開挖到支護(hù)襯砌，從現(xiàn)場施工班組人員到管理人員，施工安全管控點多面廣。為保證隧道安全施工必須全方位、多層次、寬領(lǐng)域的做到宣傳到位、交底到人、監(jiān)督到人、落實到人，故為難點工程。根據(jù)實際情況結(jié)合多種檢測技術(shù)，在不同儀器的優(yōu)缺點上取長補(bǔ)短?？梢杂行У靥岣叱暗刭|(zhì)預(yù)報的精度，給出精準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)從而保障隧道工程的施工安全。

1 隧道工程地質(zhì)分析

為褶皺的單翼構(gòu)造，巖層傾角22°，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對隧道工程無特殊影響。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查及物探結(jié)果，隧址區(qū)主要發(fā)育地質(zhì)構(gòu)造為裙皺，節(jié)理垂直發(fā)育，與所處地貌單元直接相關(guān)，一般在1～35 m之間。見表1。

表1 隧道工程主洞規(guī)模表

1.1 工程地質(zhì)及水文

該地層在進(jìn)洞口有出露。主要為紅黏土，分布于地面35～50 m以下，基巖巖層面以上；局部溝底中和石灰?guī)r山頂局部和灰?guī)r山體沖溝的坡腳有零星出露，為地表巖溶風(fēng)化殘留：呈褐紅色，黏性較大，失水干裂呈瓣狀剝落，俗稱“小瓣紅士”，剝落土體表面覆蓋鐵錳質(zhì)薄膜，吸水收縮，具弱膨脹性。該地層在出洞口有出露。層塊狀或厚層狀分布，呈碎裂鑲嵌狀或巨厚層狀賦存，巖溶發(fā)育，為該隧道圍巖的主要組成體。該段處于斷層破碎帶以及其影響帶，巖體糜棱巖化，強(qiáng)度低，極破碎，圍巖穩(wěn)定性差。且上盤為透水性灰?guī)r，下盤為相對隔水層花崗片麻巖，施工時可能有較大涌水。建議采取相應(yīng)的堵水與排水措施。洞口圍巖主要由上太古界昌梁山群赤堅嶺組全一強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖組成。巖體結(jié)構(gòu)較松散：巖體圍若破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，呈鎮(zhèn)嵌碎裂散體結(jié)構(gòu)。

1.2 隧道出口、進(jìn)口地質(zhì)分析

1.2.1 進(jìn)口端洞口

進(jìn)口端洞口位于山腳下一沖溝邊，自然邊坡基本穩(wěn)定。洞口邊坡及仰坡均由第四系全新統(tǒng)殘坡積物及奧陶系灰?guī)r、泥灰?guī)r組成。根據(jù)鉆探及物探成果，第四系全新統(tǒng)殘坡積物厚約45 m，穩(wěn)定性較差。奧陶系巖層產(chǎn)狀為320°∠10°，視傾角近似平緩，屬穩(wěn)定組合，邊仰坡較穩(wěn)定。但風(fēng)化強(qiáng)烈，進(jìn)口邊溝谷中無常年性水流，但雨季時有洪水流出，其對擬建隧道進(jìn)口有一定影響。總體評價：小里程端洞口邊坡穩(wěn)定性一般。

1.2.2 出口端洞口

出口洞口位于一沖溝溝岸坡上，自然邊坡基本穩(wěn)定。洞口邊坡及仰坡均由第四系全新統(tǒng)殘坡積物及奧陶系灰?guī)r、泥灰?guī)r組成。根據(jù)鉆探及物探成果，第四系全新統(tǒng)殘坡積物厚約5～6 m，穩(wěn)定性較差。奧陶系巖層產(chǎn)狀為290°∠15°，視傾角近似平緩，邊坡較穩(wěn)定，仰坡穩(wěn)定性較差，且風(fēng)化強(qiáng)烈，地表水對隧道出口影響較小。總體評價：大里程端洞口邊坡穩(wěn)定性較差。

1.3 圍巖分級依據(jù)

（1）為主要儲水空間，富水性較強(qiáng)但不均勻，經(jīng)調(diào)查附近水井水位埋深遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于路線標(biāo)高，因此地下水對線路不構(gòu)成威脅；施工中需注意淋頭水現(xiàn)象。

（2）洞室內(nèi)地下水分布較不均勻，地下水相對富水段主要集中分布在沖溝與裂隙發(fā)育段洞身，正常條件下洞體內(nèi)相對富水帶的出水狀態(tài)表現(xiàn)為灰?guī)r裂隙中滴水，貧水段則表現(xiàn)為灰?guī)r裂隙中可能有少量或微量滴滲水現(xiàn)象。特殊工程條件下，洞體內(nèi)在最大出水量狀態(tài)下相對富水的洞身出水狀態(tài)可能為淋雨狀出水，相對貧水段則表現(xiàn)為大量滴水。圍巖級別、相應(yīng)長度及所占比例見表2。

表2 圍巖級別、相應(yīng)長度及所占比例

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

2.1 洞口設(shè)計參數(shù)

隧道右線進(jìn)口里程K47+729，右線出口里程K48+878；隧道左線進(jìn)口里程ZK47+690，左線出口里程ZK48+862，隧道進(jìn)口洞門均采用臺階端墻，結(jié)合周圍綠化，與山體渾然一體，協(xié)調(diào)美觀。

2.2 襯砌的支護(hù)參數(shù)。

施工輔助措施：洞口超前支護(hù)采用大管棚，大管棚采用Φ108大管棚，設(shè)置范圍為拱部120°，環(huán)向的間距為0.4 m，長30 m，根數(shù)35根；無長管棚支護(hù)的Ⅴ圍巖、Ⅴ圍巖緊急停車帶[1-3]，襯砌的支護(hù)參數(shù)見表3。

表3 某隧道圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)設(shè)計參數(shù)表

2.3 隧道凈空斷面

內(nèi)輪廓設(shè)計采用三心圓斷面，組成為：0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75=10.25；凈高：5 m。

3 爆破設(shè)計方案分析

3.1 不利于隧道爆破的不良地質(zhì)現(xiàn)象

3.1.1 溶洞

根據(jù)地勘資料發(fā)現(xiàn)，隧道洞身穿越灰?guī)r沖蝕形成溶洞區(qū)。在暗洞開挖時，特別是在爆破開挖過程中，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)探查工作，綜合利用鉆探、物探等多種手段進(jìn)行綜合預(yù)測，并根據(jù)探查結(jié)果及時采取措施[4-6]。

3.1.2 滑坡

根據(jù)地勘資料發(fā)現(xiàn)，隧道進(jìn)出口段地層上部為（Q3m）粉土，土層透水性高，如施工不當(dāng)可能造成人為滑坡現(xiàn)場，施工中及施工完成后，防止地層滑動面蓄水等造成的順層滑動[7-9]。

3.1.3 落水洞

根據(jù)地勘資料發(fā)現(xiàn)，隧道洞身上方存在多處地表水下滲、沖蝕形成的落水洞，暗洞開挖前，須根據(jù)落水洞調(diào)查情況進(jìn)行回填處理[10-12]。

3.2 爆破方案設(shè)計

3.2.1 炮眼布置

根據(jù)爆破經(jīng)驗，其炮眼布置如圖1。

圖1 炮眼布置圖

（1）炮眼參數(shù)：

1）掏槽眼傾角α角為20°。

2）炮眼的深度H≥0.80 m，炮眼直徑為30.0 mm。

3）最大抵抗線（爆破斷面）：

Wmax≤0.540H=0.540×0.800=0.432 m

4）最小抵抗線（實際）W：當(dāng)H≤5.0 m時，

W=Wmax-0.05H=0.432-0.050×0.80=0.392 m

5）炮眼底部超鉆：

h1=（0.2～0.3）Wmax=0.25×0.432=0.108 m

6）堵塞長度：

h0=（0.7～1.0）W=0.85×0.392=0.333 2 m

7）炮眼間距：

a=（1.0-1.25）W=1.125×0.392=0.441 m

（2）實際炮眼為周邊眼8個，輔助眼為4個，掏槽眼為2～3個。每個爆破斷面炮眼控制在15個炮眼內(nèi)。

3.2.2 藥包參數(shù)的選擇和計算

（1）炸藥消耗量計算：

1）根據(jù)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育情況查表選用用藥系數(shù)K為1.6。控制裝藥系數(shù)C考慮到公路較近選用0.6。

2）每個炮眼裝藥量為：Q=qaWHKC=1.23 kg/m3×0.441×0.392×0.8×1.6×0.6=0.16 kg。實際采用1管炸藥0.15 kg。

3）每次循環(huán)計算使用炸藥消耗總量為：

Q標(biāo)總=qSιη=1.23×2.544×0.8×0.9=2.25 kg。

4）每次實際使用炸藥總量為：

Q實總=nQ=15×150=2 250 g=2.25 kg。計算實際相符。

式中，Q標(biāo)總——炸藥每次循環(huán)計算消耗的總量（kg）；q——單位炸藥消耗量，根據(jù)斷面選用1.23 kg/m3；S——斷面積，2.544 m2；

ι——平均炮眼的深度，0.8 m；

η——炮眼的利用率，90%；

Q實總——炸藥每次循環(huán)實際消耗的總量（kg）；

n——實際炮眼數(shù)量15個以內(nèi)；

Q——單個炮眼的裝藥量（kg）；

3.2.3 控制爆破振動速度的計算

V=30×(2.251/3/12.408)1.5=1.029 cm/s

式中，Q——隧道爆破藥包的重量（kg）；

R——計算點到爆源的距離（m）；

K、α——K取30，α取1.5。

3.2.4 布眼與鉆眼

周圈眼按1.8×3.141 59÷0.441=12個眼調(diào)整為8個，輔助眼調(diào)整為4個，掏槽眼為2～3個。

4 結(jié)束語

鉆眼時要根據(jù)要求確保方向、孔位、孔深、傾斜角，增大抵抗線的目的是保證孔內(nèi)不拋出飛石。但在鉆眼過程中，同一斷面石質(zhì)有較硬和較軟同時存在，施工人員要在較硬的石質(zhì)段將炮眼距離拉近，較軟的石質(zhì)將炮眼距離加大，但保持周邊眼、輔助眼總數(shù)不變。所以在隧道施工時，通過技術(shù)方法實施超前地質(zhì)預(yù)報，預(yù)測隧道掘進(jìn)方向地質(zhì)狀況并進(jìn)行評價，提早進(jìn)行貫通面的選擇，及時地使用有效的開挖與支護(hù)方式從而達(dá)到安全施工的目的。