董澤旭

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 101116）

0 引言

近年來重慶地鐵施工高速發(fā)展，重慶淺表地層普遍為砂質(zhì)泥巖，圍巖級(jí)別多為Ⅳ級(jí)，常用爆破施工工藝，爆破開挖質(zhì)量控制一直是施工的重難點(diǎn)，超挖過多不僅造成出渣量和襯砌量增加，而且延長了施工工期，提高了工程成本?；谥貞c軌道18號(hào)線隧道爆破施工項(xiàng)目，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，通過精心研究、調(diào)整設(shè)計(jì)爆破掘進(jìn)過程中的炮眼打設(shè)角度、單循環(huán)開挖進(jìn)尺，合理增加炮孔數(shù)量，優(yōu)化布置炮孔位置，在保證質(zhì)量、安全為前提并滿足工期要求的情況下成功減小爆破超挖尺寸。

1 工程概況

重慶軌道18號(hào)線外河坪北站～外河坪南站區(qū)間全長1.5km，線路位于長江、嘉陵江兩大地表水系匯合的寬緩臺(tái)地上。隧道埋深約28.29～53.00m，地層主要由砂巖—砂質(zhì)泥巖不等厚的正向沉積韻律層組成，砂質(zhì)泥巖以紫紅色為主，主要礦物成分為黏土礦物，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，中等風(fēng)化巖體裂隙不發(fā)育，巖體較完整，巖質(zhì)較軟，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV級(jí)；砂巖為灰色～紫灰色，細(xì)～中粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石，含少量云母及黏土礦物，多為鈣質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)較硬，巖體完整性好，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為III～I(xiàn)V級(jí)，主要為IV級(jí)。隧道標(biāo)注斷面寬7.38m，高7.16m，馬蹄型斷面形式，斷面面積44.38m2，采用全斷面爆破方式進(jìn)行開挖。

2 爆破參數(shù)調(diào)整及爆破效果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)及圍巖級(jí)別，參考以往項(xiàng)目及該項(xiàng)目相鄰標(biāo)段施工經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)爆破超挖量，見表1所示。

表1 隧道爆破超挖數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖IV級(jí)隧道爆破開挖平均超挖達(dá)到25.7cm，超挖問題嚴(yán)重，造成炸藥雷管等火工品單耗增加，初期支護(hù)噴射混凝土厚度增加等造成材料浪費(fèi)，工作時(shí)間延長造成工效降低，平均只能實(shí)現(xiàn)1循環(huán)/d，平均進(jìn)尺約3m/d，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具體情況如下：

（1）周邊眼、掏槽眼以及輔助眼數(shù)量調(diào)整[1]。掏槽眼以及輔助眼數(shù)量由原來的100個(gè)增加至133個(gè)，其中周邊眼數(shù)量由原來的20 個(gè)增加至34 個(gè)，間距減小至450～500mm之間。

（2）提高爆破開挖頻率，減小開挖進(jìn)尺；開挖進(jìn)尺調(diào)整為2m/d，平均2 天3 循環(huán)，平均進(jìn)尺3m/d，調(diào)整炮孔深度。

（3）降低火工品單耗量[2]。掏槽眼每孔填充炸藥約1.2kg，超量裝藥，并首先起爆，形成槽腔，創(chuàng)造新自由面；周邊眼每孔填充炸藥約0.1kg，減少每孔炸藥用量，實(shí)現(xiàn)外輪廓形狀，并控制超挖。

（4）為有效控制爆破震速，減少單段起爆藥量，調(diào)整掏槽眼布置，改一次掏槽為二次掏槽分段起爆。

（5）掌子面與已完初期支護(hù)面的距離控制在1.0～1.5m或?qū)⒅苓呇鄞蛟O(shè)角度調(diào)整至7°左右。

爆破工藝參數(shù)調(diào)整后，以外河坪北站～外河坪南站區(qū)間SK+108.9～SK+130段進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)測統(tǒng)計(jì)分析，見表2所示。

表2 外河坪北站-外河坪南站區(qū)間爆破施工記錄表

經(jīng)分析實(shí)地爆破試驗(yàn)結(jié)果，平均超挖最優(yōu)可達(dá)到10cm，超挖值平均約為15cm，超挖得到有效控制。

3 爆破超挖控制因素分析

3.1 開挖循環(huán)進(jìn)尺

控制開挖進(jìn)尺可以有效控制周邊眼打設(shè)偏離距離[3]，并且控制炸藥單耗用量，以達(dá)到控制開挖目的,單循環(huán)開挖進(jìn)尺越大，遠(yuǎn)端偏離開挖限界越大，進(jìn)而爆破超挖也越嚴(yán)重，將單循環(huán)開挖進(jìn)尺由3m調(diào)整為2m，周邊眼炮孔搭設(shè)深度由3.5m調(diào)整為2.5m，有效降低超挖程度，平均超挖值由15.3cm降低為11cm，降低約30%，如圖1所示。

圖1 開挖進(jìn)尺對(duì)超挖情況影響

3.2 初期支護(hù)厚度

該項(xiàng)目暗挖區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面初期支護(hù)設(shè)計(jì)厚度為21cm，由于已完初期支護(hù)厚度影響，周邊眼打設(shè)入巖位置及角度受限，導(dǎo)致周邊眼打設(shè)角度增大至11.9°，使爆破超挖加劇，平均超挖值達(dá)到31.25cm，如圖2所示。

圖2 初期支護(hù)厚度對(duì)超挖情況影響

為了減小初期支護(hù)厚度對(duì)炮孔打設(shè)的影響，將打設(shè)角度調(diào)整為7°左右或?qū)⒁淹瓿踔媾c掌子面距離增大至1～1.5m，使平均超挖值降至15cm，見圖3所示。

圖3 調(diào)整炮眼打設(shè)角度控制超挖情況

3.3 炮眼數(shù)量及用藥量

通過增加周邊眼數(shù)量，改善外輪廓成型平順度，炮孔單孔填充炸藥量減少，降低爆破猛度，改善裝藥集中、起爆震動(dòng)大，周邊外輪廓形狀難以控制的情況[4]。

3.4 起爆順序

周邊孔的起爆順序決定了爆破效果。若周邊孔爆破時(shí)間過早，臨空面未完全形成，而周邊孔起爆過遲，則不能充分利用輔助孔的爆破破碎能量。工程經(jīng)驗(yàn)表明，周邊孔起爆時(shí)間比輔助孔延遲100～150ms時(shí)，爆破效果最佳，可有效控制欠挖及超挖。

3.5 其他因素

施工現(xiàn)場管理水平、測量放線質(zhì)量，裝藥結(jié)構(gòu)、炮眼成孔的質(zhì)量等因素均決定爆破超挖控制效果。

4 超挖控制的經(jīng)濟(jì)影響

IV級(jí)圍巖隧道需進(jìn)行初期支護(hù)，支護(hù)形式為型鋼拱架+噴射混凝土掛網(wǎng)錨噴，而爆破引起的超挖需要噴射混凝土進(jìn)行填充，不但造成材料的超耗增加[5]，延長噴錨時(shí)間，減緩施工進(jìn)度，以及增加材料成本，人工成本，還有項(xiàng)目本級(jí)管理費(fèi)等，產(chǎn)生較大施工成本。

以外河坪北站～外河坪南站區(qū)間為例，區(qū)間正線左右線全長3000m，斷面周長約18m，噴射混凝土約385元/m3，平均超挖正常水平為25cm，經(jīng)調(diào)整降為15cm，噴射混凝土共計(jì)節(jié)約5400m3，僅材料費(fèi)節(jié)約208萬元，超挖部分石方的運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用、棄渣費(fèi)用等均有所減少，工期加快的同時(shí)，成本投入減少，經(jīng)濟(jì)效果顯著[6]。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)重慶軌道18號(hào)線項(xiàng)目爆破施工情況，在圍巖級(jí)別Ⅳ級(jí)實(shí)施爆破，采用調(diào)整炮孔打設(shè)數(shù)量、打設(shè)角度、并結(jié)合“短進(jìn)尺、多循環(huán)”、調(diào)整起爆順序等爆破施工措施，由現(xiàn)場爆破效果來看，爆破擴(kuò)挖效果較為良好，平均超挖值控制在15cm左右，有效降低超挖值約10cm，在保證安全、質(zhì)量的同時(shí)，滿足了施工進(jìn)度，并節(jié)約了施工成本，降低工程造價(jià)，可為類似隧道爆破擴(kuò)挖工程提供參考。