略談隧道放炮方法

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1交叉段設(shè)計(jì)方案

隧道的右洞中心線和左洞中心線交叉，交叉角度80.81°，考慮15m的保護(hù)范圍，長(zhǎng)約100m。2豎向布置本工程2號(hào)隧洞從忻保高速公路官地坪2號(hào)隧道下部穿越。官地坪2號(hào)隧道右洞路面（洞底）高程為1030.15m，最低開挖高程1027.87m，與之交叉的總干2號(hào)隧洞洞頂開挖高程1023.5m，間距4.37m；官地坪2號(hào)隧道左洞路面（洞底）高程為1029.98m，最低開挖高程1027.70m，與之交叉的引黃總干2號(hào)隧洞洞頂開挖高程為1023.48m，間距4.22m。斷面設(shè)計(jì)2號(hào)隧洞穿越段全長(zhǎng)91.11m，為巖石洞段，Ⅴ類圍巖，采用城門洞形斷面。洞凈寬4.2m，凈高5.1m，直墻段高3.0m，設(shè)計(jì)水深3.52m，頂拱中心角180°，半徑2.1m，襯砌厚度0.4m。內(nèi)掛直徑8mm，間距150mm×150mm的鋼筋網(wǎng)，噴C20混凝土12cm厚；頂拱范圍內(nèi)設(shè)直徑25mm的系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)2.0m，間排距1.0m，呈梅花型布置；全斷面C25鋼筋混凝土襯砌，頂拱100°范圍內(nèi)回填灌漿，灌漿壓力0.2MPa。局部地段根據(jù)圍巖破碎程度，采用20a工字鋼加直徑25mm超前錨桿或20a工字鋼加直徑42mm超前小導(dǎo)管超前支護(hù)。

2地質(zhì)資料本工程

2號(hào)輸水隧洞在該段隧洞圍巖為放炮系中統(tǒng)峰峰組泥灰?guī)r。洞頂距離官地坪2號(hào)隧洞左右洞面開挖底高程分別為4.22m，4.37m，根據(jù)水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范，該段隧洞圍巖極不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重，建議噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)，剛性支護(hù)，并澆筑混凝土襯砌。建議圍巖單位彈性抗力系數(shù)K0=50～100MPa/m，堅(jiān)固系數(shù)fk=0.5～1.5，泊松比μ=0.35～0.45，變形模量0.05～0.5GPa。

3施工方案

2號(hào)隧洞穿越忻保高速公路官地坪2號(hào)隧道，上下最小中距為4.22m，如不科學(xué)控制裝藥量，輸水隧洞穿越段放炮作業(yè)將對(duì)公路官地坪2號(hào)技術(shù)與應(yīng)用34隧道結(jié)構(gòu)形成危害。為保證車輛的行駛安全和隧道的運(yùn)行安全，輸水隧洞穿越段石方洞挖設(shè)計(jì)為控制放炮的施工方法，采用短開挖、打淺孔、裝少藥、弱放炮、強(qiáng)支護(hù)的控制放炮施工工藝。總干2號(hào)輸水隧洞斷面面積約20m2，為減少放炮總裝藥量并達(dá)到控制放炮的目的，采用下導(dǎo)洞分部開挖法，即先在斷面底部中心開挖超前導(dǎo)洞，然后一次性擴(kuò)挖剩余斷面，隧洞周邊采用光面放炮。放炮安全距離確定放炮振動(dòng)安全允許距離按下式計(jì)算：R=（VK）1/αQ1/3.式中：R放炮振動(dòng)安全允許距離，m；Q炸藥量，齊發(fā)放炮為總藥量，延時(shí)放炮為最大單段藥量，kg；V保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；K，α與放炮點(diǎn)到保護(hù)對(duì)象之間的地形、地質(zhì)條件相關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。一次放炮最大單響量的確定根據(jù)輸水隧洞的布置方案，公路隧道與輸水隧洞相對(duì)高差4.22m，據(jù)此可算出一次放炮最大允許單響藥量。根據(jù)建筑物情況及規(guī)范要求，安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度15～20cm/s，依據(jù)地質(zhì)資料，輸水隧洞圍巖類別為Ⅴ類，屬軟巖，K值為250～350、α值為1.8～2.0，據(jù)此計(jì)算的一次放炮最大允許裝藥量為0.7～1.15kg。存在問(wèn)題根據(jù)放炮設(shè)計(jì)，如開挖進(jìn)尺為1m，掏槽孔、輔助孔及周邊孔單孔裝藥量在0.4～0.6kg之間，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，最大單響藥量?jī)H1～2孔，無(wú)法滿足放炮設(shè)計(jì)要求。經(jīng)灌漿加固處理后，輸水隧洞圍巖類別為中硬巖，K值為150～250、α值為1.5～1.8，據(jù)此計(jì)算的一次放炮最大允許單響藥量1.5～3.0kg，可基本滿足放炮設(shè)計(jì)要求。

3.1靜態(tài)放炮方案

采用直徑40mm鉆頭鉆孔，鉆孔方向一般為垂直鉆孔，布孔方式按梅花型布置，進(jìn)尺按1m考慮，孔距25cm左右，孔深5～10cm。鉆孔直徑與破碎結(jié)果有直接關(guān)系，鉆孔過(guò)小，不利于藥劑發(fā)揮效力；鉆孔過(guò)大，易沖孔。根據(jù)水灰比，量取一定量配制好的溶液，用拌和鏟充分拌和均勻，成為無(wú)團(tuán)塊、易流動(dòng)的漿液。拌和時(shí)間不少于2min，人工一次拌和量不超過(guò)5kg。把拌和好的藥從桶中直接灌注到已鉆好的炮孔中至灌滿為止，用略小于鉆桿的捅桿捅實(shí)捅緊。灌注前應(yīng)檢查孔中有無(wú)積水，如有積水排干后才能灌藥，流動(dòng)性差的藥液不能再摻水使用。在工程靜態(tài)破碎法的使用中，硬巖開裂時(shí)間為12h左右，低溫情況下開裂時(shí)間會(huì)適當(dāng)延長(zhǎng)，軟巖開裂時(shí)間為4～6h左右。本工程屬軟質(zhì)巖石，用藥量一般為8～10kg/m3。方案優(yōu)點(diǎn)：破碎劑不屬于危險(xiǎn)物品，因此在購(gòu)買、運(yùn)輸、保管和使用中不受任何限制；施工過(guò)程安全，不存在炸藥放炮時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)、空氣沖擊波、飛石、噪音、有毒氣體、粉塵、放炮振動(dòng)等危害；施工簡(jiǎn)單，破碎劑用水拌合后，裝入炮孔即可，無(wú)需堵塞。方案缺點(diǎn)：施工周期長(zhǎng)、造價(jià)高。由于靜態(tài)破碎劑能量不如炸藥威力大，鉆孔多且多為水平及傾斜孔，裝藥比較困難。破碎效果受氣溫及施工人員的經(jīng)驗(yàn)影響大，同時(shí)由于該段隧洞圍巖工程地質(zhì)為Ⅴ類，圍巖極不穩(wěn)定，變形破壞嚴(yán)重，一旦采取措施不當(dāng)，開挖時(shí)圍巖可能產(chǎn)生變形，施工存在安全隱患。靜態(tài)放炮開挖結(jié)合超前小導(dǎo)管套套支護(hù)方案靜態(tài)放炮方法同前。超前小導(dǎo)管套套支護(hù)方案如下：超前小導(dǎo)管注漿：超前小導(dǎo)管的鋼管（開孔管）采用直徑42mm熱軋鋼管，壁厚3.0mm，鉆孔深4.5m。管棚布置在頂拱部位，單根鋼管長(zhǎng)5.0m，鋼管間距0.4m。鉆孔方向與洞軸線呈3°交角，偏向洞外。循環(huán)搭接長(zhǎng)度1.5m，掌子面外露0.5m，超前小導(dǎo)管與下部橫向架設(shè)的型鋼拱架（或鋼格柵）焊接。灌漿材料采用水泥漿（有堵水要求時(shí)采用化學(xué)材料），灌漿壓力不高于0.2MPa。超前小導(dǎo)管注漿的有效長(zhǎng)度為3m。鋼支撐：鋼支撐型號(hào)為工字鋼20，1m一榀。該方案綜合了靜態(tài)放炮和超前套套的優(yōu)點(diǎn)，但施工周期長(zhǎng)、造價(jià)高。

3.2常規(guī)放炮

開挖結(jié)合公路隧道內(nèi)套套方案首先在公路隧道內(nèi)自上而下對(duì)輸水隧洞進(jìn)行套套，然后進(jìn)行放炮開挖。根據(jù)實(shí)際情況，孔位采用梅花型錯(cuò)孔布置，沿公路隧洞方向灌漿，灌漿寬度12m（輸水隧洞外各延4m），垂直公路隧道方向?qū)挾葹樗矶磧魧挘g排距均為2m。壓式分段灌漿法自下而上灌注，一次鉆孔到底，然后自下而上分段灌注，在凝固前進(jìn)行上層灌注，使全孔得以復(fù)灌，從而保證灌漿量，提高灌漿質(zhì)量。方案優(yōu)點(diǎn)：在公路隧道內(nèi)采用自上而下的套套方法，可沿公路隧道方向?qū)⑻滋椎姆秶鷶U(kuò)大，確保灌漿質(zhì)量，同時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行套套，有效解決了圍巖開挖的變形問(wèn)題，可提高套套及輸水隧洞開挖的速度。方案缺點(diǎn)：在公路隧道內(nèi)進(jìn)行套套，可能影響該段高速公路正常交通，同時(shí)放炮可能產(chǎn)生一定的震動(dòng)。但采用小藥量控制放炮，可以減輕或消除對(duì)公路隧道產(chǎn)生的影響。

4建議

通過(guò)以上方案比較，從施工可靠性和安全性來(lái)講，采用常規(guī)放炮開挖結(jié)合公路隧道內(nèi)套套方案或靜態(tài)放炮開挖結(jié)合超前小導(dǎo)管套套支護(hù)方案均是可行的。但從工程進(jìn)度考慮，建議采用常規(guī)放炮開挖結(jié)合公路隧道內(nèi)套套方案。

作者：于韜單位：山西省水利廳