石佳楠

(中鐵十八局集團 第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

在隧道施工中經(jīng)常會遇到巖溶、危巖落石、順層、有害氣體、巖堆等復(fù)雜的地質(zhì)條件，這些不良地質(zhì)會對隧道施工的安全性、施工效率等造成嚴重影響。如果繞行施工，會消耗大量的成本，降低經(jīng)濟效益，這就對施工技術(shù)和防治技術(shù)措施提出了更高的要求。相比其他施工技術(shù)，全斷面光面爆破施工具有操作簡單,工序較少,可一次爆破到位,對周圍圍巖和土層造成的擾動比較小等優(yōu)點，能夠很好地滿足復(fù)雜地質(zhì)隧道施工的要求?；诖?，開展全斷面光面爆破施工在復(fù)雜地質(zhì)隧道施工中的應(yīng)用分析和研究顯得尤為必要。

1 工程概述

九萬大山一號隧道位于荔波—環(huán)江區(qū)間，進口里程DK177+048，出口里程DK194+060，全長17 012 m，最大埋深約488 m。隧道進口緊鄰荔波江多線特大橋，出口接路基。隧道坡度設(shè)計為“人”字坡，進口至出口依次為：5 425 m長的22.5‰上坡、2 300 m長的5‰上坡、2 500 m長的5.3‰下坡、6 760 m長的21.4‰下坡。設(shè)1座橫洞、1座泄水洞、1座平導(dǎo)輔助施工，輔助坑洞布置見圖1。為滿足建設(shè)工期要求、隧道施工通風(fēng)、排水及防災(zāi)救援等要求，于DK180+115—DK184+800左側(cè)25 m設(shè)置長4 685 m泄水洞；于橫洞與泄水洞之間設(shè)置排水橫通道，長185.28m；于DK184+800—DK192+300段左側(cè)25 m、DK192+300—DK194+060段左側(cè)45 m設(shè)置出口平導(dǎo)，長9 297 m；于DK180+150左側(cè)12.5 m設(shè)置通風(fēng)豎井，深70 m，直徑2.5 m；在DK182+600左側(cè)12.5 m設(shè)置深139 m，直徑2.5 m通風(fēng)豎井。

圖1 九萬大山一號隧道輔助坑洞布置圖

在本工程施工中，通過全范圍地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)本工程所在區(qū)域為復(fù)雜地質(zhì)條件，存在巖溶、危巖落石、順層、有害氣體、巖堆、粉質(zhì)黏土等問題，施工技術(shù)的選擇及把控需嚴格要求。

2 復(fù)雜地質(zhì)隧道開挖方法

案例工程隧道地質(zhì)水文條件比較復(fù)雜，為保證施工質(zhì)量和安全性，在隧道洞門和明洞段施工中，選擇了明挖施工技術(shù)，在開挖時嚴格控制刷坡的高度，臨時坡面采取骨架聯(lián)合噴錨網(wǎng)支護[1]。尤其是在進洞段開挖中，通過專業(yè)的挖掘機進行挖樁，挖掘出來的土層通過自卸車進行運輸，堆放到指定位置，做好防護工作，避免影響周圍的施工環(huán)境。

洞內(nèi)突水對施工的安全性、施工速度、施工質(zhì)量有很大的影響，在具體施工中必須切實做好安全防護措施，避免發(fā)生隧道突水問題。按照地質(zhì)勘查的結(jié)構(gòu)，做好準(zhǔn)備工作，及時將突水排出到隧道之外，避免地下水進入到隧道中，影響施工的安全性。按照其他類似工程施工經(jīng)驗，在地質(zhì)水文條件復(fù)雜地段隧道開挖中，要以探水為主，預(yù)測為輔，詳細分析超前地質(zhì)勘查的結(jié)果，及時制定有針對性的措施。

巖溶也是復(fù)雜地段隧道開挖施工遇到的主要問題。巖溶是一種比較常見的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，會對隧道施工的連續(xù)性、施工質(zhì)量造成比較大的影響。一旦遇到巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需要先進行詳細的勘查，取得全面、詳細的施工數(shù)據(jù)，制定有針對性的施工方案，確定巖溶的類型、規(guī)模等。按照分析結(jié)果，選擇回填、加固、灌注等處理措施。如果巖溶中含有大量的水，要先將水排出后再繼續(xù)施工，以保證施工的效率和安全性，同時還要加強復(fù)合襯砌，提升巖溶圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在洞口開挖時盡量避免雨季施工，做好測量放線工作，確定好開挖的范圍，探明周圍的地質(zhì)情況，施作合理的排水系統(tǒng)。就本工程案例而言，選擇頂坡天溝和截水溝都能滿足排水要求，但需要布置在邊坡、仰坡頂部不小于5 m的位置，溝底的坡度需要結(jié)合實際情況合理設(shè)置，不能小于3‰，避免發(fā)生淤積堵塞問題。在隧道洞口開挖中，需要嚴格按照“階梯式”的順序進行開展，針對洞口表層土方、風(fēng)化軟巖等可采取機械開挖方法。如果遇到硬質(zhì)巖石，機械開挖難度大，可采用微振動爆破技術(shù)；如果為比較松軟的土層，則要選擇人工開挖避免發(fā)生超挖和欠挖問題，為后期進洞施工營造良好的條件[2]。

3 全斷面光面爆破施工在復(fù)雜地質(zhì)隧道施工中的應(yīng)用

3.1 測量放線

測量放線是全斷面光面爆破施工在復(fù)雜地質(zhì)隧道施工中比較重要的一步。測量放線的結(jié)果(見圖2)直接關(guān)系到整個工程施工的精度，因此在案例工程施工中，要將開挖輪廓線、掏槽眼、輔助眼、周邊眼等確定好，采用激光鉛直儀來控制邊線。而距離開挖面約50 m的位置需要埋設(shè)一根中線柱，此后每隔100 m布設(shè)一個水準(zhǔn)點，在測量方向過程中，需對上次爆破斷面進行檢查，以便更好地掌握全斷面光面爆破施工參數(shù)，及時調(diào)整施工工藝，提升全斷面光面爆破施工效果。

圖2 測量放線圖

3.2 保證鉆孔的質(zhì)量

全斷面光面爆破施工鉆孔質(zhì)量直接關(guān)系到整個爆破工程施工的效果，所以本工程在開始鉆孔之前，對每位鉆孔工人進行技術(shù)交底，在掌握和了解炮眼布置(見圖3)之后再進行鉆孔。特別是要保證周邊眼和頭掏槽眼位置的精度，未經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理人員的同意不能隨意調(diào)整位置、間距[3]。做到定人定位，由經(jīng)驗豐富的專業(yè)鉆孔工人來完成鉆孔操作，以保證鉆孔的位置誤差不超過5 cm，盡量使鉆孔方向平行，避免相互碰撞和交叉。

圖3 掏槽眼設(shè)計圖

周邊眼鉆孔在施工中必須嚴格控制，否則會影響爆破效果，甚至?xí)斐蓢乐氐陌踩鹿?。在案例工程施工中，保證外插角的深度在3.0 m左右，傾斜度不能超過3°，以提升爆破效果[4]。

3.3 周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)

在周邊眼裝藥時，需要結(jié)合工程特點選擇合適的裝藥結(jié)構(gòu)，以保證全斷面光面爆破施工質(zhì)量，盡量使炸藥能夠沿著孔深均勻布置。在周邊眼裝藥時，選擇了不耦合裝藥結(jié)構(gòu)(見圖4)，裝藥系數(shù)取1.4～2.0。

圖4 不耦合裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 裝藥及起爆

根據(jù)隧道工程圍巖結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件的不同，選擇合適的炸藥，避免炸藥無故浪費，也要保證爆破效果。在本工程施工中，凡是含水量比較大和周邊眼爆破中，都選擇乳化炸藥，其他位置為降低施工成本，選擇了2#巖石硝銨炸藥[5]，按照自上而下順序進行，導(dǎo)爆管要“對號入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞長度不小于20 cm，全斷面光面爆破施工參數(shù)見表1。

表1 全斷面光面爆破施工參數(shù)表

3.5 微震爆破

按隧道埋線與位置情況，隧道周邊采用光面爆破，不良地質(zhì)、淺埋地段采用微震控制光面爆破。微震爆破作業(yè)段最大一段允許裝藥量可通過以下公式來計算：

(1)

式(1)中：Qmax—最大一段爆破藥量，kg；

Vpk—安全速度，取2 cm/s；

R—爆破安全距離，m；

K—地形、地質(zhì)影響系數(shù)；

a—衰減系數(shù)。

K、a值是針對隧道的具體情況，通過多次試爆基礎(chǔ)上進行K、a值回歸分析后確定[6]。根據(jù)爆破物距爆心的安全距離要求，并由此推出每段的最大裝藥量。

4 施工的重難點和解決對策

在案例工程施工中，由于所處的地理位置復(fù)雜，存在很多重難點，對施工造成了較大影響。應(yīng)采取相應(yīng)的解決對策，以解決施工中存在的問題，使各道工序高效、安全、有序地開展。

4.1 遇巖溶中等至強烈發(fā)育地段的措施

九萬大山一號隧道DK178+746—DK192+283屬于巖溶中等至強烈發(fā)育地段，占隧道總長度的79.57%。該段地表發(fā)育大量洼地，突水突泥風(fēng)險高。為解決這一問題，可以加強巖溶探測和監(jiān)測，超前地質(zhì)預(yù)報，全面揭示巖溶勘測，隱伏巖溶探測，洞外監(jiān)測、觀測[7]，采用超前帷幕注漿、揭示性巖溶處理、隱伏巖處理等巖溶治理措施。

4.2 遇塌方及突水突泥風(fēng)險高地段的措施

本隧道穿越三條斷層，塌方及突水突泥風(fēng)險高。斷層破碎帶DK178+570附近發(fā)育懂架平推斷層，破碎帶洞身影響長度約60 m，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，圍巖穩(wěn)定性較差。DK180+743附近發(fā)育一條逆斷層，洞身影響長度約200 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險大。DK184+860附近發(fā)育一條正斷層，洞身影響長度約220 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險大[8]。

隧道斷層破碎帶采取“短開挖、強支護、快封閉”的原則，采用φ76中管棚+Ⅰ20b型鋼，施工工法采用臺階法加臨時仰拱法施工。仰拱導(dǎo)管規(guī)格為外徑76 mm，壁厚5 mm。導(dǎo)管間距一般為30～50 cm,案例工程為40 cm。外插角一般為10°～15°，可根據(jù)實際情況調(diào)整[9]。注漿材料一般為純水泥漿，水灰比0.5:1～0.8:1，可根據(jù)實際情況相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)?shù)叵滤l(fā)育時，為調(diào)凝需要，可部分采用水泥-水玻璃漿液，要求漿液強度等級不小于M10。

5 結(jié) 語

本文以九萬大山一號隧道為例，分析了全斷面光面爆破施工在復(fù)雜地質(zhì)隧道施工中應(yīng)用。分析得出，在復(fù)雜地質(zhì)條件中開展隧道施工，施工難度比較大，而且存在很多不確定因素，容易發(fā)生安全事故和質(zhì)量問題。采用全斷面光面爆破施工，可有效控制復(fù)雜地質(zhì)條件對隧道施工造成的不良影響，在保證施工質(zhì)量、提升施工效率、降低施工難度等方面有顯著優(yōu)勢，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。