坝陵河大桥西锚洞施工爆破关键技术

罗亨文，覃宗华

(1.贵州高速公路开发总公司;2.中交第二航务工程局有限公司)

1 工程概况

(1)坝陵河特大桥西锚碇是目前世界最大的隧道锚。隧洞总轴线长度为74.34m，其中前锚室轴线长度31.34m，锚塞体轴线长度40.0m，后锚室轴线长度3.0m。隧洞口单洞断面尺寸为10m×10.8m，拱顶半径5m;洞底单洞断面尺寸为21m×25m，拱顶半径10.5m。

(2)锚洞的斜度为世界第一:其前锚室主缆中心线的水平角 45°。

(3)桥头位区属构造剥蚀、溶蚀中低山峡谷地貌。基岩裸露，弱风化的泥晶灰岩和白云岩、白云质灰岩均直接出露于地表，包气带岩溶发育，且岩溶形态多为溶槽、溶缝、充填型或空溶洞。

(4)两个隧道锚之间的距离较小，左右隧洞最小净距7.0m。锚洞上方几十米范围内为关岭一号连拱隧道，在锚洞上方与公路隧道之间的岩体，其群洞效应非常明显。

2 锚洞开挖爆破控制技术

2.1 前锚室爆破控制实施方案

前锚室长31.34m，断面尺寸10m×10.8m、顶拱半径5m，断面尺寸变化小。

(1)最大循环进尺:上台阶 1.2m/炮;下台阶1.2m/炮。

(2)台阶长度划分:上台阶5m(半圆部分)、下台阶5.8m。

(3)爆破器材选型。根据隧道所穿越围岩的坚固性系数f以及岩石纵波波速等，选用威力适中、匹配性好、防水性能好的2#岩石乳化炸药，雷管则选用国产Ⅱ系列非电毫秒延期导爆管雷管。

(4)掏槽方式选型。隧道爆破开挖的关键是掏槽，掏槽质量与否不仅直接影响爆破效果，而且亦直接影响隧道掘进的进度。同时，隧道开挖爆破震动实测表明:一般条件下掏槽爆破的震动速度最大，为此控制掏槽爆破的震动，对确保新开挖的相邻锚洞的稳定非常重要。考虑施工的方便该锚室上台阶的掏槽采用直眼掏槽，中、下台阶不需要进行掏槽。

(5)炮孔布置及孔网参数。根据台阶不同而采用不同的炮孔布置及网孔参数。

前锚室上台阶、下台阶钻爆开挖的炮孔布置及起爆顺序见图1所示，孔网参数如表1所示。

图1 前锚室上、下台阶炮孔布置及起爆顺序示意图

表1 前锚室上台阶、下台阶钻孔、装药参数表

续表1

(6)周边眼的光面爆破技术。对于稳定性、整体性较好的围岩，周边眼与其它炮孔一样，布置在同一里程断面上，只需合理布置周边眼、周边眼距内圈眼间距以及内圈眼、周边眼起爆时差即能较容易地实现光面爆破。对于节理发育、裂隙密集的围岩，可以采用预留光爆层光面爆破技术，也就是每一循环均将该循环同里程处的侧墙光爆层留出，在下一循环中实施爆破，预留光爆层随掌子面向前推进而推进，该方法的优点是较易获得良好的光爆效果，有利于减轻爆破地震动效应。

(7)钻爆综合技术参数。上台阶:开挖断面39m2，预计进尺1.5m，爆破石方达58.5m3，炮眼总数为80，雷管用数80，炸药总量为58.12kg，炸药单耗 0.99kg/m3;

下台阶:开挖断面58m2，预计进尺1.5m，爆破石方达87m3，炮眼总数为71，雷管用数 71，炸药总量为31.24kg，炸药单耗 0.36kg/m3。

(8)装药结构。各台阶爆破除周边孔采用空气柱间隔装药外，其余各炮孔均采用孔底大药卷连续装药，并将雷管置于孔底倒数第二节药卷上，进行反向起爆。

(9)爆破起爆网络。各段毫秒微差雷管导爆管集束于掌子面中央悬挂，用火雷管+导火索引爆(或采用非电导爆管起爆网络)。孔内微差低段雷管一般跳段使用，使各相邻段间隔时间大于50 ms，以改善爆破效果和防止地震波叠加而产生较大的震动。另外，为了确保周边眼同时起爆，保证光爆效果，将各孔内的导爆索延长至孔外，用一根长主干导爆索顺拱部周边眼进行串联，让每周边眼孔内有二套独立的起爆系统，确保同时准爆。

(10)综合控制爆破技术措施。为了确保钻爆施工所产生的地震效应不影响新开挖锚洞隧道的安全，施工初期进行爆破振动监测，并及时开展围岩松驰圈范围监测，以便及时调整钻爆参数，控制药量，减轻爆破对围岩的扰动深度。

2.2 锚塞体室及后锚室爆破控制实施方案

锚塞体室轴线长度40.0m，从口部到底部断面尺寸变化较大，由于断面面积较大，为了确保相邻隧道的安全，将中、下台阶分为左右二部进行。上台阶与中台阶左部同时进行爆破;掌子面石碴清理完毕后，再进行中台阶右部与下台阶左部同时进行连线爆破;掌子面石碴清理完毕后，最后进行上台阶与下台阶右部同时进行连线爆破，完成一个全断面爆破掘进的工作循环。同样，为了防止爆破时爆破地震波相叠加，将选择合适段号的连结雷管，确保爆破震波降至最低。

锚塞体室及后锚室的爆破参数设计原则与前锚室基本一致，爆破施工的最大循环进尺、台阶长度、爆破器材、掏槽方式、炮孔布置及孔网参数、装药结构、光面爆破等相关爆破参数参考前锚室，局部爆破参数在实施过程中根据实际情况调整。

锚塞体中、下台阶钻爆开挖时，为了减轻爆破震动，中、下台阶可以分为左右侧两部分爆破。

2.3 爆破震动安全校核

为确保隧道锚洞室在爆破施工中的结构安全，本爆破设计完成后根据锚碇洞室围岩特性及国内外相关经验公式进行爆破震动安全校核。

爆破震动的安全判据可以采用振动加速度、振动速度、应力应变幅值等进行判定。以振动速度作为隧道洞室开挖爆破振动判别的指标，基本上取得了共识，为此，多数国家对不同建筑物制定了以临界振动速度值作为爆破安全的评判标准。一般情况下，可以用岩石抗拉强度反求临界振动速度V。

式中 :σt为岩石抗拉强度，MPa;E为弹性模量，MPa;C为弹性波传播速度，m/s。

关于爆破震动速度可以按照根据萨道夫斯基公式进行估算

式中:Qm为最大一次齐爆药量，kg;R为爆心至测点的距离，m;Vkp为允许的质点震动速度(cm.s-1);K为与地质条件、爆破方式、爆破条件有关的系数，中等硬度岩石K=150～250;α为与传播途径、距离、地质和地形等有关的衰减系数，α=1.3～2.0。

在不同爆破条件下，K、α值相差很大，估算值的准确性一般较差，因此在爆破施工的初始阶段，一般先借鉴类似工程和工程经验确定K、α的初始值，然后进行小药量的试爆，并进行现场监测，回归出现场地质条件下的K、α值，以确保计算的爆破振动速度值的准确。

所以，在本隧道锚洞实际开挖爆破研究时，借鉴了与本工程同标高且只相距两公里的连拱隧道实际爆破相关参数，并按公式(1)进行计算分析，得到了如下几点小结。

(1)按照该方案进行爆破开挖时，K取150，α取1.7，可计算出锚碇洞室内的震动速度均小于7cm/s，最大质点震动速度为5.76cm/s;

(2)为了确保安全，在前锚室开挖过程中进行爆破震动监测确定该地质条件下的相关系数，为锚塞体室和后锚室开挖提供依据;

(3)各锚室开挖中药量最大一段均为底板眼，由于底板眼最后起爆，且上部已经形成临空面，因此实际震动速度值要小于计算值，但为了确保安全，可以在前期爆破震动监测的基础上进行计算，如震动速度仍然超过允许值，可将锚塞体后部的底板眼分多段起爆，同样不影响爆破效果。

3 结语

在大断面、小间距、陡倾角及复杂地质条件下的坝陵河大桥隧道锚洞室施工爆破过程中，对洞室不同断面进行不同的钻爆设计，包括前锚室、锚塞体室和后锚室三部分的钻爆设计。同时施工过程中应用了工程类比法和现场试验法相结合及信息反馈方法选择最佳爆破参数。坝陵河大桥隧道锚洞室施工爆破关键技术的成功应用，为洞室轮廓尺寸的成型、施工安全、施工效率等关键作用，这将为我们今后的类似工程施工提供了参考实例。

[1] 坝陵河大桥西岸隧道锚施工设计图.北京:中交公路规划设计院，2005.

[2] 坝陵河大桥西岸隧道锚施工爆破设计.武汉:中交第二航务工程局有限公司，2005.

[3] 黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.

[4] 王梦恕.浅埋隧道暗挖法设计——施工问题新探[J].隧道建设，1992，(2).

[5] 齐景狱.隧道现代爆破技术[M].北京:中国铁道出版社，1995.

[6] 公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)[S].