公路隧道下穿源水管爆破安全控制研究

吴伦渊

摘 要：本文主要对主线隧道及供水管隧道工程现状分析研究，合理选用主线施工专项方案；通过对爆破相关参数的选取以及进行合理的计算分析，得出了主线隧道合理的爆破方案符合下穿源水管的安全控制标准；后期施工过程中，对源水管爆破振速的监测与计算结果一致性良好，从而，安全通过源水管。

关键词：源水管；下穿；爆破振速；公路隧道

1 工程概况

本标段南北主线隧道为分离式三车道隧道，在深圳水库主大坝下游（约200m）呈大角度（80～90°）斜交下穿源水管，交叉里程分别为NXK1+893.4（南线）/BXK1+946.6（北线）。下穿处隧道均为浅埋，围岩级别均为Ⅴ级，隧道埋深分别为17.53m（南线）/19.13m（北线）；隧道与源水管之间最小净距分别为13.6m（南线）/14.9m（北线）。

隧道下穿源水管段修建约30年前，为无压管道。采用拱涵断面，净空尺寸为3.6m（宽）*4.6m（高），边墙为40Cm厚现浇钢筋砼，拱部一般段为20cm厚钢筋砼预制板，过公路段为40cm厚钢筋砼现浇板，拱顶以上设计覆土1.0m以上（抗浮要求）。该拱涵结构缝宽10mm，缝中埋设“U”形铜片止水带，三油两毡填缝。据《水工建筑物止水带技术规范》DL/T5215-2005规定，接缝处剪切位移限值≤24mm。源水管结构断面如右图所示。

据源水管相关资料显示，供水管道基础大部分置于砂卵石层，部分置于全风化岩层，局部在强风化岩层上，其容许承载力[R]=150～400KPa，摩察系数F=0.25～0.40。

2 下穿爆破参数

隧道下穿地段围岩为V级，采取双侧壁导坑法施工。V级围岩较差，可采用人工加机械开挖，确有岩石时，局部采用微差松动控制爆破，循环进尺不大于1.0m。

（1）爆破掘进断面尺寸：隧道宽15.85米，高11.35米。

（2）炮眼布置：采用浅眼爆破，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六部分掘进。Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ部分掘进炮眼类型分掏槽眼、辅助眼和周边眼，Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ部分掘进利用上台阶已形成的自由面，打水平炮孔分层爆破。

（3）炮眼参数：a.炮孔直径ψ42mm。 b.单循环进尺1.0m。c.孔网参数：掏槽眼：掏槽眼布置在开挖面中间，平行空孔直线掏槽，孔距400-500mm，超深0.2米，孔深1.2米。

扩槽眼；孔距700-800mm，排距550-700mm。

辅助眼：在掏槽眼与周边眼之间设辅助眼，孔深1.0米，辅助眼孔间距550-600mm，排距550-700mm；

Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ部分辅助眼：最小抵抗线W=800-900mm，孔间距a=750-950mm，排间距b=800-900mm。

周边眼：沿设计轮廓线布孔，孔距500-550mm。

底板眼：600-950mm。

（4）装药量计算。

第Ⅰ、Ⅲ部分平均炸药单耗q=1.18kg/m3；总药量Q=q*V=29.5kg，爆破体积V=S*L=24.8m3。

第Ⅱ、Ⅳ部分平均炸药单耗q=0.50kg/m3；总药量Q=q*V=9.6kg，爆破体积

V=S*L=18.9m3。

第Ⅴ部分平均炸药单耗q=1.06 kg/m3；总药量Q=q*V=42.6kg，爆破体积V=S*L=40m3。

第Ⅵ部分平均炸药单耗q=0.45 kg/m3；总药量Q=q*V=13.4kg，爆破体积V=S*L=30m3。

炮孔布置钻爆参数详见附图：V级围岩双侧壁导坑法钻爆设计图。

3 装药量的计算

3.1 单位炸药消耗量

爆破每立方米原岩所消耗的炸药量称为单位炸药消耗量。影响单位炸药消耗量的主要因素有：岩石坚固性、岩石结构构造特征、炸药威力、断面尺寸、炮孔直径、深度等因素。

单位炸药消耗量的确定方法有如下几种：

一是参照国家颁布的预算定额选定。

二是计算法，根据以往经验，先布置炮孔，并选择各类炮孔的装药系数，依次求出各炮孔的装药量、每循环的炸药量和单位炸药消耗量。

三是類比法，参照类似工程选取。

根据以上三种方法，我们确定本工程的单位炸药消耗量在0.4～1.5Kg/m3。

3.2 药量计算

隧道开挖爆破，各炮孔装药量也不同。

周边孔采用光面爆破时，单孔装药量按照装药密度和孔深计算。

掏槽孔和崩落孔的单孔药量一般通过装药系数调整。

计算公式：

3.3 炮孔数目

炮孔数目确定的步骤是：通常先根据单位炸药消耗量进行初算，再根据实际统计资料用工程类比法初步确定炮孔数目，该数目可作为布置炮孔时的依据，然后再根据炮孔的布置情况，对该数目适当进行调整。可依据下列公式进行估算：

4 爆破振速安全控制

隧道下穿地段正下方围岩均为Ⅴ级，除南线NXK1+915～+941（26m）为Ⅳ级外，附近（100m范围）为Ⅴ、Ⅵ级围岩。源水管与隧道最小净距13.6m（南线）/14.9m（北线）；下穿段Ⅴ、Ⅵ级围岩采用双侧壁导坑法施工，开挖方式主要采用人工配合机械开挖，下半断面部分为岩石需要爆破。设计振速限值2Cm/s，验算按最不利因素（全断面分部爆破）考虑，南线距源水管净距较北线近，以其为基准进行爆破振速验算。

a-1.Ⅴ级围岩地段

据Ⅴ级围岩双侧壁导坑法爆破参数表可查，循环进尺1m，单段最大装药量Q1=7.8Kg（第V部）；

源水管距南线起爆中心最小距离（交叉正下方）为15m，据上表可查同段起爆最大装药量Q2=5.41Kg（R=15m）；

《爆破安全规程》震速计算公式为：V = K（3√Q / R） α，K值取50（岩石条件K=30～70），α值取1.5（α=1～2）。

由Q1>Q2，可知振速超出限值，故需采取缩短循环进尺，減少单段最大装药量，满足振速限值要求。据同段起爆最大装药量表、结合现场实际情况，以交界面为起点向两端分段拟定循环进尺，确定所分段落每循环单段起爆最大装药量，对每一段落产生的最大爆破震速进行验算如下：

a-1.0～20m地段

循环进尺至0.6m（1榀钢架间距），单段最大装药量Q2=7.8/1*0.6=4.7Kg该段起爆中心距源水期管最小距离R1=15m（交叉正下方），该段最大爆破震速为：

V1max = K（3√Q 2/ R1） α=50（3√4.7/ 15） 1.5=1.87（Cm/S）

故，满足设计振速限值要求。

a-2.20m以后地段

按正常段进行施工，循环1.0m，单段最大装药量Q1=7.8Kg，该段起爆中心距源水期管最小距离R2=25m（距交界面20m），该段最大爆破震速为：

V2max=K（3√Q 1/ R2） α=50（3√7.8/ 25） 1.5=1.12（Cm/S）

故，满足设计振速限值要求。

a-3.南线Ⅳ级特殊段

南线与源水管交叉（NXK1+893.4）附近NXK1+915～+941（26m）段为Ⅳ级围岩，采用三台阶法爆破施工，也需进行爆破施工。循环进尺拟定为1.0m（1榀钢架间距），单段最大装药量Q3=16.8/1.8*1.0=9.3Kg，该段起爆中心距源水期管最小距离R3=26.3m（距交界面21.6m），该段最大爆破震速为：

V3max=K（3√Q 3/ R3） α=50（3√9.3/ 26.3） 1.5=1.13（Cm/S）

故，满足设计振速限值要求。

5 结语

东连线隧道下穿源水管的爆破参数选取从爆破验算中可以看出是满足设计振速限值V限=2Cm/s。由此，我们推断该方案在现有的地质条件下，是能够满足相关规范规程以及设计要求的。

此外，在我们采用该方案进行爆破作业时，应同时加强监控量测，及时对该方案进行检验，确保理论与实践相对一致，及时的反馈信息指导施工，从而，安全的下穿源水管。

参考文献：

[1]《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015）.

[2]《爆破安全规程》GB-6722-2015.

[3]《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009.

[4]《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60-2009.

[5]本标段施工图第三册：隧道工程（工程编号：2008区231）.