南宁玉象隧道工程爆破方案探讨

2020-05-25周国亮

西部交通科技 2020年1期

关键词：装药乳化炸药

周国亮

南宁玉象隧道设计为4座并排的机动车与非机动车分离隧道，隧道净距较小，跨径较大，施工极具难度。文章针对该隧道设计参数及地质情况，合理地调整原开挖方案与施工参数，并针对开挖断面，设计出详细的爆破方案及参数。

隧道;施工技术;爆破

U455.6-A-34-116-4

0 引言

南宁玉象隧道设计为4座并排的机动车与非机动车分离隧道，隧道净距较小，跨径较大，施工极具难度。隧道围岩为V级，且围岩极为破碎，隧道线位还穿越断层带。本文结合该隧道开挖工程实例，介绍爆破方案及参数。

1 工程概况

1.1 工程簡介

广西南宁五象新区玉象路二期工程是连接五象大道与明辉路的一条南北向的城市主干路，位于南宁市五象新区邕江以南。项目路线设计全长2 984 m，设计速度为50 km/h，道路红线宽48 m，双向八车道。本项目包括道路部分和隧道部分，其中道路桩号为K2+400～K3+212.642，隧道分为机动车隧道和非机动车隧道，均为左右洞布置、上下行分离设计，形成由4个并行排列的小净距隧道组成的隧道群。隧道全长1 945 m，其中，机动车隧道左线起点桩号为K2+400，终点桩号为K2+840，全长440 m，机动车隧道右线起点桩号为K2+340，终点桩号为K2+820，全长480 m;非机动车隧道左线起点桩号为K2+395，终点桩号为K2+880，全长485 m，非机动车隧道右线起点桩号为K2+320，终点桩号为K2+860，全长540 m。4座并排隧道中，机动车隧道与非机动车隧道的最小净距为18 m，隧道单洞最大开挖跨径达到15 m高、21.5 m宽，是我国目前开挖跨径最大的市政道路隧道。

1.2 工程地质情况

根据地勘报告判定，玉象隧道围岩级别为Ⅴ级，整体穿越一构造断层，详细围岩描述见表1。断层总体较为平直，发育有片状及透镜体状构造角砾岩。钻孔揭露为构造破碎，石英等岩脉较发育，少量漏水，揭露演示易破碎，采取率低，裂隙面多见铁锰质结核物，破碎带宽度为3～6 m，断层与隧道呈斜交，整体稳定，局部易掉块，渗水中等。此破碎带距全风化层和强风化层较近，整体地层为破碎粉砂岩层，存在整体涌水及掌子面坍塌的可能性。

2 开挖方案

本工程隧道属大断面隧道，该型隧道采用复合式衬砌，主隧道交汇由小净距隧道和大断面隧道组成。施工时涉及多种断面形式同时施工，包括先期开挖，利用上台阶开挖面作为导洞，横向扩挖大跨度断面，之后大跨度断面纵向开挖，经由大断面过渡段最后与标准主体隧道顺接。期间需分别对大跨度断面范围内的各类型支护分别进行衬砌，并将其余部位进行填充[1]。施工内容繁多，且本工程施工进度安排较为紧密，对工序衔接要求较高。经多方研究，其施工工艺如下：

（1）大跨段采用上下台阶法施工，待施工进入大跨段大断面施工范围内，首先利用上台阶作为超前导洞，导洞进尺约5 m，并施作临时喷锚支护。大断面超前导洞开挖如图1所示。

（2）超前导洞进尺达到5 m后，开始对大断面进行横向扩挖，扩挖顺序如图2所示。每步扩挖完成后及时施作初期支护，横向扩挖段总进尺约5 m。

（3）对于本项目开挖跨度>22 m的隧道，在横向扩挖完成后，采用大断面双侧壁导坑法施工，开挖顺序见图3。

（4）对于本项目开挖跨度≤22 m的隧道，纵向开挖初支完成后，采用常规大断面渐变段施工开挖工艺，开挖顺序见图4。

3 爆破施工方案

3.1 爆破方案选择

本隧道工程为典型的V级围岩隧道，根据本地区同类项目经验，采用光面爆破方式进行。

3.2 爆破开挖工艺

大量的工程实践证明，隧道光面爆破质量是否良好，与隧道开挖时超挖和挖底的大小及实际施工精度密切相关。而作为主要控制因素的钻眼精度，需要根据实际施工条件及质量要求进行现场判定[2]。与此同时，隧道横断面轮廓线放样误差应尽量缩小，一般≤±2 cm。周围的开挖台阶斜度务必要严格控制，通常其坡脚应落在开挖弧面内，并可根据需要调整周围的岩石情况。每环斜度的间距误差≤5 cm，斜率≤3 cm/m。主要的控制参数如下：

（1）装药浓度。减少炮眼周围的装药浓度，这有助于减少冲击岩体中爆破的过程。

（2）解耦系数。对解耦系数的合理选择会产生爆炸应力波浪引起空气冲击。当它作用于眼壁时，冲击力会大大减轻，这是有助于岩石破碎的重要方法。

3.3 爆破器材选择

根据施工中常用爆破器材，选用以下爆炸物品作为本隧道施工的爆破器材。爆破器材名称、规格、用途如下：

（1）导爆管：塑料导爆管，起爆。

（2）雷管：1～15段非电毫秒雷管，掘进和传爆。

（3）炸药：乳化炸药，爆速为3 800～4 000 m/s，32 mm，掘进。

3.4 循环进尺和炮孔数目

（1）循环进尺

根据以下公式计算：

L=l 0/（t×Nm×Ns×∫）=l/∫（1）

其中：L——炮孔深度（m）;

l 0——隧道掘进全长（m）;

t——每月的有效工作日，取25 d;

Nm——完成掘进的月数，取20个月;

Ns——每天工作的台班数，结合掘进施工工艺，取≤3台班;

∫——炮孔利用率，取95%;

l——每循环计划进尺（m）。

根据玉象隧道实际情况计算可得：L=2.1 m。

考虑围岩类别情况，选择V类围岩循环进尺为2 m。

（2）炮孔数目

根据公式：N=3.3×（fS2）1/3（2）

其中：N——炮孔数目（个）;

f——普氏系数;

S——隧道断面积（m2）。

通过该公式计算炮孔数目后适当调整，确定断面的炮孔数量。

4 爆破控制及注意事项

4.1 乳化炸药

本次爆破采用SC乳化炸药，其是一种泵送散装乳化炸药，呈不透明流体状，其黏度与不稠的润滑脂或重油类似[3]。通过将非起爆的乳化基质与气化溶液混合形成抗水炸药后输送进炮孔，这种独特的乳化结构使其具备良好的抗水性。SC乳化炸药相关设计参数见表2。

SC乳化炸药优点主要有以下几点：（1）成品炸药的密度可以根据爆破设计需要而调整;（2）泵送的乳化炸药可以减少产品的溢出，且此炸药不溶于水，具有优良的耐水性能，能够极大地降低其对环境的污染;（3）此炸药可以采用完全耦合装药模式，极大地加强了爆破效果;（4）SC泵送炸药运输及安装手段能够极大降低现场炸药存量，保证安全，同时还能提高装药速度并降低炮烟量，明显改进作业循环效率。

4.2 爆破控制

根据大量科学研究，粒子振动速度与岩石材料的装药、爆炸源距离及相关参数密切相关。因此，上述几个影响因素可以解决爆破震动的控制效果，具体控制因素参照《爆破手册》[4]。

在控制费用方面，可以采取以下措施进行爆破控制：

（1）限制起爆段的炸药用量，能有效降低震动强度，营造可控的爆破条件。

（2）实践证明，总炸药相同条件下的同步爆破时，微差爆破的震动速度比常规爆破低30%～60%。每次起爆之间的延迟时间间隔应满足减震主墙的要求，因而每次爆破所造成的影响范围都是不重叠的。在满足爆破效果的前提下，减震性较好时，则是最佳的间隔时间。

4.3 注意事项

（1）乳化炸药爆后炮烟少的特点使得该炸药适合于隧道的爆破作业，操作员必须在确保有足够的通风之后才能再次进入爆破现场。

（2）乳化炸药对于正常操作情况下以外的冲击、摩擦或者机械撞击都不敏感，但巨大的冲击或者过度加热，特别是封闭条件下，也有可能导致炸药爆炸，因而运输及移动炸药应相当注意。

（3）炸药的最大预装药时间是7 d，预装药时间取决于炮孔直径，炸药密度和炮孔中水质的影响，起爆系统及掘进方式等因素。如果现场有特殊的施工要求，需与炸药生产商进行技术对接。

（4）炸药最适用的现场温度为0 ℃～55 ℃，如果隧道内温度超过此范围，则需采取升温或降温措施确保炸药能达到最佳爆炸效果。

（5）炸药的气化速率由温度决定，30 ℃时，常规的气化时间为大约0.5 h;25 ℃时，须确保炮孔内装药1 h后再起爆，方能达到最佳爆破效果。

5 结语