双连拱隧道后行洞爆破方案优化研究

赵利强

华丽高速公路五台山2 号隧道设计为无中导洞施工工艺，其优点为可以减少施工步骤和临时支护，但存在工序衔接难度大，后行洞拱架搭接在先行洞钢架上，未闭合成环，结构受力复杂，后行洞爆破对先行洞衬砌扰动较大，因此选择合理的爆破方案对无中导洞连拱隧道的施工质量具有重要意义。

目前连拱隧道多采用中导洞或三导洞的施工方法，然而导洞法工序繁多，临时支护多，施工工期长。无中导洞法少了开挖导洞的工序，减少了临时支护，工序干扰小，加快施工速度、提高施工质量，但是，无中导洞连拱隧道施工时，后行洞爆破对先行洞的衬砌扰动大，爆破工艺要求高。本文以云南华丽高速公路第29 合同段五台山2 号连拱隧道施工为例，探究后行洞爆破对先行洞衬砌影响规律，并优化爆破方案，从先行洞预留空隙和后行洞采取三次爆破方式等方面谈谈如何减小后行洞爆破对先行洞衬砌的震动影响。

一、工程简介

1.工程概况

五台山2 隧道是一座无中导洞连拱隧道，起止点桩号为K141+343～K141+860，全长517 米，隧道围岩有Ⅳ级和Ⅴ级两种，其中Ⅳ级围岩占442 米（85.5%），Ⅴ级围岩占75 米（14.5）。隧道区属中低山岩溶化山地地貌区，地质构造复杂，节理裂隙较发育。

2.工程特点

地层岩性主要以粘土、中～强风化白云质灰岩为主，岩质较硬，隧道区岩溶发育，隧道开挖有遇竖井状溶洞的情况。五台山2 号隧道采用进口端单向掘进，施工时先施工地质较差、埋深较浅的一幅，结合实际地形、地质将左洞定为先行洞，右洞定为后行洞，左右洞均采用台阶法开挖。后行洞拱架搭接在先行洞钢架上，未闭合成环，结构受力复杂，须严格控制爆破施工工艺，防止后行洞爆破引起先行洞衬砌混凝土开裂甚至失稳。

二、施工工艺

1.总体施工工艺

根据施工组织设计开挖方案，Ⅳ级围岩左洞采用上下台阶法，右洞采用上下台阶法开挖。采用超前小导管注浆方式进行预支护，然后采用微差控制爆破技术进行开挖，掏槽采取楔形掏槽，每循环进尺2 榀，周边眼采用光面爆破，开挖后利用喷混凝土、锚杆支护、挂钢筋网、设型钢钢架支护，浇筑二衬钢筋混凝土。Ⅴ级围岩左洞采用三台阶预留核心开挖，右洞采用三台阶预留核心土临时仰拱法，爆破采用微震控制爆破技术，掏槽采取楔形掏槽，每循环进尺1 榀，周边眼采用光面爆破，开挖后利用喷混凝土、锚杆支护、挂钢筋网、设型钢钢架支护，浇筑二衬钢筋混凝土。要求爆破震动速度控制标准值应小于15cm/s，施工过程中加强后行洞爆破对先行洞衬砌震动影响的监测，实时动态调整爆破设计方案及参数。

2.后行洞Ⅳ级围岩爆破设计

（1）爆破参数选择

①炮眼直径选择

炮眼直径选用：d=42mm。

②炮眼深度

循环进尺为：l=1.60m，取炮眼利用率n 为0.90

实际取炮眼深度为1.8m，实际循环进尺为：

l'=1.8×0.90=1.62m

掏槽眼的深度为：

L掏=1.8+0.2=2m

辅助眼及周边眼的深度为：

L辅、周=1.8m

（2）每循环总炸药用量

Q=qV

式中：Q——掘进每循环所需总炸药量(kg)，Ⅳ级围岩取0.95kg/3m；q——单位耗药量，(kg/m3)；V——1 个循环进尺所爆落的岩石总体积(m3)，其值为

V=SLη

其中：S——右洞上台阶开挖断面面积(m2)，S=62.642m；

L——炮眼平均深度(m)，L=1.8m;；

η——炮眼利用率，η=0.9。

故Q=0.95×62.64×1.80×0.90=96.40kg

（3）掏槽眼布置

①掏槽眼参数

采用两层掏槽眼，内掏槽眼与开挖面的夹角取40°，外掏槽眼与开挖面的夹角取50°，上下掏槽眼间的距离取60cm。

②掏槽眼长度

l内掏=1/sin40=1.56m

l外掏=2/sin50=2.61

③掏槽眼装药量

掏槽眼的装药系数取0.7，则单孔装药量为：

每个内掏槽眼，q内掏=1.56*0.7*0.86=0.94

实际取0.9kg（3 卷）

每个外掏槽眼， q内掏=2.61*0.7*0.86=1.57

实际取1.5kg（5 卷）

掏槽眼总装药量为：

Q掏=8*0.9+10*1.5=22.2 kg

（4）周边眼布置

①周边眼间距及最小抵抗线

根据围岩情况和隧道断面尺寸：

周边眼间距取500mm，最小抵抗线取500mm，光爆孔密集系数为1.0。

②周边眼数量

按照右洞上台阶开挖面的周长和选用的炮孔间距，可以计算出周边眼个数取37 个。

③周边眼单孔装药量

为了保证光面爆破效果，周边眼装药系数取为0.4；为了保证开挖净空，周边眼向外倾斜，眼底超出轮廓线100mm。

则周边眼的长度为：

L周=1.8m

则单孔装药量为：

q周=1.8*0.4*0.86=0.61 kg

实际取0.6kg(2 卷)。

④周边眼总装药量

周边眼的总装药量为：

Q周=0.6*37=22.2 kg

（5）辅助眼布置

考虑围岩坚固系数，辅助眼装药系数取为0.55。

①辅助眼数量

N辅=（96.4-22.2-22.2）/（0.55*1.8*0.86）=61 个

实际取71 个。

②辅助眼单孔装药量

Q辅=0.55*1.8*0.86=0.85 kg

实际取0.90kg(3 卷)。

③辅助眼的总装药量为：

Q辅=71*0.9=63.9 kg

（6）中岩墙炮眼布置

后行洞距先行洞初支1m 布置炮眼，以松动爆破为主，采用不耦合装药。

在预留1m 中岩墙中部布置减震孔，间距0.3m，最后装药爆破，防止后行洞爆破对先行洞二衬造成破坏。

装药系数为40%，

q中=1.8*0.4*0.86*=0.619 kg

实际取0.6 kg（2 卷）

Q中=0.6*12=7.2 kg

Q=63.9+22.2+22.2+7.2=115.5 kg

此值与按体积公式计算的总装药量基本一致，所以按此值进行装填炸药。

3.监控量测

因无中导洞连拱隧道爆破开挖扰动次数多特点，隧道初期支护受力形式和变形影响因素复杂，施工风险高，监控量测在埋深浅、偏压大的连拱隧道中显得非常重要。因此，连拱隧道施工过程中必须重视监控量测工作，并及时进行监控量测的数据分析及信息反馈，以保证施工安全。

监控量测断面的布设要求：

（1）洞口浅埋段10-15m 范围之内，应布置不少于

3-5 个测点进行位移监测。

（2）水平收敛和拱顶下沉量测，V 级围岩每10～20米一处，IV 级围岩每20～30 米设置一处监测断面，监测应在爆破后12 小时内和下一循环开挖前完成进行。

（3）中墙内应力、表面应力及裂缝量测，结合周边收敛位移监测中墙位移。每个洞口浅埋段，应不少于3 个断面，每个断面不少于3 个测点。

（4）在先行洞二衬拱腰2m 范围内布置震动测点，以后行洞掌子面对应先行洞二衬位置为中点等间距对称布置5 个测点（如图1），先取D 为10m，后根据震速测试结果缩小测点间距，监测不同位置衬砌的震动衰减规律。

图1 测点布置图

三、结语

五台山2 号连拱隧道后行洞爆破施工过程中，采用以上方法优化爆破方案，可以极大的减小后行洞爆破对先行洞衬砌的扰动，保证先行洞二衬质量。从施工进度、工程质量和安全都得到有效保障，对类似的高速公路连拱隧道施工具有一定参考价值。