花岗岩残积土地质的爆破施工技术

陈英杰

（中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 深圳518083）

0 引言

花岗岩的化学性质为酸性，无法作为集料很好地运用于道路工程中，导致花岗岩开采量小，大量出露于我国南方地区。花岗岩具有不均匀风化等性质，在花岗岩分布的地区修建隧道时，往往要克服花岗岩残积土带来的围岩的不均匀性等问题［1］。

此外，花岗岩残积土在遇水侵蚀后易发生崩解、软化、随水流失的状况，会给安全控制及隧道施工带来很大的困难，如隧道结构受力不均、隧道开挖过程中的塌方失稳等等［2］。因此，本工程针对花岗岩残积土地层，将台阶法+临时中立柱法的隧道爆破施工技术应用于广州市某区间暗挖隧道实际工程，以期为日后在花岗岩沉积土施工工程中提供参考作用［3］。

1 工程概况

广州市番禺某地铁站位于珠江三角洲冲积平原，地势较为平坦，相对高差较小，沿线地面高程一般为6.12～8.18 m。地铁工程隧道拱顶覆土23.2～26.2 m。隧道开挖面主要位于中风化～微风化花岗岩中。

综上所述，砂土液化对隧道结构影响小，可不考虑软土震陷，可综合判定场地稳定性较好［4］。

区间下穿地质示意如图1所示。

图1 区间下穿地质示意图Fig.1 Geological Schematic Diagram of Interval Underpass

2 花岗岩残积土性质

2.1 易软化性

花岗岩残积土的压缩性会随着含水量的不断增加而持续增大。花岗岩残积土中的游离氧化物，起到了胶结作用，但随着含水量的增加，胶合物的胶结作用会受其影响，溶解量增加，从而致使残积土的强度减弱。

2.2 遇水崩解、随水流失性

石英、高岭石、伊利石是花岗岩残积土的主要矿物组成。随着残积土风化程度的增加，高岭土的含量变高，导致吸水性增强，遇水易软化、崩解，强度随之降低，易发生随水流失现象。

⑴崩解：花岗岩残积土进水10 min 后便发生快速崩解，崩解无扰动后的承载力与淤泥接近。

⑵随水流失：花岗岩残积土中高岭土遇水很快崩解、软化，受水浸泡后成灰白色泥浆并随地下水流动而流失，使得土体越来越松散、石英颗粒间的联结越来越差，细小的石英颗粒也逐渐随水流失［5］。

2.3 各向异性

花岗岩中存在3 种岩脉，3 者散布不均匀，抗风化能力也不相同，使其经风化后会形成较硬土层和软弱土层2种形态，从而导致边坡失稳［6］。

3 工程设计

根据花岗岩残积土的性质，针对花岗岩残积土地层隧道施工提出台阶法+临时中立柱法施工爆破设计［7］。

采用光面爆破技术，进行隧道开挖爆破。为了降低对围岩的扰动，施工中需控制同时起爆药量。为了防止超挖，软弱岩石可采取适当欠挖与人工修凿相配合［8］。

矿山法经常采用楔形掏槽，楔形掏槽现场采用单式掏槽［9］（见图2）。

图2 单式楔形掏槽示意图Fig.2 Schematic Diagram of Single Wedge Cut

3.1 台阶法概述

台阶法分为2 种：正台阶法和反台阶法。台阶法是隧道工程和地下工程中最基本、也是运用最广泛的一种施工方法（见图3）［6］。

3.2 台阶法+临时中立柱法施工流程（见图4～图6）

图3 台阶法隧道开挖施工Fig.3 Tunnel Excavation by Bench Method

图4 施工横剖面Fig.4 Construction Cross Section

图5 横纵向施工工序示意图Fig.5 Schematic Diagram of Horizontal and Vertical Construction Process

图6 小净距台阶法+临时中立柱法隧道开挖顺序示意图Fig.6 Schematic Diagram of Tunnel Excavation Se⁃quence of Small Clear Step Method + Temporary Middle Column Method

⑴拱顶左侧上导洞超前小导管；

⑵左侧上导洞开挖、打设拱顶及边墙砂浆锚杆（或边墙对拉锚杆）；

⑶左侧上导洞初支、锁脚锚管、临时支撑、临时仰拱；

⑷左侧下导洞开挖➝打设边墙砂浆锚杆（或边墙对拉锚杆）；

⑸左侧下导洞初支、临时支撑、临时仰拱；

⑹拱顶右侧上导洞超前小导管；

⑺右侧上导洞开挖➝打设拱顶及边墙砂浆锚杆（或边墙对拉锚杆）；

⑻右侧上导洞初支、锁脚锚管、临时支撑、临时仰拱；

⑼右侧下导洞开挖➝打设拱顶及边墙砂浆锚杆（或边墙对拉锚杆）；

⑽右侧下导洞初支、临时支撑、临时仰拱➝初支背后注浆［10］；

⑾施做防水层及二衬封闭成环➝二衬背后注浆；

⑿施作中隔墙；

⒀隧道轨底回填。

3.3 台阶法+临时中立柱法施工隧道爆破设计

爆破开口处时，在周边轮廓线上布置周边孔，孔间距450～550 mm，局部地区加密，防止形成喇叭口；辅助孔通常以梅花状布孔。

爆破参数如表1所示，待试爆后，进行调整。

4 爆破振动校核

国家对爆破施工中爆破所产生的地震效应对建筑物的影响做了明确的保护规定和保护控制措施［11］。

降服了天南星妖，天君念我有功，准许我重回天界。我恳请天君免去我战神一职，我要去天涯海角，召回墨颜散落的魂灵。

参照《爆破安全规程：GB 6722-2014》的规定，在爆破作业过程中，须严格控制爆破振动对周边建筑物的影响。本工程中，民用建筑物按2.0 cm/s，商业建筑物（BRT）按3.5 cm/s计算。

表1 台阶法+临时中立柱法爆破参数Tab.1 Blasting Parameters of Bench Method +Temporary Middle Pillar Method

按照式⑴，计算爆破允许最大装药量。参考α与k软岩的关系进行取值：

式中：V为爆破地震安全速度（cm/s）；Q为最大装药量（kg）；R为爆破区至建筑物的距离（m）；M为药量指数，取m=1/3；K为爆破系数，取K=150；α为地质条件系数，α=1.8。

爆破施工时，必须严格控制最大段装药量，各种距离条件下的最大一段装药量为15.38 kg，距需要保护对象的距离R=27.37 m（爆心距），隧道离番禺某酒店地下室边线水平距离14.52 m，隧道埋深23.2 m。

隧道区间矿山法隧道下穿东兴路，从北到南走向，地面现状主要为已拆迁的荒地；下穿东兴路，隧道施工时对周边建筑物影响较小［12］。

隧道爆破掘进时，隧道离番禺某酒店地下室边线水平距离14.52 m，隧道埋深23.2 m，爆心距为27.37 m。利用萨道夫斯基公式算出最大单段药量为15.38 kg。采用1 m 进尺时最大单段药量为8.55 kg，小于15.38 kg。因此采用1 m进尺的掘进爆破不会对酒店造成影响。

同时通过爆破参数计算表利用萨道夫斯基公式反算安全距离，2 m进尺时最大单段药量为17.1 kg，安全距离为28.4 m。因此当爆心距大于28.4 m 时才能采用2 m进尺。

本工程对爆破振动控制要求高，根据距离建构筑物的远近及监测数据适当调整循环进尺，防止对构筑物造成影响，并严格控制单段药量［13］。

5 小结

⑴由于花岗岩残积土地层存在易软化性、水土流失、遇水崩解、不均匀性及各向异性等性质，会给隧道工程带来许多工程问题，其中包括支护受力不均，隧道洞室变形严重。

⑵针对花岗岩残积土地质隧道施工工程采取台阶法+临时中立柱法施工爆破设计，可以达到很好的施工效益［14］。

⑶本项目涉及到危险性较大的爆破作业，风险较大，施工安全控制极为重要。为了防止爆破振动带来的危害，应严格控制单段药量。