泥巖夾頁巖隧道結構中線形微震爆破技術應用研究

楊飛軍

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

泥巖夾頁巖隧道結構地質條件較差，任何較大的擾動都會影響隧道結構安全，這些都對隧道施工技術提出了更高要求。傳統隧道爆破技術振動頻率較大，對泥巖夾頁巖隧道結構造成的擾動和破壞性大，難以保證施工安全。線形微震爆破技術是一種較新穎的隧道爆破技術，為典型的弱爆破技術，采用超淺孔、小藥量、密造孔、小規模的施工方法，形成的振動較小，地震波對隧道圍巖結構影響也小，可有效保證隧道施工效果，在復雜地質條件中具有良好發展和應用前景?；诖?，本文結合元墩隧道案例，對泥巖夾頁巖隧道結構中線形微震爆破的應用要點進行分析研究。

1 工程概述

元墩隧道結構較復雜，由1 號和2 號兩個獨立隧道組成。其中1 號隧道有上下行之分，上行長300 m，傾斜率3.685% ；下行長307 m，傾斜率3.800%。2號隧道也有上下行之分，上行長463 m，下坡率3.681% ；下行長353 m，下坡率2.689%。為保證施工一致性，在元墩隧道工程施工中，兩個隧道凈寬9.75 m，凈高5.0 m。本工程所在區域地質條件為Ⅱ類圍巖，具體施工中最大開挖寬、高分別為12.44 m、9.88 m。

2 泥巖夾頁巖隧道結構特點和技術控制措施

本工程為典型的泥巖夾頁巖隧道結構，具有以下特點：①隧道長度短。元墩1 號和2 號隧道都較短，最長的2 號隧道也只有463 m。②隧道施工中開挖斷面較大。兩隧道均為單向隧道，行駛車道為2 車道，隧道圍巖等級為Ⅱ，在保證施工速度的基礎上要確保施工安全。其具體開挖寬為12.44 m，高為9.88 m，開挖斷面面積達105.5 m2。③隧道工程在不同施工段的埋深不同，總體在40 m～90 m。圍巖等級為Ⅱ級，地質條件較差。尤其是1 號隧道在開挖中穿越了復雜的泥巖夾頁巖層，若施工法和技術選擇不當，會影響施工安全。2 號隧道條件同樣較差，圍巖等級在Ⅱ級以上的不良圍巖超過50%，破碎嚴重，會影響施工安全。

為更好地保障施工質量和安全，在施工中采取如下技術措施，取得了良好效果。①泥巖夾頁巖隧道結構地質條件較差，為降低對周圍圍巖造成的擾動和破壞影響，在隧道開挖施工中選擇線形微震爆破新技術和光面爆破技術，開挖完成后及時跟進支護，以保證施工質量及安全[1]。②對容易出現塌方的Ⅱ、Ⅲ類圍巖，選擇超前小導管支護，以保證線形微震爆破施工各道工序能安全、有序開展。開挖中要選擇短進尺、弱爆破的方式，以降低爆破施工對周圍破碎的Ⅱ級圍巖造成破壞，引發坍塌等安全事故。③在施工進度和施工計劃允許的情況下，對Ⅱ、Ⅲ類圍巖盡量選擇超短臺階開挖法；若是Ⅳ類圍巖則采取全斷面開挖法，可采用機械設備開挖以加快施工進度。

3 線形微震爆破技術在泥巖夾頁巖隧道結構中的應用

3.1 線形微震爆破技術的應用特點與優勢

本工程兩隧道地質條件較差且巖石風化破碎嚴重，存在較多施工安全問題和隱患，如坍塌、掉塊等。為有效降低爆破震動造成的不良影響，選擇了技術較先進、效果好的線形微震爆破技術。該技術能降低炸藥爆破形成的震動，且將炸藥能量更多作用在巖石破碎中，提升破碎效果，降低爆破大塊率，同時降低對無須爆破巖層造成的擾動，更好地保護圍巖。相比傳統隧道爆破技術，線形微震爆破技術具有以下特點：①按照線性布置結構，在隧道斷面上布置周邊眼和掏槽眼，但需確保每個炮孔位置都經過精細測量，布孔精度符合要求；②在此種地質結構和圍巖特性中采用該技術，可提升炸藥利用率，降低施工成本，在達到相同爆破效果的基礎上減少對圍巖的擾動；③在應用線形微震爆破技術時，所有炮孔都是平行的，能有效提升鉆孔效率，減少大塊率和根底，保證爆破效果[2]。炮眼布置和起爆順序如圖1 所示。

圖1 炮眼布置和起爆順序

3.2 超短臺階開挖炮孔布置及爆破參數

本工程地質條件復雜，Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用超短臺階法，其炮孔布置特點為：周邊孔應為光面爆破，布孔時采用線形布置，并盡量實現上下兩個臺階同時鉆孔和起爆，雖然該掏槽法會增大施工難度和工作量，但能有效降低爆破形成的振動，并利用拱部已完成的支護結構進行施工，從而充分發揮線形微震爆破技術優勢，降低施工成本[3]。為保證線形微震爆破技術應用效果，在施工中根據工程圍巖結構特點選擇了爆破參數（見表1）。

表1 超短臺階爆破參數

3.3 全斷面開挖爆破參數

為加快進度，在Ⅳ類圍巖采用全斷面開挖法（爆破參數見表2），用機械設備進行開挖。從表1和表2 可知，施工中如遇Ⅳ級圍巖，爆破中則選擇全斷面開挖法。布孔需注意以下要點：盡量在下半斷面中央布置掏槽孔；可選擇大空孔來提升掏槽效果和質量。各炮孔間盡量平行布置，在保證爆破效果的基礎上，更節約炸藥，控制成本[4]。

表2 全斷面爆破參數

3.4 光面爆破

本工程地質結構較復雜，不同地段需選擇不同布孔方式和爆破法。周邊孔爆破施工時，為保證爆破效果，降低對周圍圍巖的破壞，引發不可控的安全風險，可采用光面爆破，爆破參數見表3。

表3 光面爆破參數表

3.5 鉆孔

鉆孔是泥巖夾頁巖隧道結構中線形微震爆破技術應用的核心環節，鉆孔質量對整個爆破效果有很大影響。因此，本工程根據不同地質條件和圍巖結構特點，選擇與之相適應的鉆孔法。1 號隧道施工采取7655 氣腿式鑿巖機進行鉆孔，2 號隧道爆破鉆孔則采用液壓鉆孔臺車。嚴格按照測量放線結果進行鉆孔，把控好誤差，保證周邊孔、掏槽孔的誤差不超過3 cm，其余孔不超過5 cm。掏槽孔鉆孔施工要嚴格控制鉆孔的方向和深度；周邊孔鉆孔施工中外插角的角度控制在1°～2°。整個鉆孔過程中，鉆孔的方向、位置等要嚴格符合相關要求，既不能超挖，也不能欠挖，控制兩次錯臺距離在10 cm 以內[5]。鉆孔現場如圖2 所示。

3.6 裝藥和堵塞

本工程為泥巖夾頁巖隧道結構，洞內有大量裂隙水，可選擇兩種不同的炸藥。在無水區域采用常規普通炸藥，如規格為∮35、∮32、∮28的2#巖石銨梯炸藥。滲水較嚴重地段采用規格為∮35、∮32、∮28 的乳化炸藥。不同規格的炸藥在安裝中存在一定區別。如在掏槽眼裝藥中，孔底部約二分之一深度需裝上規格為∮35 的藥卷，而其余位置則需安裝規格為∮32 的藥卷，掘進孔底部至少需安裝一卷規格為∮35 的藥卷，其余部位則可選擇∮32 藥卷。而在進行光面爆破中，孔底至少需安裝一卷規格為∮32 的藥卷，其余部位可選擇規格為∮28 的藥卷，但需連續裝藥，若選擇規格為∮32 的藥卷則可間隔裝藥。為提高爆破效果，降低震動，裝藥結構選用塑料導爆管毫秒雷管起爆系統起爆。引爆電容方式選擇強力起爆器[6]。就線形微震爆破技術的結構特點而言，屬于典型的弱性裝藥結構，必須保證炮孔堵塞質量。如在光面爆破炮孔堵塞中，堵塞長度不能小于20 cm，尤其是掏槽孔不裝藥部分需全部堵塞滿。本工程堵塞爆孔的炮泥由黃土和砂配制而成。裝藥現場如圖3 所示。

圖3 裝藥現場

4 結束語

綜上所述，泥巖夾頁巖隧道結構地質復雜，不安全因素較多，線形微震爆破技術是一種較先進的隧道施工技術，能大幅降低對隧道圍巖造成的擾動和影響，保證施工安全。采用線形微震爆破技術，并重視每道工序質量的把控和要求，才能最大限度地發揮該技術的特點和優勢，安全、有效地完成隧道施工任務，并在保證施工質量的基礎上提升施工效率，獲得更大的經濟效益。