花崗巖殘積土地質爆破施工技術探討

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摘要：爆破施工作為隧道工程中使用最多的施工手段之一，目前已得到廣泛的應用，本文以廣州市某區間暗挖隧道爆破專項施工工程為依托，針對花崗巖殘積土地質，介紹和分析了采用臺階法+臨時中立柱法的隧道爆破施工技術，并進行了爆破振動校核。結果表明，臺階法+臨時中立柱法可以很好地應用于花崗巖殘積土的隧道工程。

關鍵詞：爆破施工；花崗巖殘積土；臺階法；臨時中立柱法

引言

花崗巖的化學性質為酸性，無法作為集料很好地運用于道路工程中，導致花崗巖開采量小，大量出露于我國南方地區?；◢弾r具有不均勻風化等性質，在花崗巖分布的地區修建隧道時，往往要克服花崗巖殘積土帶來的圍巖的不均勻性等問題［1］。此外，花崗巖殘積土在遇水侵蝕后易發生崩解、軟化、隨水流失的狀況，會給安全控制及隧道施工帶來很大的困難，如隧道結構受力不均、隧道開挖過程中的塌方失穩等等［2］。因此，本工程針對花崗巖殘積土地層，將臺階法+臨時中立柱法的隧道爆破施工技術應用于廣州市某區間暗挖隧道實際工程，以期為日后在花崗巖沉積土施工工程中提供參考作用［3］。

1工程概況

廣州市番禺某地鐵站位于珠江三角洲沖積平原，地勢較為平坦，相對高差較小，沿線地面高程一般為6.12~8.18m。地鐵工程隧道拱頂覆土23.2~26.2m。隧道開挖面主要位于中風化~微風化花崗巖中。綜上所述，砂土液化對隧道結構影響小，可不考慮軟土震陷，可綜合判定場地穩定性較好［4］。區間下穿地質示意如圖1所示。

2花崗巖殘積土性質

2.1易軟化性

花崗巖殘積土的壓縮性會隨著含水量的不斷增加而持續增大?；◢弾r殘積土中的游離氧化物，起到了膠結作用，但隨著含水量的增加，膠合物的膠結作用會受其影響，溶解量增加，從而致使殘積土的強度減弱。2.2遇水崩解、隨水流失性石英、高嶺石、伊利石是花崗巖殘積土的主要礦物組成。隨著殘積土風化程度的增加，高嶺土的含量變高，導致吸水性增強，遇水易軟化、崩解，強度隨之降低，易發生隨水流失現象。⑴崩解：花崗巖殘積土進水10min后便發生快速崩解，崩解無擾動后的承載力與淤泥接近。⑵隨水流失：花崗巖殘積土中高嶺土遇水很快崩解、軟化，受水浸泡后成灰白色泥漿并隨地下水流動而流失，使得土體越來越松散、石英顆粒間的聯結越來越差，細小的石英顆粒也逐漸隨水流失［5］。

2.3各向異性

花崗巖中存在3種巖脈，3者散布不均勻，抗風化能力也不相同，使其經風化后會形成較硬土層和軟弱土層2種形態，從而導致邊坡失穩［6］。

3工程設計

根據花崗巖殘積土的性質，針對花崗巖殘積土地層隧道施工提出臺階法+臨時中立柱法施工爆破設計［7］。采用光面爆破技術，進行隧道開挖爆破。為了降低對圍巖的擾動，施工中需控制同時起爆藥量。為了防止超挖，軟弱巖石可采取適當欠挖與人工修鑿相配合［8］。礦山法經常采用楔形掏槽，楔形掏槽現場采用單式掏槽［9］（見圖2）。

3.1臺階法概述

臺階法分為2種：正臺階法和反臺階法。臺階法是隧道工程和地下工程中最基本、也是運用最廣泛的一種施工方法（見圖3）［6］。3.2臺階法+臨時中立柱法施工流程（見圖4~圖6）⑴拱頂左側上導洞超前小導管；⑵左側上導洞開挖、打設拱頂及邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；⑶左側上導洞初支、鎖腳錨管、臨時支撐、臨時仰拱；⑷左側下導洞開挖➝打設邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；⑸左側下導洞初支、臨時支撐、臨時仰拱；⑹拱頂右側上導洞超前小導管；⑺右側上導洞開挖➝打設拱頂及邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；⑻右側上導洞初支、鎖腳錨管、臨時支撐、臨時仰拱；⑼右側下導洞開挖➝打設拱頂及邊墻砂漿錨桿（或邊墻對拉錨桿）；⑽右側下導洞初支、臨時支撐、臨時仰拱➝初支背后注漿［10］；⑾施做防水層及二襯封閉成環➝二襯背后注漿；⑿施作中隔墻；⒀隧道軌底回填。

3.3臺階法+臨時中立柱法施工隧道爆破設計

爆破開口處時，在周邊輪廓線上布置周邊孔，孔間距450~550mm，局部地區加密，防止形成喇叭口；輔助孔通常以梅花狀布孔。爆破參數如表1所示，待試爆后，進行調整。

4爆破振動校核

國家對爆破施工中爆破所產生的地震效應對建筑物的影響做了明確的保護規定和保護控制措施［11］。參照《爆破安全規程：GB6722-2014》的規定，在爆破作業過程中，須嚴格控制爆破振動對周邊建筑物的影響。本工程中，民用建筑物按2.0cm/s，商業建筑物（BRT）按3.5cm/s計算。按照式⑴，計算爆破允許最大裝藥量。參考a與k軟巖的關系進行取值：=k（Qm/R）a⑴式中：V為爆破地震安全速度（cm/s）；Q為最大裝藥量（kg）；R為爆破區至建筑物的距離（m）；M為藥量指數，取m=1/3；K為爆破系數，取K=150；a為地質條件系數，a=1.8。爆破施工時，必須嚴格控制最大段裝藥量，各種距離條件下的最大一段裝藥量為15.38kg，距需要保護對象的距離R=27.37m（爆心距），隧道離番禺某酒店地下室邊線水平距離14.52m，隧道埋深23.2m。隧道區間礦山法隧道下穿東興路，從北到南走向，地面現狀主要為已拆遷的荒地；下穿東興路，隧道施工時對周邊建筑物影響較小［12］。隧道爆破掘進時，隧道離番禺某酒店地下室邊線水平距離14.52m，隧道埋深23.2m，爆心距為27.37m。利用薩道夫斯基公式算出最大單段藥量為15.38kg。采用1m進尺時最大單段藥量為8.55kg，小于15.38kg。因此采用1m進尺的掘進爆破不會對酒店造成影響。同時通過爆破參數計算表利用薩道夫斯基公式反算安全距離，2m進尺時最大單段藥量為17.1kg，安全距離為28.4m。因此當爆心距大于28.4m時才能采用2m進尺。本工程對爆破振動控制要求高，根據距離建構筑物的遠近及監測數據適當調整循環進尺，防止對構筑物造成影響，并嚴格控制單段藥量［13］。

5小結

⑴由于花崗巖殘積土地層存在易軟化性、水土流失、遇水崩解、不均勻性及各向異性等性質，會給隧道工程帶來許多工程問題，其中包括支護受力不均，隧道洞室變形嚴重。⑵針對花崗巖殘積土地質隧道施工工程采取臺階法+臨時中立柱法施工爆破設計，可以達到很好的施工效益［14］。⑶本項目涉及到危險性較大的爆破作業，風險較大，施工安全控制極為重要。為了防止爆破振動帶來的危害，應嚴格控制單段藥量。

參考文獻

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作者：陳英杰 單位：中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司