高速公路上跨浅埋引水隧洞施工防护方案

摘要：本文通过施工爆破工作顺利结束，经观测引水渠隧洞内部未见明显裂隙。目前绕城北线高速公路已交工投入运营一年多时间，工程实践证明，这种方法安全可靠，确保了高速公路与引水隧洞的安全。

关键词： 高速公路 引水隧洞 防护方案

1.工程概况

1.1、工程简介

温州绕城高速公路北线工程K10+520-K10+630段为半填半挖路基，填方宽度约15m、高度约5m，挖方宽度约35m、高度为约7～15m。施工单位进场后发现K10+607.5处有一地下暗渠横穿路基通过，交角为89°，而施工图设计并未提供特殊保护措施。该暗渠为永嘉县供水公司楠溪江引水工程，农田地面下为钢筋砼箱型暗涵，穿越山岭段采用无衬砌支护的水工隧洞，断面尺寸为3.9m×3.19m，隧洞顶与路基顶面距离最小值仅2.6m。具置关系见图1。

1.2、地质情况

该路段位于永嘉县瓯北镇黄田岙村，岩体为凝灰岩覆盖层约1～2m，岩石硬度普氏系数f=8左右。地貌形态受华夏系和新华夏系构造所控制，基岩完整，风化裂隙相对较少。该区属亚热带海洋气候，区域径流通畅，水文条件简单。

1.3、调整公路构造物跨越方式

楠溪江引水工程担负着上塘、瓯北、乌牛、桥头、桥下五镇及温州发电厂二、三期的供水任务，影响重大。为此，指挥部邀请了各方专家对公路跨越引水隧洞方式进行了论证，最终确定采用1孔16m空心板桥梁形式跨越。空心板厚80cm，空心板下预留空间高度为20cm。桩基础直径1.2m，平均桩长为16m；桥台为扩大基础重力式桥台。

2. 爆破方案的确定

爆破分界线离隧洞顶厚度较薄仅为3～4m左右，既要保证爆破施工的顺利进行，又要确保引水隧洞结构安全，应从以下几方面考虑：

1、爆破施工时，爆破震动不宜过大。要求每次爆破的炸药单响药量不宜过大，因为爆破的震动跟炸药的单响用量有直接关系，炸药的单响用药量越大，爆破的震动越大，而震动越大，则越会对隧道洞顶造成破坏；

2、爆破的底标高位置要准确。就是要求打孔位置要准确，爆破底线超过了太多（超挖），水工隧道顶的岩体就薄了，就容易垮塌，而如果位置不到，欠挖太多，则桥梁梁板不能安装；

3、爆堆不能压塌隧洞顶板。爆破时，爆堆的压力也不容忽视，如果爆堆过大，其压力必然大，容易把水工隧洞的顶板压塌。

综上分析，结合实际条件，本工程最适用的就是浅眼控制爆破。浅眼控制爆破的孔径小，可以少装药，一次爆破的方量可以控制，由于孔位浅，打孔的正确性也可以控制，可以确保底线或爆破边线的准确性。

3.爆破参数设计

3. 1浅眼排炮控制爆破参数选取

（1） 孔径：采用手持式YT―18型凿岩机，孔径d=38mm

（2） 爆破参数选择与装药量计算 根据本工程实际情况，浅眼排炮控制爆破参数如表1

参数名称 参数取值

最小抵抗线w W=(25～30d),d为炮孔直径

孔距a a=(1.0～1.2)w=0.7～1.2m

排距 b b=0.8a=0.5～1.0m

单耗q q=0.25～0.35kg/m3 ,可根据具体情况进行调整

孔深 1～3m

单孔药量Q Q=q×a×w×h=(0. 1～1.08)KG

布孔方式 梅花形布孔

装药结构 连续装药或间隔装药

起爆方式 孔外延时分段起爆，

堵塞长度 孔深2～3m，堵1m以上；1～2m时，堵0.8～1m

浅孔最大单段起爆药量. 单孔单爆

表1浅孔排炮参数表

根据本工程的实际情况，在标高+12.00m以上，采用每2m一个台阶进行施工，为确保爆破时的安全，减少爆破震动对隧道拱顶的影响，采用松动控制爆破，以降低炸药单耗，从而降低爆破的单响炸药用量，具体爆破参数为：

孔距：a =1.0m，

排距则采用：b=0.8m

炸药单耗：q=0.3 kg/m3

则单孔装药量为：Q=qabh=0.48kg

在标高+12.00m以下的岩石爆破时，则分为四个台阶进行爆破，第一个台阶高度为1.0m，第二个台阶高度为0.8m，第三个台阶高度为0.6m，第四个台阶高度为0.6m，同样采用松动控制爆破来降低炸药单耗。具体的爆破参数如下：

①第一个台阶高度为1.0m：

孔距： a =0.7m，

排距则采用： b=0.5m

炸药单耗： q=0.3 kg/m3

则单孔装药量为： Q=qabh=0.105kg

②第二个台阶高度为0.8m：

孔距： a =0.6m，

排距则采用： b=0.5m

炸药单耗： q=0.3 kg/m3

则单孔装药量为： Q=qabh=0.072kg

③第三、四个台阶高度为0.6m：

孔距： a =0.5m，

排距则采用： b=0.4m

炸药单耗： q=0.3 kg/m3

则单孔装药量为： Q=qabh=0.048kg

在实际施工中，炸药的用量和单耗必须通过实际试爆的情况进行调整。为确保施工过程中引水渠的安全，炸药的单耗以能使开挖石方松动为准，不要求控制爆破粒径的大小，能使挖掘机挖动即可。炮孔平面及剖面布置见图2。

3. 2 布孔和起爆网路 （1）布孔

从爆破效果和岩石夹制力等方面来考虑，一般爆破布孔分为方形、矩形、梅花形或单排四种布孔方式，各种布孔方式各有其特点，根据本工程的实际情况，采用梅花形布孔方式（见炮孔布置示意图），这种布孔方式爆破时夹制力较小，炸药的能量消耗在岩石相互挤压之中，相对来说，爆破的震动会小一些，爆破效果较好。 （2） 起爆网路 本工程最大的特点是要控制爆破的震动，故我们要尽量减少爆破的单响药量，在一般的爆破网路里，单孔单响的爆破网路，其单响药量最小（因采用分台阶爆破，最小台阶仅0.6m，不宜再在孔内进行分段），因此，本工程我们计划采用单孔单响的爆破网路（见图2）。

（3）填塞

施工中要确保填塞的质量和长度，本工程施工时，要严格按照设计的长度进行填塞，填塞料可以用钻孔的石渣和泥土。

4.爆破安全设计

4.1爆破振动安全允许速度

爆破所引起的震动速度的计算公式为：

式中：

V ―振动速度，cm/s；

Q ―最大一段起爆药量，取0.11kg；

R ―测点离爆破中心的距离，浅孔爆破R浅取2.6m进行验算；

K、α―地形、地质系数及衰减系数。根据现场地形、地质条件，取K=170、 =1.7。

经计算：最大值V浅=9.33 cm/s

根据我国《爆破安全规程》[GB6722-2003]的规定,取水工隧道安全震动速度为7cm/s（洞口段有一定的支护，所以实际值要比这个大一些）。

虽然大于爆破安全规程的规定的极限值，但为了确保安全，在施工时可以采取其他辅助措施，来减少爆破震动，使其符合要求，确保水工隧道的安全。

由于本工程爆破点和隧道上下紧挨着，故只能根据实际情况采取相应的措施来减少爆破震动，具体有以下三种措施：

1、在爆破时，采用在孔底预留空气柱不装药的方式来减少爆破震动。根据以往施工经验，采用这种方式装药，其爆破震动可以减少约20-30%，效果相当明显。

2、打减震孔。也就是说，在爆破前，事先在水工隧道顶部分界线上打一排水平的减震孔，孔径为70mm，孔距30cm，以隔开爆破区域和隧道，根据以往施工经验，采用这种方式，其爆破震动可以减少约30%，效果也相当明显。

3、在标高+12.00m以下的岩层爆破时，在夜间引水隧洞低水位时期加强隧洞围岩裂隙观测工作，如发现异常情况，马上停止作业联系设计、监理，修正施工参数。

通过采取以上措施，大大减少爆破振动对隧道的危害，很大程度上保证了水工隧道安全。

4.2个别飞散物安全允许距离及防护

个别飞散物安全距离计算公式：

式中：

Rf ―个别飞散安全允许距离，m

d ―钻孔直径，cm

此处取最大炮孔直径d=3.8cm，计算得：Rf浅=60m

个别飞石防护措施：

(1)严格按设计进行施工；

(2)保证堵塞长度和堵塞质量；

(3)布孔时尽量避开节理发育的岩石；

(4)对断层等地质构造要适当进行装药调整；

(5)采取孔口覆盖的办法，可以确保爆破飞石控制在更小的范围内。

根据国家质量监督检疫总局GB6722-2003〈爆破安全规程〉规定：浅孔爆破时，个别飞散物的最小安全允许距离不小于300m，故按300m作为警戒距离。因离北面距最近民房约60米，所以采用孔口覆盖等措施，适当缩小警戒距离。

4.3爆破冲击波安全允许距离

钻孔爆破冲击波的安全距离按以下公式计算

R=KQ1/2

式中:K ―系数，取2；

Q―对毫秒延期爆破来说，是一次总起爆药量，取0.11kg

代入得: R=0.66m

可见爆破空气冲击波对周围的影响很少，可以忽略不计。

5．爆破施工顺序

1、首先标高+12.00m以上，采用每2m一个台阶进行爆破。

2、其次进行桥台扩大基础石方爆破开挖，按照每个台阶高度为0.8m进行爆破。

3、打减震孔。在水工隧道顶部爆破分界线上打一排水平的减震孔，孔径为70mm，孔距30cm，以隔开爆破区域和隧道

4、在标高+12.00m以下的爆破区，则分为四个台阶进行爆破，第一个台阶高度为1.0m，第二个台阶高度为0.8m，第三个台阶高度为0.6m，第四个台阶高度为0.6m。

6．结束语

经过为期30天的施工，爆破工作顺利结束，经观测引水渠隧洞内部未见明显裂隙。目前绕城北线高速公路已交工投入运营一年多时间，工程实践证明，这种方法安全可靠，确保了高速公路与引水隧洞的安全。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。