赵东波，李红军

(中铁隧道集团有限公司，河南 洛阳 471009)

0 引言

地下工程施工中经常需根据需要建造一些混凝土结构的临时工程，这些临时工程在其使用功能完成后需拆除。由于临时工程与主体工程相距较近甚至连为一体，因此，采取切实可行的技术手段将临时工程与主体结构切割开，并确保切割过程中不损伤需要保留的主体工程是施工中必须解决的问题。爆破是拆除这些临时工程的常用方法［1－11］。爆破拆除过程中需要考虑的是主体工程不被拉裂，且爆破振动强度降至满足主体工程安全范围。随着我国综合国力的提高和地下空间开发利用的逐步扩大，上述问题将越来越多。因此，对地下工程中紧邻或接触主体工程的临时建筑爆破拆除方法进行研究具有十分重要的现实意义。本文以龙厦铁路象山隧道挡水墙爆破拆除为对象，对其爆破拆除技术进行了研究并实施，以期对类似工程有一定的指导和借鉴意义。

1 工程概况

2009年12月23日，象山隧道1#斜井右线发生岩溶突水地质灾害，最大涌水量达7 200 m3/h，地表失水诱发新祠村房屋大面积开裂。为控制灾情，抢险指挥部决定在隧道左、右线进口端DK20+025～+032处各设置1道厚7 m的C30混凝土挡水墙。为保证挡水墙的抗剪能力，挡水墙施作完成后再施作5 m厚抗剪斜墙。挡水墙及抗剪斜墙如图1所示。

岩溶地质灾害处理完成后需对挡水墙和抗剪斜墙进行爆破拆除。由于挡水墙和抗剪斜墙与隧道衬砌连在一起，因此，爆破拆除必须保证挡水墙爆破不致影响衬砌结构安全。

2 抗剪斜墙拆除技术

2.1 爆破拆除方案

将抗剪斜墙分成A，B，C 3个区域依次进行台阶式垂直眼爆破拆除。

图1 挡水墙及抗剪斜墙立面图(单位:cm)Fig.1 Profile of water-stopping wall and anti-shearing wall(cm)

前人的研究表明，预裂缝是有效的爆破减振措施［3－4］。为减弱爆破对衬砌结构的不利影响，在抗剪斜墙边界距衬砌外轮廓0.5 m处布置一圈间距0.2 m，直径100 mm的预裂减震孔。

2.2 爆破设计

将抗剪斜墙分为3个区域进行钻眼爆破，台阶面宽2 m左右，一次性钻孔到底(高1.5～4.0 m)。A区域爆破、清碴完毕后再进行B区域的钻爆作业，B区域爆破、清碴完成后再进行C区域的爆破作业。

1)炮孔布置。炮孔沿隧道轴线纵向成排布置，最小抵抗线指向垂直临空面。在各个区域的台阶面上布置2～3 排炮孔，炮孔深 1.5 ～4.0 m、间距 0.7 ～0.9 m、排距0.6 ～0.8 m，前排炮孔的最小抵抗线为 0.9 m。炮孔布置如图2所示。

2)药量计算。药量按下列公式计算并经爆破振动检算后确定。

式中:a，b，L分别为炮孔间距、排距和深度，m;W为最小抵抗线，m;k=0.2 ～0.25 kg/m3。实际操作中，最后一排炮孔的单孔装药量比最前排炮孔的多10%左右，以加强后排孔的抛掷能力。

爆破工程中广泛采用振动速度来评价爆破的影响［5－6］。我国 GB 6722—2003《爆破安全规程》规定:交通隧道安全允许的爆破振动速度为10～20 cm/s。爆破振动传播规律普遍采用萨道夫斯基的经验公式进行计算［7－9］。

式中:Qmax为最大单段允许用药量，kg;v为振速控制标准，取15 cm/s;R为爆源中心至振速控制点的距离，取4 m;K为与爆破技术、地震波传播介质有关的系数，取150;α为爆破振动衰减指数，取2。

按式(3)和上述参数计算出保证隧道衬砌结构安全的最大单段允许用药量为2.0 kg。按计算结果进行装药。各炮孔分层装药，下层装药为总药量的2/3，上层装药为总药量的1/3，上层起爆雷管装小段别，下层起爆雷管装大段别，如图2所示。

2.3 防护措施

由于爆破具有向上的较好临空条件，为防止向上飞石，在炮孔口上方盖1～2个沙袋。

3 挡水墙拆除技术

3.1 拆除方案

挡水墙除厚度、体积比抗剪斜墙的大外，它与隧道衬砌的接触面积也比抗剪斜墙大得多。它的拆除同样也需重点考虑爆破震动对与之接触的隧道衬砌结构的不利影响。为此，将挡水墙分3个区域进行拆除，超前导洞和预留保护层采用非爆拆除，扩挖层采用爆破拆除。

1)超前导洞非爆开挖。临空面条件好时爆破振速较小，隧道爆破施工中掏槽爆破产生的振速比其他炮眼大是因为掏槽炮眼的夹制作用较强［10－11］。为减少掏槽爆破震动并增加扩挖层爆破临空面，采用大型钻机+劈裂(破碎)机进行超前导洞开挖。

2)预留保护层机械凿除。预留0.5 m厚衬砌保护层，该层采用人工或机械凿除。

采用该方案施工，超前导洞、扩挖层及预留保护层分开施工，工序转换方便。超前导洞先行非爆拆除，碴出完后再进行扩挖层的爆破作业，最后进行预留保护层的拆除。挡水墙的非爆+爆破拆除施工方案如图3所示。

图3 挡水墙施工方案示意图(单位:cm)Fig.3 Scheme of demolition of water-stopping wall(cm)

3.2 超前导洞非爆拆除

超前导洞采用大型钻机配合劈裂机进行开挖。具体如下:

1)首先用大型钻机沿超前导洞开挖轮廓线钻孔取芯，钻孔孔径15 cm，相邻钻孔中心距13 cm，每次钻深 3.5 m。

2)钻孔完成后采用液压劈裂机自上而下破碎混凝土，人工撬落，每次劈裂进尺0.5 m。为保证台架、液压劈裂机管线和下部工作面的安全，随时将破碎后的混凝土块用手推车运至距掌子面10 m以外的地方临时堆放，后期与扩挖层一起集中出碴。

3.3 扩挖层钻爆拆除

为保证衬砌结构的安全，在扩挖层施工中采取了设置减震孔、严格控制单段爆破用药量、合理选择循环进尺和爆破器材等措施。

1)设置减震孔。在预留保护层与扩挖层间布置一圈直径10 cm、孔距30 cm的减震孔，以消减扩挖层爆破对隧道衬砌的震动影响。

2)爆破参数。与抗剪斜墙爆破拆除最大单段药量的计算方法类似，隧道衬砌的爆破振动控制速度亦按15 cm/s考虑计算单段最大用药量。

取 R=4 m，α =2.0，K=150，v=15 cm/s，得 Q=2.0 kg。

考虑到超前导洞为扩挖层增加了1个临空面，所以最大单段药量取计算值的1.2倍。即单段最大用药量取 2.4 kg。

以单段最大用药量为控制条件，结合循环施工能力按式(2)确定炮孔的间、排距和同一段的炮孔数量等爆破参数，见表1。

表1 挡水墙扩挖层爆破参数表(1.5 m进尺)Table 1 Parameters of blasting in enlarging excavation of waterstopping wall(1.5 m advance rate)

扩挖层炮孔间距0.95 ～1.1 m，第1，2 圈及第3，4圈上半部分的排距为0.8～0.9 m，最内圈(第1圈)炮孔的最小抵抗线为0.8 m。炮孔布置如图4所示。

图4 挡水墙扩挖层炮孔布置示意图(单位:cm)Fig.4 Layout of blasting holes in enlarging excavation of waterstopping wall(cm)

3)爆破器材选择。内圈眼选用φ32 mm的2#岩石乳化炸药。周边眼选用高爆力、小直径、传爆性好的φ25 mm乳化炸药。雷管选用微差毫秒雷管，跳段使用，相邻间隔大于50 ms，以避免爆破震动叠加、减弱震动。起爆雷管选用常见的15段非电毫秒雷管。

4)装药结构及堵塞方式。辅助眼、内圈眼、底板眼采用连续装药结构，周边眼采用小直径药卷间隔装药。所有装药炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞长度不小于30 cm。严格控制周边眼的装药量，借助导爆索、竹片进行间隔装药，使药量沿炮眼均匀分布，以确保隧道周边成型良好，并减少对衬砌的扰动。

3.4 循环进尺

超前导洞的循环进尺为3.5 m，后续扩挖层的循环进尺为1.5 m。超前导洞开挖一个循环，后续扩挖施工2个循环。

象山隧道挡水墙及抗剪斜墙拆除施工中采用上述措施取得了很好的效果，在保证衬砌安全的前提下成功地拆除了与隧道衬砌连为一体的挡水墙和抗剪斜墙。

4 结论与体会

1)严格控制单段爆破用药量是保证主体结构安全的关键。在单段爆破用药量控制的基础上，合理布置炮孔、选择爆破参数进行分区、分层爆破是减弱爆破震动的有效手段。

2)采用非爆开挖方法施作超前导洞可避免掏槽爆破的过大震动并为后续爆破增加临空面，是全断面拆除爆破条件下减弱爆破震动的有效措施。

3)在主体结构周边预留保护层、钻设减震孔是减弱爆破对主体结构不利影响的有效措施。

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