陡峭地形下箐脚特长隧道斜井开挖技术.pdf

153NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 陡峭地形下箐脚特长隧道斜井开挖技术王昌林（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550008）摘要：位于地形陡峻半坡上的箐脚特长隧道斜井洞口，采用合理爆破技术和箱型窗帘式防护系统，对斜井施工过程中下方既有公路和村寨的安全提供技术保障，对项目施工进度和成本控制等要素有一定影响。关键词：山区隧道；斜井；施工；控制爆破；冷开；防护中图分类号：U455.4 文献标识码：B 文章编号：1673-8098（2023）05-0153-030 引言纳雍至晴隆高速公路箐脚特长隧道右侧下方紧邻水黄公路和村寨，左侧毗邻乌蒙山国家地质公园。由于地形地貌等因素限制，隧道出口不具备运输便道施工条件，加之受合同、工期等客观因素影响，选择在路线右侧陡峭半坡上增加斜井作为本隧道施工通道，确保工期、进度满足合同要求。斜井与主洞交叉口桩号为YK94+923.936，交叉口至隧道出口约 310m。斜井参照车行横洞断面进行设计，长度为 85m，其中级围岩 50m，级围岩 35m，洞口设置 4m 明洞，其余地段均采用复合衬砌。围岩分级见表 1。表 1 箐脚隧道（出口端）斜井围岩分级统计表围岩级别斜井全长 85m合计长（m）备注长度（m）占隧道全长比例（%）5058.850与主洞交叉口长度 6m3541.2351 斜井开挖爆破方法 斜井施工的总体思路是洞身级围岩地段采用短台阶法施工，台阶长度 5 15m，具体采用挖掘机冷开；洞身级围岩衬砌范围采用中长台阶法，台阶长度可根据施工实际情况适当加长为 15 40m，可采用控制爆破技术。相关单位主张洞口端级围岩全部采用挖掘机冷开方案，主要是担心爆破飞石危及洞口下方公路行车（行人）和下方村寨安全。后经过多部位、多频次钻取岩芯进行检测，围岩硬度在 80 120MPa 之间，结合超前预报，并报公安机关批准后，决定采用箱型窗帘式防护系统对洞口进行防护，然后以控制爆破方法进行开挖。1.1 施工准备做好相关岗前教育和培训。安装 10kV 专线并布置临时用电，组织常规机具设备入场。对洞口区域加密测量三维坐标点，突出原地貌各个特征点，对洞口场区进行设计，邀请相关领域专家对洞口区域水黄公路高路堑边坡稳定性进行论证。在高边坡及其平台上设置观测点进行实时监测、动态管理。高边坡开口线及各个平台设置被动防护网和“型钢+竹跳板”组合刚性防护，并开挖防护土沟。修建洞口场区挡土墙，墙后分层填筑并压实到顶，实施场地硬化。洞口仰坡顶安装被动防护网，施工洞顶截水沟。开挖仰坡并防护，进行施工套拱、施工管棚等作业。架设“钢支架+模板+竹跳板+斜撑+缆风绳”组合的刚性防护设施，在刚性防护顶部与洞口仰坡之间安装“钢丝绳+多层铁丝网+钢丝绳网格”组成高松弛柔性防护网形成防爆卷帘，即箱型窗帘式防护系统。图 1 水黄公路高边坡防护 图 2 箐脚特长隧道出口端斜井洞口场区 154 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 图 3 洞口刚性防护和柔性防护组合箱型窗帘式防护系统 1.2 开挖方法斜井采用上下台阶法施工（见图 4、图 5），施工过程中加强隧道的地质、水文、沉降观测及地质超前预报等工作。隧道的进洞方式采用钻爆法、喷锚构筑法原理组织施工。开挖爆破技术设计如下：1.2.1 钻孔机具根据本项目配备的机械设备及类似工程施工经验，本工程浅孔爆破采用手持式气腿凿岩机进行钻孔，钻孔孔径 40mm。1.2.2 爆破器材使用直径为 32mm 的 2#岩石乳化炸药，制作起爆药包，采用数码电子雷管起爆。1.2.3 上下台阶爆破法爆破参数详见表 2、表 3。上台阶爆破采用楔形掏槽，周边眼采用不耦合装药，装药结构见图 6。图 4 上台阶炮眼布置示意图（单位：cm）图 5 下台阶炮眼布置示意图（单位：cm）图 6 装药结构图（单位：cm）表 2 上台阶爆破参数表起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度（m）单孔装药量（kg)电子数码雷管延时时间（ms）导爆管雷管段别装药参数药量（kg）1掏槽孔62.21.50ms192掏槽孔621.515ms393辅助孔821.230ms59.64辅助孔1221.245ms714.45辅助孔1421.260ms916.86周边孔2820.475ms1111.27底孔1221.290ms1314.4合计8684.4表 3 下台阶爆破参数表起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度（m）单孔装药量（kg)电子数码雷管延时时间（ms）导爆管雷管段别装药参数药量（kg）1辅助孔1221.21.2ms114.42辅助孔1121.21.2ms313.23辅助孔1021.21.2ms5124周边孔2620.40.4ms710.4合计5950155NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 1.4 起爆网路电子数码雷管起爆网路起爆方式：采用并联起爆网路（将一次起爆的所有电雷管逐个连接至起爆主线上，再与电源连接），采用专用起爆器进行起爆。起爆顺序：掏槽孔辅助孔周边孔底孔。2 爆破安全设计本斜井爆破的有害效应主要有地震波、飞石、冲击波、有毒有害气体、噪声和粉尘等，工程地处半坡上，本设计主要对爆破地震波、爆破飞石及爆破冲击波进行安全校核，确保安全可控。2.1 爆破地震波爆破振动效应，应不大于相应建、构筑物爆破振动安全控制标准，见表 4。爆破地震波安全校核 H 按下式进行：（1）式（1）中：L 为爆破振动安全允许距离（m），见表 5；A 为炸药量（kg），齐发爆破为总药量（kg），延时爆破为最大一段药量（kg），考虑无论周边眼、掏槽眼、辅助眼都不是单孔，虽是延时爆破，但每段之间用时短，有齐发爆破趋势，故按照最不利状态选取一个开挖断面最大总药量；H 为保护对象所在地质点振动安全允许速度（cm/s）；M、N 分别为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关系数和衰减指数，可参照表 4 选取。本工程开挖岩体以中硬岩石为主，取 M 为 250，N 为 1.8。表 5 爆破振动允许距离计算表爆破点与被保护结构物距离爆破类别最大药量（kg）质点振动速度（cm/s）斜井距离水黄公路高边坡 50m浅孔台阶爆破84.43.13斜井距离水黄公路隧道 80m浅孔台阶爆破84.41.34斜井距离水黄公路桥梁 367m浅孔台阶爆破84.40.09根据表 4 爆破振动安全允许标准：既有公路高路堑边坡爆破质点振动速度均取 5.0cm/s；既有公路隧道（阿志河 1 号隧道）爆破质点振动速度均取 10cm/s；既有桥梁（阿志河大桥）含大表 4 爆破振动安全允许标准表序号保护对象类别安全允许振速（cm/s）f10Hz10Hz f 50Hzf 50Hz1交通隧道10 12121515202永久性岩石高边坡5 981210 153大体积混凝土（C20）（龄期：728d）7881010 12硐室爆破 f 小于 20Hz。体积混凝土，桥基、悬索基础爆破质点振动速度均取 7.0cm/s。对爆破振动核算，本次爆破对周边建筑物、构筑物影响均控制在爆破振动安全允许标准范围以内，见表 5。2.2 爆破飞石控制爆破个别爆破飞石最小安全距离 A：（2）式（2）中：A 为个别飞石最小距离（m）；D 为炮孔直径（cm）。经计算 A=63m。洞口正下方是公路，须做拦挡设施，同时使用炮被覆盖炮孔。2.3 爆破冲击波在洞内进行松动爆破，同时结构物或构筑物均在洞口下方，且有一定距离，受冲击波影响较小，因此对地面建筑物的安全距离，不考虑空气冲击波的安全距离。2.4 爆破安全防护及控制措施（1）爆破振动在安全允许的范围内，未采取特殊防护及控制措施。（2）爆破飞石防护及控制措施：严格按爆破设计施工；控制爆破方向和飞石距离，并使被保护对象避开飞石主方向；多排台阶爆破中，合理设置装药结构，合理控制孔、排间起爆时间，做好爆破网路设计；最小抵抗线过小，也可采用改变爆破倾角的办法；底盘抵抗线过大，采用台阶底部补孔办法，提前处理根底；采用箱型窗帘式防护系统。3 结语本隧道出口地势险峻，沟壑纵深，无法从主洞口进入隧道施工，故选择在右侧半山上通过斜井进入正洞。斜井洞口地形地貌依然复杂，地面横坡较陡，洞口正前下方是水黄公路，公路下方又是人员较密集的村寨，除了隧道开挖期间可能发生涌水、突泥、车辆伤害、物体打击、高处坠落、触电、机械伤害、坍塌、火灾、爆炸等常规事故外，爆破振动波和冲击波对高边坡的稳定性以及附近的树木、设备、机械都可能有影响，因此洞口级围（下转第 171 页）171NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 水口智慧收费站建设将成为高速公路收费广场建设样板，对收费站标准化装备关键技术、基于物联网和大数据效能监测示范工程的验证及全面推广起到推动作用，为广东省智慧公路推广以及全国智慧公路建设提供技术和经验积累。通过项目示范验证，将项目的创新成果智慧收费站效能评价指标体系、智慧收费站系统关键技术要求纳入标准体系，为智慧交通背景下的公路收费业务标准化发展做出贡献。（2）推进高速公路智慧建设和数字化转型，加快“新基建”建设。本项目采用新的分布式微服务集群技术对车道收费系统进行重构，适配龙芯 CPU、统信 UOS 等操作系统，基于信创平台开发的智慧收费柜和自助交易设备收费系统，能实现快速建道部署，具有可推广、可复制的特点，有望大大加快高速公路“新基建”建设，推进高速公路智慧建设和数字化转型，促进信创产业生态建设和发展。4 结语当前，智慧高速公路建设方兴未艾。云茂高速水口收费站基于信创平台的高效能综合收费站关键技术的应用，实现了收费系统快速建造和部署、远程安全防范、智慧运维，降低了收费设施建设和运营成本，提升高速公路收费系统核心软硬件的自主创新能力，实现收费系统安全自主可控，是高速公路收费系统国产化和收费站无人化运营的积极探索，为智慧公路建设提供了丰富的技术和经验积累。参考文献1 郑少波，徐伟，石彬.工业控制系统安全现状 J.网络安全技术与应用，2020（5）：111-113.2 Ping H,Huiting Y.THOUGHTS ON CHINESE INFORMATION SECURITY INDUSTRY IN THE BACKGROUND OF “PRISM”INCIDENTC/东北亚学术 论 坛 2014/1.02023-08-11.DOI:ConferenceArticle/5af3132dc095d70f18aea1d5.3 阳盛庆.微服务在智慧高速公路收费系统中的应用研究 J.中国建设信息化，2022（19）：74-75.4贺钊，杨欣，李广，等.基于智慧收费云的无人收费站系统J.科学技术与工程，2022（25）：11235-11240.5 程镇，胡先全.基于“集中监控+机器人”的无人收费系统设计方案 J.中国交通信息化，2022（S1）：204-207.6 雷袁欧忆，詹鑫钢.高速公路无人值守收费管理系统设计与应用 J.中国交通信息化，2021（8）：30-31+97.7 郭自强.高速公路无人值守自助收费系统的设计与实现 D.沈阳：东北大学，2015.岩须严格按照爆破设计来控制药量；爆破飞石则通过刚性防护与柔性防护组合的箱型窗帘式防护体系来克服，确保施工过程中安全、质量、进度、成本可控。参考文献1 中交一公局集团有限公司.公路隧道施工技术规范：JTG/T 36602020S.北京：人民交通出版社，2020.2 中交三公局集团有限公司.公路路基施工技术规范：JTG/T 36102019S.北京：人民交通出版社，2019.3 中国交通建设股份有限公司，中交第四公路工程局有限公司.公路工程施工安全技术：JTG/T F902015S.北京：人民交通出版社，2015.4 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建设工程施工现场供用电安全规范：GB 501942014S.北京：中国计划出版社，2014.5 刘殿中，杨仕春.工程爆破实用手册 M.北京：冶金工业出版社，2003.6 中华人民共和国公安部.爆破作业项目管理要求：GA 9912012S.北京：中国标准出版社，2012.7 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程：GB 67222014S.北京：中国标准出版社，2014.（上接第 155 页）