隧道爆破拆除方案

爆破方案设计

一、工程概况

茶叶沟隧道位于甘井子区革镇堡新机场建设区域内，为双向四车道公路隧道。双向隧道分别为405m、350m，间距为30m。该隧道高11m、宽12m，净高7.5m。初期衬砌厚度0.25m，二次衬砌厚度为0.5m。隧道拱顶上部岩体高度为18~20m不等，洞口两端岩体高度为2.5m~5m不等，见图1。隧道周边环境较好，东、西、南、北均为新机场采石场地，隧道南侧800m以远有一高压线。

爆区平面示意图

图1 茶叶沟隧道断面示意图

新机场建设工程，该隧道失去存在意义，因此要对隧道进行爆破拆除。根据相关要求，隧道内部路面和敷设于电缆沟内的光缆必须安全保留，确保通讯畅通。由此本工程需要对茶叶沟隧道进行有限的保护性拆除。

二、拆除方案的选择

1、机械拆除

经查阅相关技术资料，该隧道建设期间采用了小导管超前预注浆预加固处理，并且采用了钢拱、钢筋网锚喷混凝土支护形式。无论是油锤破除，还是无齿锯切除钢拱、钢筋等钢体结构，都需要对隧道周边岩土进行爆破清运，同时还要清除超前注浆小导管。经过这些预处理后方可进行机械拆除。

机械拆除的优点是安全可靠。但浅孔爆破拆除的钻孔数量过大，预计约为10万余孔，这样势必会造成工期大幅度延长，因此该方案不予考虑。

2、爆破拆除

中深孔爆破拆除的优点是施工进度较快，缩短了工期。可以借助周边围岩爆破时炸药的爆炸能量，完成隧道的破碎拆除。但因隧道是一个双心圆的整体结构，整体爆破拆除势必会造成既有光缆和路面不同程度的破坏，因此需要对路面和光缆沟采取一些保护措施，即该隧道的爆破拆除为一项有限的保护性拆除工程。

三、具体方案

1、预处理方法

为了保护光缆的安全，任何拆除工法均需要在光缆上部1.0~1.5m处将隧道的二次衬砌结构切断，即为预处理。切断具体位置为拱腰处最佳，因为拱腰处受力最薄弱。切断二次衬砌的方法有多种：

（1）射孔弹法：在二次衬砌预处理位置布设两排射孔弹，排距250mm，孔间距为250mm，采用导爆索连接。起爆后，射孔弹可将二次衬砌射成一个个孔径10mm、深度350~400mm的小孔。然后将外露的钢筋切断，见图2。

图2 射孔弹法示意图

（2）钻孔法：同样在二次衬砌预处理位置，布设两排钻孔，代替射孔弹，排距、孔距均为250m，孔深400m，隔孔装药，单孔装药量100g，装药孔间距500mm。连线起爆，爆破后将外露钢筋切断，如图3。

图3 钻孔法示意图

（3）射孔弹与钻孔结合法：射孔弹将二次衬砌射孔完成后，使用钻机在原射孔上扩孔，使其孔径大于32mm后，进行装药爆破，然后进行钢筋切断处理。

以上三种处理方法均为常规切割方法。实际情况是，本隧道钢筋网络过密，且呈不规则布置，实际操作起来成孔率低、浪费极大。因此上述三种设计方法很难满足实际的施工需要。

最经济适用的预处理方法是采用机械将二次衬砌的混凝土结构清理干净，露出钢筋后再进行钻孔爆破，提高成孔率。

（4）聚能切割法

在电缆沟上方1m处，采用聚能切割爆破，是钢筋混凝土脱离并断开，从而使二次衬砌失去整体的稳固性。在隧道外侧爆炸能量的作用下，是隧道结构失稳

破碎，保护了电缆沟不受破坏，从而确保了光缆的安全。

操作过程：用TNT炸药制作聚能药包，具体规格及炸药量经过试验后确定。为了降低爆破振动对光缆的造成局部位移过大的影响，采用隔段爆破的方法，及每隔1.5m的距离安放一组切割器，见图4、图5。

图4 聚能切割器分布示意图

图5 聚能切割器结构示意图

爆破后，内侧钢筋基本外露，采用气割的方法切断钢筋。也可以采用无齿锯进行切割，但考虑到引力作用，锯片恐被夹死，应当采取措施加以改善。

具体措施：隧道侧墙的预处理部分，沿着隧道轴向不形成贯通切割缝。在长9m的侧墙范围内，保留两处1m的钢筋混凝土结构，起到支撑作用，见图6。

图6 隧道侧墙预处理图7 聚能罩结构示意图

2、隧道拱顶爆破

隧道拱顶爆破是整个隧道爆破拆除最重要的环节。隧道拱顶6m多的岩体封堵使炸药能够在拱顶范围的岩体内爆炸，爆炸产生的强力聚能射流使拱顶部分的钢筋和混凝土分离并破碎，同时借助于拱顶上方的岩体的重力使拱顶结构垮塌。因此，在施工操作工程中，一定要精确定位，确保炮孔底部精准的落在间距为0.8m的注浆小导管中间。同时，在装药前需要用高压风枪将炮孔中岩屑和碎石吹净，保证聚能药包落实到孔底，确保填塞高度，以便提高炸药能量的利用率。

（1）参数设计

隧道上层土石方按常规中深孔爆破方案实行爆破。上层土石方标高降至+82.5m时，进入隧道拱顶爆破设计阶段。

自给定标高+82.5m处向下钻孔，孔深6.0~7.0m，钻至隧道拱顶为止。共布设3排炮孔，孔距1.6m，排距1.0m。装药结构为：孔底装填10kg 胶质炸药制成的聚能药罩。上部装填12kg乳化炸药作为起爆药，见图7。

起爆时，这三排炮孔先行起爆，增加爆炸能量的释放量。爆炸同时产生的金属射流速度高达7000m/s，冲击隧道拱顶0.7m厚的钢筋混凝土结构。这种能量虽然不能将钢筋混凝土结构完全切开，但足以使其受到一定的破坏，从而失去其二衬原有的整体承载能力。两侧炮孔随后起爆，时差大于50ms。这样可使隧道拱顶的岩体得到充分破碎，隧道失去整体的稳定能力，在隧道外侧炮孔炸药爆炸能力作用下，隧道侧墙结构失稳破碎，见图8、图9。

图8 炮孔平面布置示意图

图9 拱顶炮孔装药结构示意图

3、理论校核

隧道衬砌结构每板按9m 计，每板单侧设计5个炮孔，其中两孔各装药90kg ，其余三孔各孔装药65kg ，合计单段最大药量为375kg ，依据萨式公式：

()Q K R 3

11v ⋅=α K 取200，α取1.8，v 取2，Q 取375kg ，得：

()

m 932200375318.11=⋅=R

93m 远小于800m ，设计合理可取。

4、后期处理

隧道整体拆除完毕，剩余二次衬砌部分Φ42mm 钻机进行钻孔爆破，孔距1m 。孔深至设计标高。采用分段装药结构，底部150g ，上部75g ，单孔装药量为225g 。由于三面临空，且位于电缆上部，因此不必考虑该部分爆破对电缆的不良影响。

5、电缆防护措施

（1）防护措施

电缆位于隧道路面标高0.5m 以下的电缆沟内。沟深0.5m ，电缆底部采用柔性材料铺垫5~10cm ，不使其与钢筋混凝土直接接触。电缆上部天10~20cm 沙土，沙土上部加盖10mm 厚钢板，钢板上部在填沙土，直至电缆沟顶端，最后加盖钢筋混凝土盖板。