淺析馬蹄形斷面隧洞爆破開挖施工技術

燕平

摘 要：文章通過對寧夏固原地區城鄉飲水安全水源工程1#北山隧洞的爆破開挖施工，著重介紹了其風、水、電布置、出渣設備配置、爆破開挖控制等施工方法，有效的保證了隧洞掘進進度和施工期質量安全，同時節約施工成本，可供類似工程借鑒。

關鍵詞：馬蹄形斷面；排氣通風；鉆爆法；隧洞開挖

1 工程概況

寧夏固原地區城鄉飲水安全水源工程1#（北山）隧洞位于涇源縣城郊北山上，龍潭水庫～中莊水庫段的14+954～16+916，總長1962m。隧洞采用馬蹄形斷面，底拱弦長1.80m，側拱半徑3.505m，圓心角21.77°；頂拱半徑1.15m，圓心角180°；最大凈高2.45m，最大凈寬2.30m；設計水深1.48m，比降i=1/2750。隧洞設計采用C25、F100、W10鋼筋混凝土襯砌，頂拱襯砌厚30～35cm，側拱襯砌厚35cm，底拱找平后的最大襯砌厚43.8cm。隧洞初期支護形式根據圍巖類別分為噴錨支護、拱架支護和管棚支護三種方式。受實際地形地貌限制，隧洞不具備支洞施工條件，需從進出口兩個工作面掘進，單個工作面掘進長度接近1000m。

工程地質條件：隧洞進口段圍巖為第三系始新統砂質泥巖、礫巖，中后段主要為白堊系下統乃家河組、馬東山組泥巖夾泥灰巖，為軟巖，易軟化、崩解和風化。洞長1962m，Ⅴ類圍巖長度1221m，約占總長的62.27%；Ⅳ+Ⅴ類圍巖長度741m，約占總長的37.73%。圍巖條件總體較差，而且隧洞埋深較大。

2 施工布置

2.1 施工道路布置

施工道路可考慮以隧洞基礎作為洞內出碴道路，洞外與場區內臨時施工道路連接至棄渣場。洞內每間隔200m設置一個錯車道方便出渣車輛交錯行進。

2.2 開挖施工設備選擇

手持式YT-27型氣腿式鑿巖機鉆孔，WZG-80型履帶式扒渣機配合2T自卸翻斗車裝巖運輸出渣。

2.3 施工供風

隧洞用風分施工機械用風和空氣對流用風。施工機械用風主要是鑿巖機和風鉆用風。機械用風采用洞口附近設置一臺75kw空氣壓縮機供風站集中供風，風力輸送管采用@125鋼管送風。空氣對流用風依據洞內的施工設備、施工人員、爆破規模計算洞內通風量為471r/min，在考慮施工距離對通風量的影響，距離增加1km用風量在基礎用風量的基礎上乘以5的保證系數，既471*5=2355r/min。根據實際用風量采用旋式軸流風1臺SDDY/2*22（2900r/min、供風量35000m3/h～22000m3/h），隧洞前500m施工段通風管采用￠600拉鏈式帆布軟管，500m之后采用￠500拉鏈式帆布軟管，經實踐證明通風效果良好，完全滿足施工需求。

2.4 開挖工作面

根據本工程的實際情況考慮無法打支洞，只能從隧洞進出口兩個工作面同時開挖。

3 隧洞開挖

3.1 隧洞總體開挖方案

隧洞開挖采用鉆爆法（其工藝流程見圖1），I、Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用全斷面開挖，Ⅳ類圍巖采用微臺階開挖，光面爆破。采用直線型掏槽，按設計開挖輪廓線布置周邊炮眼，間距為45-55cm，輔助眼間距為60-80cm。工作面同時開動3～4臺YT-27型氣腿式鑿巖機鉆眼作業。2#巖石硝銨炸藥（有水地段采用乳化炸藥），周邊眼采用中φ25光爆小藥卷，8#紙雷管簇聯非電毫秒導爆雷管起爆。

3.2 起爆方式

3.2.1 隧洞開挖按光面爆破要求進行鉆爆設計，周邊眼使用小直徑光爆炸藥，炮眼間距45-55cm，采用間隔裝藥，導爆索起爆，孔口堵塞長度足夠。炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，炮孔痕跡I、Ⅱ類圍巖保存率達到90%以上，Ⅲ、Ⅳ類圍巖保存率達70%以上，保證開挖面與設計輪廓線一致，徑向超挖值和開挖巖面的起伏差均小于200mm，平均100mm。圍巖中不得有明顯可見的爆破震動裂隙，不能有欠挖。

3.2.2 掏槽眼、輔助眼采用連續裝藥，毫秒延期導爆管雷管起爆，φ32*200、2#巖石銷按炸藥，裝填系數0.7-0.85。

3.2.3 掏槽方式

考慮圍巖的夾制力，每循環進尺控制在1.5米左右，掏槽型式采用直線方式，確保掏槽效果。

3.3 鉆孔作業

3.3.1 鉆孔前準確測畫開挖輪廓線，點出掏槽眼和周邊眼的位置。

3.3.2 鉆孔采用YT-27型風動鑿巖機，鉆孔深度2.0m，每個工作面配3～4臺風鉆同時作業，司鉆手按設計劃定的區域和炮眼順序鉆孔。

3.4 爆破

按照鉆爆設計圖準備好爆破材料，裝藥前先用高壓風清孔，檢查鉆孔是否堵塞或坍孔，然后接劃定的區域裝藥連線。裝藥順序先上后下，先兩側后中間。導爆管連線采用“一把抓”法，配兩個起爆雷管，裝藥結束經安全檢查后起爆，各步驟按《塑料導爆管非電起爆操作原則》進行。（見圖2）

3.4.1 裝藥及其炸藥使用性能

掏槽眼：φ32mm2#巖石硝銨炸藥

輔助眼：φ32mm2#巖石硝銨炸藥

底板眼：φ32mm2#防水乳化炸藥

光面眼：φ25mm2#巖石硝銨炸藥

施工中遇水現象，將改用防水乳化炸藥。

3.4.2 起爆網絡

（1）材料：采用MS1～15段非電毫秒導爆管雷管，8#紙質火雷管，導火索、導爆索。

（2）起爆方法：周邊眼采用導火索及8#紙質火雷管引爆非電豪秒導爆管雷管。通過導爆索傳爆起爆炸藥；其它眼采用導火索及8#紙質火雷管引爆非電毫秒導爆管雷管，非電毫秒導爆管雷管起爆炸藥。

（3）起爆順序：為先掏槽孔，再輔助孔，輔助孔起爆后再起爆周邊孔，底孔最后起爆。

3.5 鉆爆設計endprint