某公路隧道施工方法及鉆爆方案設計

陳俊成

(中電建冀交高速公路投資發展有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

隨著經濟的騰飛發展，我國的交通設施也亟須大量建設，其中公路隧道的數量與日俱增。由于我國地域遼闊，隧道建設過程中會遇到各種巖層，以及各種特殊及不良地質地段。本工程中，針對不同的圍巖級別及不良地質概況，采用臺階法、短臺階法、三臺階臨時仰拱法進行公路隧道的開挖，同時針對施工方法進行鉆爆設計，盡量保護圍巖，減少圍巖擾動，提高圍巖自身承載能力，為工程的順利施工提供安全保障[1-5]。

1 工程概況

某公路隧道全長930 m，隧道進口里程DK38+115，出口里程DK39+045，為單洞雙線隧道。隧道進出口均采用斜切式洞門。隧道內縱坡設置為單面上坡，坡度為3.0‰，坡長930 m。其中主要穿越的地質構造有：DK38+770～DK38+810段發育白馬鋪-五峰鋪壓性斷裂，性質不明。鉆探揭示本段巖性較復雜，節理裂隙發育，巖溶較發育；地下水類型為基巖裂隙水，接受大氣降水補給，向低洼處徑流排泄；主要巖層為灰巖、沙巖、板巖等。

根據《隧規》圍巖分級判別方法，依據該隧道里程方向的巖土性質，判定該隧道的圍巖分級為Ⅲ～V級，隧道洞口段洞門設計長度為35 m，Ⅲ級圍巖長度約為450 m，占隧道全長的48.3%，Ⅳ級圍巖長度約為205 m，占隧道全長的22%，Ⅴ級圍巖長約190 m，占隧道全長的20%。

2 洞身施工方法

根據圍巖分級劃分方法，確定本公路隧道施工方法。如表1所示。

表1 圍巖分級對應施工方法表

2.1 臺階法施工

本隧道Ⅲ級圍巖部分正洞采用臺階法施工，整個隧道斷面分為上下兩部分，如圖1所示。隧道掘進采用光面爆破，其目的是保證隧道開挖輪廓圓順、光滑，確保隧道圍巖本身的承載能力，盡量避免爆破對周邊圍巖的擾動，隧道上下臺階長度分別為30 m、10 m。隧道上臺階利用簡易工作臺架，再采用YT風鉆機進行炮眼鉆孔，下臺階采用鑿巖機進行炮眼鉆孔，一次掘進長度為3 m。二次襯砌采用液壓鋼模模板臺進行襯砌施工。

圖1 臺階法施工示意圖(cm)

2.2 短臺階法施工

當遇到隧道巖性為Ⅳ級及Ⅴa級時，采用短臺階法施工，臺階分為上、中、下三個，如圖2所示。臺階循環長度均為5 m，爆破依然采用光面爆破。上臺階與上節所述臺階法施工相同，先利用簡易工作臺架，再采用YT風鉆機進行炮眼鉆孔，開挖進尺為1.8 m。

2.3 三臺階臨時仰拱法施工

當圍巖級別為Vb級時，施工方法采用三臺階臨時仰拱法，人工鎬配合長臂挖掘機聯合開挖，如有特殊情況可進行微振動爆破。炮眼采用YT28風鉆機打眼，配備非電毫秒雷管進行起爆，掘進循環進尺保證在0.6 m。圖中臺階長度根據施工機具條件與圍巖情況確定，一般≤30 m。

圖2 短臺階法施工示意圖(cm)

3 鉆爆法施工

根據鉆爆法作業程序，首先進行鉆爆設計，然后確定炮眼位置進行測量布眼，根據布眼點及實際情況采用適合的機械鉆孔，鉆孔結束后裝藥聯線，人員撤離起爆，在通風降塵達到要求后排險撬頂，最后出碴。

3.1 鉆爆設計

根據工程概況，該公路隧道開挖常用的炸藥藥卷直徑有兩種，每m重量如表2所示。

表2 隧道開挖常用炸藥每m重量一覽表

在Ⅲ級圍巖上下臺階開挖斷面面積為132.42 m2時，上臺階每循環進尺2.5 m，鉆孔136個左右，下臺階每循環進尺3.0 m，鉆孔44個。其中上臺階斷面掏槽眼20個，平均裝藥2.6 kg；輔助眼80個，裝藥0.4 kg；周邊眼33個，裝藥0.4 kg；底板眼3個，裝藥3.0 kg。下臺階布置32個輔助眼，每個輔助眼裝藥1.6 kg；周邊眼布置12個，為了減少圍巖擾動，巖壁光滑，裝藥量控制在0.4 kg。由于硅質灰巖自身特性，炮眼炸藥用量指標控制在0.5～0.65 kg/m3之間。三臺階法鉆爆設計不再贅述。鉆爆設計如下頁圖3～4、表3～5所示。

圖3 兩臺階法鉆爆設計圖

注：1.圖示單位為mm；2.本圖為三臺階法施工的鉆爆設計,其中炸藥單耗為初步設計，施工時根據實際爆破效果及時進行調整

表3 臺階法中導爆破參數表

表4 臺階法上導爆破參數表

表5 臺階法下導爆破參數表

為減少圍巖擾動而采用光面爆破，參數主要參考《客運專線鐵路隧道工程施工技術指南》(TZ214-2005)第6.3.6條光面爆破參數表，選用值如表6所示：

表6 光面爆破參數表

3.2 開挖作業

3.2.1 鉆孔作業

(1)炮眼布置原則

掏槽眼：正洞圍巖采用斜眼掏槽。

周邊眼：為了控制光面爆破后出現超欠挖現象，要嚴格控制周邊眼的間距合理。

內圈眼：周邊眼抵抗線邊緣處設置內圈眼，其孔距不小于周邊眼抵抗線。

輔助眼：根據施工現場巖性實際情況，輔助眼的間距取值控制在0.35～0.7 m，當巖石堅硬強度高時，取小值；當巖性強度低時，取大值。

底板眼：底板眼布置是否合理直接關系到隧道開挖輪廓的優劣，因此在開挖輪廓底線位置處設置底板眼，同時稍微加大炸藥量。

(2)鉆孔標準：準、直、平、齊

準：當巖性較好時，按照設計直接采用合適的機具鉆孔即可。當圍巖出現節理、裂隙時，鉆孔往往需要進行一定量的孔位移動，如頂眼和幫眼，前者是左右移動后者是上下移動，周邊眼孔位放線偏差在±1 cm范圍內。眼口開口誤差應遵循以下原則：視圍巖級別高低，眼口可向隧道輪廓線內偏1～3 cm，輪廓線周邊的眼口則以0.03的外插角向外插，且外插的方向與隧道輪廓線法線方向保持一致。

直：在直線段上，為了炮眼與邊墻孔在同一條垂線上，需先在炮眼位置鉆上標準孔，再插上炮桿。

平：保證周邊各炮眼互相平行。

齊：炮眼底部應保證在同一平面上且垂直隧道軸線，掏槽眼加深約15 cm。

3.2.2 裝藥作業

清孔:為了保證炮孔內裝藥順暢和連貫，先采用高壓風將炮孔內的積水和殘渣吹干凈，再進行裝藥。

裝藥:為了保證裝藥量與設計相同，裝藥前需要核對雷管段數及裝藥結構等信息。裝藥時，為了避免雷管破損或拉雷管，起爆藥要采用炮棍緩慢地將其送到炮眼底部。

裝藥檢查:檢查人員需要檢查雷管段數，并標注于孔外導爆管上，同時檢查藥卷規格及其長度，確保均符合要求。

堵塞:裝藥后利用炮泥將孔口位置封堵30 cm，保證封堵嚴密。

3.2.3 爆破作業

爆破順序：首先進行掏槽眼起爆，后是輔助眼、內圈眼，最后起爆是周邊眼和底板眼。

聯結網絡：聯結時盡量與孔眼接近，且保證孔外網路聯結整齊，不出現打結等現象。

4 結語

(1)根據工程概況及《隧規》圍巖分級方法，確定公路隧道圍巖級別分為Ⅲ～V級，分別采用臺階法、短臺階法及三臺階臨時仰拱法施工。

(2)給出了每種施工方法具體臺階長度及施工掘進長度，及采用控制爆破減小圍巖擾動。

(3)給出了臺階法及短臺階法鉆爆設計、炮眼個數及裝藥量，保證爆破效果。

(4)總結了鉆爆施工工序，為工程順利爆破提供安全保障。