復雜地質條件下鉆爆法隧道施工技術

摘要：復雜的地質條件給隧道的掘進和支護帶來了極大的挑戰，結合工程施工實例，在分析場區地質和水文地質條件的基礎上，分析了隧道施工的重難點，提出利用雙側壁導坑法和上下臺階法的施工工藝，并根據鉆爆法的爆破工藝，提出相應的爆破參數，使龍巖高速公路東環線大盤山隧道順利貫通和交付運營。研究成果可為隧道工程的學術研究提供基礎資料，也為類似工程施工提供實用參考。

關鍵詞：隧道工程;施工技術;鉆爆法;雙側壁導坑法;上下臺階法

0" "引言

在山嶺地區，隧道工程具有克服高程障礙、縮短線路距離、調整線路坡度、減少環境破壞等優點，具有路基工程和橋梁工程無法比擬的優勢。近年來，我國高速公路建設取得了快速發展，隧道工程的施工工藝和技術也隨著不斷進步，目前中國已成為世界上隧道工程建設規模最大、數量最多、建設難度最高的國家[1]。但是，天然形成的地質條件往往難于預測，諸如斷層破碎大、富水層、裂隙發育區等，給施工的安全帶來極大的不穩定因素，也給隧道工程的施工造成嚴峻挑戰[2-4]。

本文嘗試結合工程施工實例，在分析場區地質和水文地質條件的基礎上，提出利用雙側壁導坑法和上下臺階法的施工工藝，并根據鉆爆法的爆破工藝，提出相應的爆破參數，以達到豐富工程施工經驗的目的，并可為類似工程提供實用參考。

1" "工程概況

富陽320國道至富陽大橋連接線鹿山（大盤山）隧道工程起點位于西環北路與公望街交叉口，路線沿西環北路往南布設至大盤山后分左右線設隧道穿越大盤山，出洞后沿鹿山5號路布線，最終與己建成的富陽大橋北側橋頭相接。

大盤山隧道為該工程的節點工程，隧道設計速度80km/h，為分離式雙向六車道+雙向八車道，進口洞門采用削竹式洞門，出口洞門采用端墻式洞門，屬于長隧道。左線起訖樁號：ZK2+500～ZK4+820，全長2320m，出口為直線，縱面線型呈“人”字坡進，洞口為+0.600%坡長891.409m的上坡，接-0.600%坡長1428.591m的下坡出洞口;右線起訖樁號：YK2+500～YK4+835，全長2335m，縱面線型呈“人”字坡進，洞口為+0.600%坡長900m的上坡，接-0.600%坡長1435m的下坡出洞口。

初期支護以噴、錨、網、格柵鋼架等組成聯合支護體系，二次襯砌采用模筑防水砼結構，初期支護與二次襯砌結構之間設防排水夾層。隧道設置2個車行橫通道，6個人行橫通道，緊急停車帶4個。隧道為一級公路隧道，二次襯砌采用P8抗滲等級C30混凝土，隧道設防烈度按VII度考慮。

2" "工程地質及水文地質條件

隧址區屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏大，植被較發育，山體山脊（頂）陡峻，高程在406～520m。隧道進出口山坡坡度約25°～30°。隧址區上部為第四系坡積層，下伏基巖為二疊系童子巖組粉砂巖及其風化層、志留奧陶系變質粉砂巖、燕山早期侵入花崗巖。勘察及地表調繪揭示隧址區有2條斷層及3條節理裂隙密集帶，如表1所示。

隧道位于當地侵蝕基準面之上，地下水較貧乏，洞口右側有一條季節性沖谷，具有典型的山區溝谷特征。溝水為基巖裂隙水，水流清澈，流量約0.3～0.6L/s。水量受雨季影響較大，一般7至9月水量最大，10月份后基本干涸。隧道地下水主要為孔隙潛水、孔隙裂隙水，構造裂隙水，經取樣成果分析、判定，場地環境類型為Ⅱ類。場區地下水所測的各項指標，對混凝土及混凝土中鋼筋有微腐蝕性。

3" "施工重難點及總體施工方案

3.1" "施工重難點分析

大盤山隧道施工難度較大，主要因素有以下4點：一是圍巖等級低。近一半為破碎狀強風化、中微風化變質粉砂巖，V級圍巖長度占總長的46.08%。二是地質條件復雜。不良地質較多，存在2段斷層破碎帶及3條節理裂隙密集帶，各斷層構造復雜。隧道進口段坡體為坡積土及強風化巖，坡體易坍塌，進洞較困難。三是隧道進洞口施工受場地大小限制影響。四是單洞跨徑大，最大開挖斷面117m²，施工開挖及支護型式較多，超前支護量大。

3.2" "隧道總體施工方案

隧道開挖按照新奧法原理組織施工，隧道開挖采用控制爆破。軟弱圍巖施工中遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測”的施工原則[5]。針對不同的圍巖、不同的地段，開挖按下述施工方法進行：洞口段20m采用雙側壁導坑法;Ⅳ級圍巖段采用臺階法施工，Ⅴ級圍巖石質段采用臺階法施工，Ⅴ級圍巖土質段采用雙側壁導坑開挖。各里程段具體施工方法見表2。

4" "關鍵施工技術分析

4.1" "雙側壁導坑法

雙側壁導坑法開挖施工步驟如圖1所示。雙側壁導坑法施工工序縱斷面如圖2所示。雙側壁導坑法施工步驟如下：

左側導洞超前預支護，全段側壁墻采用Φ22錨桿超前預支護。開挖左側導洞。左側導洞初期支護，支護緊跟掌子面，主洞洞身及側壁墻初噴后，主洞洞身支護采用組合式錨桿、鋼筋網片，I22b型工字鋼支撐縱向間距為50cm一榀，復噴濕噴混凝土至30cm支護。側壁墻I18臨時工字鋼縱向間距，同主洞洞身工字鋼，并在拱部及底部相互焊接牢固（上部采用螺栓連接，下部可采用焊接），側壁墻采用濕噴混凝土20cm加強支護，使之形成閉合圈。工字鋼間采用縱向連接鋼筋連接，以加強鋼支撐的穩定;

右側導洞超前預支護，全段側壁墻采用Φ22錨桿超前預支護。左側導洞開挖3～5m后，開挖右側導洞。右側導洞初期支護，主洞洞身及側壁墻支護同左側導洞。上半斷面超前預支護。右側導洞開挖3～5m后，開挖上半斷面。

上半斷面初期支護，I22b型工字鋼支撐與左右側拱部鋼支撐采用螺栓連接，局部可焊接加強，組合式錨桿、鋼筋網片、濕噴混凝土厚30cm支護同左右側主洞。開挖下半斷面。下半斷面初期支護，I22b型工字鋼支撐與左右側底部鋼支撐采用螺栓連接，局部可焊接加強，組合式錨桿、鋼筋網片、濕噴混凝土厚30cm支護同左右側主洞。拆除側隔壁墻，整體灌注仰拱混凝土及填充層。鋪設環向盲溝和防水板，整體灌注二襯混凝土。

4.2" "上下臺階預留核心土法開挖

臺階法開挖施工步驟如圖3所示。臺階法開挖施工工序縱斷面如圖4所示。上下臺階預留核心土法施工步驟圖如下：開挖上臺階（預留核心土）;上臺階初期支護，施作鎖腳錨桿;核心土開挖;開挖下臺階;下臺階初期支護，必要時邊墻腳設置鎖腳錨桿;灌注二次襯砌仰拱混凝土;鋪設環向盲溝及防水板，整體灌注二次模注混凝土襯砌。

4.3" "鉆爆施工工藝

4.3.1" "鉆爆設計與施工工藝流程

鉆爆作業直接影響隧道的施工進度、安全和經濟效益，同時對開挖斷面的準確成型，保護圍巖的穩定性至關重要。根據新奧法的原則和本隧道的地質條件，決定針對不同的巖性和開挖方式，在爆破初期，先針對相應的巖性和結構進行爆破試驗，使待爆破的巖石得到松動，且巖壁不受或少受破壞。試驗時，對爆破效果進行分析，在此基礎上調整設計參數，完善設計方案，及時進行總結。

爆破程序設計如圖5所示。鉆爆施工工藝流程為：施工準備（校核中腰線、標定眼位）→鉆孔→裝藥聯線→警戒爆破→通風排塵→清理危巖活石→臨時支護→清碴（下一個循環）。普通工區鉆孔鑿巖以自制臺架為主，配備YT28風鉆（鉆頭Φ40mm），炸藥選用2號乳化炸藥，Φ32普通藥卷和電雷管。

4.3.2" "爆破技術參數選擇

鉆爆設計采用光面爆破，爆破的效果和質量在很大程度上決定于鉆眼爆破參數的選擇。除掏槽方式及其參數外，主要的鉆眼爆破參數還包括單位炸藥消耗量、炮眼深度、炮眼直徑、裝藥直徑、炮眼數目等。選擇這些爆破參數時，不僅要考慮掘進的條件（巖石地質和斷面條件等），而且還要考慮到這些參數的相互關系，及對爆破效果和質量的影響（如炮眼利用率、巖石破碎塊度等）。針對雙側壁導坑、臺階法施工工藝，采用的爆破技術參數如表3所示。

4.4" "洞口施工

大盤山隧道進出口均采用端墻式洞門。隧道進出口仰坡和邊坡均進行綠化防護，綠化防護的形式根據邊坡坡率和圬工防護形式確定的。進出口仰坡采用拱形骨架植草。成洞面及明洞臨時邊坡采用掛網錨噴的支護方式來保證明洞回填前的臨時穩定。進洞施工順序如下：截水天溝→邊仰坡施工→洞口開挖→導向墻（套拱）施工→大管棚+小導管進洞。

邊仰坡按要求開挖后，為保證安全進洞，要及時對邊仰坡及地表進行掛網錨噴支護。開挖后立即初噴4 cm厚C20混凝土封閉，布設Φ8（進洞口）、Φ6（出洞口）鋼筋網，施作Φ22砂漿錨桿進行錨固。邊仰坡鋼筋網網格間距20cm×20 cm，錨桿長度5 m，間距1.0 m×1.0 m，呈梅花型布置，然后復噴混凝土至10 cm厚。具體開挖及支護措施見圖6。

5" "結論

大盤山隧道地質條件復雜，Ⅴ級圍巖長度占總長的46.08%，存在2段斷層破碎帶及3條節理裂隙密集帶，各斷層構造復雜。隧道進口段坡體為坡積土及強風化巖，坡體易坍塌，進洞較困難。為此針對不同的圍巖、不同的地段，提出了相應的隧道施工方法：洞口段20 m采用雙側壁導坑法;Ⅳ級圍巖段采用臺階法施工，Ⅴ級圍巖石質段采用臺階法施工，Ⅴ級圍巖土質段采用雙側壁導坑開挖。鉆爆法爆破參數的確定是隧道掘進和支護的關鍵，針對不同的開挖工法，提出了具體的爆破參數，可為類似的隧道工程提供實用參考。

參考文獻

[1] 《中國公路學報》編輯部. 中國隧道工程學術研究綜述·2015[J].中國公路學報， 2015，28（5）： 1-65.

[2] 朱維申，何滿潮.復雜條件下圍巖穩定性與巖體動態施工力學[M]. 北京：科學出版社， 1996.

[3] 李術才，薛翊國，張慶松，等.高風險巖溶地區隧道施工地質災害綜合預報預警關鍵技術研究[J]. 巖石力學與工程學報， 2008，27（7）： 1297-1307.

[4] LI Li-ping， WANG Qing-han， LI Shu-cai，et al. Cause Analysis of"Soft and Hard Rock Tunnel Collapse and Information Management[J].Polish Journal of Environmental Studies， 2014， 23（4）： 1227-1233.

[5] 李術才，李樹忱，張慶松，等.巖溶裂隙水與不良地質情況超前預報研究[J].巖石力學與工程學報，2007，26（2）： 217-225.