鉆爆法施工技術在低瓦斯隧道工程中的應用

楊雪冬

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

爆破是隧道工程中必不可少的環節，其直接影響到隧道的整體品質。行業技術持續發展之下，隧道爆破可選方法較多，但以鉆爆施工法最為典型，具備施工效率高、成本低、循環進尺大等多重特點，有助于創造安全的隧道施工及運營環境。

1 工程概況

某隧道為雙線設計，鋪設雙塊式無砟軌道，高度515 mm。隧道出口處洞頂位置特殊，距煤層約8～40 m，易發生煤層的瓦斯進入隧道洞身的情況，綜合多方面的情況最終判定為低瓦斯隧道。D4K241+020～+036 以及D4K242+913～+938 標段均基于明挖法展開施工作業，剩余區域均為暗挖施工，選用鉆爆法施工工藝，混凝土噴射環節均選擇的是濕噴技術。

2 鉆爆法概述

鉆爆法是隧道工程中較為主流的施工方法，于隧道斷面鉆孔，向其中填充適量性能良好的炸藥，經爆破后產生隧道雛形，輔以噴錨初期支護措施，施作二次襯砌，以維持隧道的穩定性，爆破后產生的巖石利用運輸車轉移至指定區域堆放。從施工形式的角度來看，鉆爆法包含兩類，其中人工鉆爆法是較為傳統的方式，多臂鑿巖臺車鉆爆法可創造更高的施工效率，且以隧道斷面大小為依據，施工所用的三臂鑿巖臺車數量可靈活配置，如一臺獨立完成或是兩臺協作。

鉆爆法施工技術的應用主要包含洞內和洞外兩部分的施工作業。隧道的建設環境更為復雜，含大量不可預見因素，運輸線相互交合、各工序間形成大量接口，彼此間易發生施工干擾問題。并且，爆破對隧道其他施工環節的影響較大，甚至與人員安全息息相關。對此，營造安全的施工環境勢在必行，爆破作為隧道工程施工中極為關鍵的環節，有必要注重對爆破方法的選擇與應用，最大限度減少爆破中飛石的不良影響，縮小其擾動范圍。鉆爆時所有施工人員以及設備均撤離至安全區域，要求模板內混凝土具有足夠的強度，否則在爆破振動影響下易對其后期強度造成不利影響，結構裂紋發生概率加大。

3 施工總體方案

3.1 爆破特點

隧道為低瓦斯隧道，按設計圖紙中提出的各類要求合理組織鉆爆作業，選用煤礦許用炸藥，借助毫秒雷管引爆，考慮到爆破效率等多方面要求，雷管末段延期時間不超過130 ms。

3.2 設計鉆爆的原則

（1）合理控制起爆藥量。最大限度減小爆破振動的影響，維持圍巖的穩定性。

（2）開挖作業選擇的是臺階法。考慮到巖層偏軟弱的情況，應采取多重措施確保頂板施工安全，較合適的是縮短臺階距離、加強支護等。

（3）爆破參數合理化。為達到此目標，應通過爆破試驗的方式確定合適的參數，作為正式鉆爆施工的工藝指導，兼顧隧址區地質特點，采取動態化管理措施。

3.3 爆破以及開挖的施工方案

根據新奧法原理，施工中Ⅳ、Ⅴ級圍巖段均利用臺階法完成開挖作業，并采取水壓爆破工藝，水壓爆破施工技術如圖1 所示。

圖1 水壓爆破施工技術

水壓爆破施工技術的關鍵在于選用適量的水袋，將其置于炮眼中（具體應位于炸藥的前、后端），再利用炮泥封堵。不同于炮眼無回填爆破，工程所使用的水壓爆破施工技術在安全、施工效率等方面都有著更好的表現，并且對環境的保護力度較大，有效避免周邊環境嚴重受損的情況，契合于可持續發展理念。

4 施工方法

4.1 鉆孔作業

以鉆孔臺架和氣腿式風槍為基礎設備，展開人工濕式鉆孔作業。

（1）光面爆破工藝要求。炮眼和輪廓線兩處均采取的是激光斷面儀放樣的方式，要求誤差控制在±2 cm 內；周邊眼開孔時充分考慮圍巖軟硬程度，以此為參考做出靈活的調整；盡可能減小周邊眼外插角，根據孔深的實際情況靈活控制，孔深＜3 m 時，外插角斜率為孔深的±5%，孔深＞3 m 時取其深度的±3%作為控制標準；加強對外插角方向的控制，必須沿輪廓線法線方向[1]。

（2）檢測瓦斯濃度。檢測范圍為掌子面近20 m 內，通過對該處風流的檢測，掌握其瓦斯濃度的實際情況，以0.5%為上限，超出該值時不允許鉆孔作業，加強通風并通過其他方式盡可能降低瓦斯濃度，在0.5%以內時才具備施工條件。

（3）放樣布眼。測量技術員利用水準儀檢測從而確定拱頂面的高程；確定開挖輪廓線及各炮眼的具體位置，滿足要求后使用紅油漆標記，要求與設計值的誤差＜5 cm；每次測量放線時都要加強對前一節段爆破斷面的檢查，并根據實際情況調整爆破參數。圍巖開挖輪廓線的設計應注重預留變形量的要求，根據圍巖等級確定相適應的預留變形量，其中Ⅳ圍巖為8～10 cm，Ⅴ級圍巖擴寬至10～15 cm。此外，監控量測信息也是重要的參考依據，現場技術人員對其進行分析，從而靈活調整圍巖預留變形量。

（4）布置炮眼。確定掏槽眼的具體位置，對于巖層的層理較為明顯的情況，此時所設置的掏槽眼應與層理保持垂直關系，并在其他炮眼的基礎上加深約20 cm。以開挖設計輪廓線為依據，合理設置周邊眼，嚴格控制炮眼眼口的位置，均要位于斷面輪廓線上。

（5）鉆眼。周邊眼眼底所處位置要具有合理性，其與開挖斷面輪廓線間距需控制在10 cm 內，參照內圈眼的布設情況，周邊眼斜率與之一致，排距誤差控制在5 cm 內。部分區段存在較大凹凸開挖面，此時要充分考慮現場情況，靈活調整裝藥量和炮眼深度。

（6）清孔。經過鉆孔施工后，炮眼中易堆積石屑，以小直徑高壓風管為工具，向其中輸入高壓風有效清理；檢驗炮眼的施工情況，如位置、深度和角度。

4.2 裝藥

裝藥結構如圖2 所示。

圖2 裝藥結構

（1）裝藥工藝要求：做好裝藥前的準備工作，要求炮眼內不存在巖屑堆積現象；利用竹制或木制炮棍輕推藥卷，使其可有效到達炮眼的指定深度處，避免振實或沖撞，否則易導致炸藥包受損；電雷管安裝時，要確保完全裝入藥卷內；巖層爆破過程中，對于炮眼深度小于0.9 m 的情況，要求裝藥長度小于1/2的炮眼深度；煤層爆破施工中，該處的裝藥長度控制標準為小于1/2 的炮眼深度。

（2）炮眼填塞。做好上述工作后，向炮眼內放入水袋，并使用炮泥有效填塞，使其具有嚴密性。

4.3 處理瞎炮的方法

（1）對于瞎炮問題，應在班組長的指揮下有效處理，且此項工作需盡可能在當班完成，若因難度較大或是時間不足，放炮員要將實際情況如實告知下一班人員，做好交接。

（2）放炮結束后若存在瞎炮，此時需全面檢查頂板和支架并檢測現場瓦斯濃度，以確保現場安全為基本前提，放炮員將瞎炮聯好，再次放炮。若此時依然未發生爆炸，則要再次打眼放炮[2]。

（3）重新打眼時，需充分考慮到瞎炮的深度和角度情況，確保新炮眼和瞎炮眼保持平行的位置關系，兩者間距設為0.3 m，無誤后再裝藥并放炮。

（4）不得加深炮眼殘底；吹炮眼環節禁止通過壓風進行。

5 影響鉆爆施工法的主要因素

（1）隧道工程施工環境復雜，地質條件對各環節施工的影響較大。為創造良好的施工條件，在項目初期需做好地質勘察工作，根據所得信息評價圍巖情況，采取科學的措施，盡可能減少地質對爆破的不良影響。爆破時伴有較明顯的擾動，應確保巖體具有穩定性，爆破全程圍巖的完整度都要維持在良好的狀態。當然，部分區段的地質條件特殊，圍巖結構易發生破損，或是完整性不足，諸如此類情況均會對道路工程質量造成影響。鑒于此，必須做好全方位的地質勘察，采取與現場環境相適應的措施，確保圍巖結構的穩定性，給隧道的施工作業創造良好的環境[3]。

（2）巖體強度在很大程度上決定隧道工程施工的安全性，巖體強度是評價圍巖質量的重要指標，同時也直觀反映出巖體在面對外力時所具備的抵抗能力。對此，工程人員必須高度注重對巖體強度的檢測與分析，根據實際強度情況采取相適應的處理措施，使圍巖在施工全程均可維持穩定的狀態，以免成為隧道施工作業的阻礙因素。

（3）水文地質也是值得重點考慮的因素，其對于隧道工程施工的影響較大，在水文地質條件欠佳的情況下，圍巖穩定性難以得到保障。考慮到此問題，正式施工前必須做好對隧址區水文地質的勘察工作，明確地下水發育程度、分布范圍等，再借助可行的技術加以處理，盡可能減小不良水文地質條件的影響，從而創造安全的隧道施工環境。

6 結語

結合某低瓦斯隧道工程實例，圍繞鉆爆法施工技術展開探討，總結各環節的技術要點以及注意事項。鉆爆施工是隧道工程中的重要環節，應以設計圖紙為基準嚴格執行，爆破可選用煤礦許用炸藥；實際施工中加強對掘進進尺的控制，加強對圍巖的監測從而掌握施工實際情況，以合理的技術手段減小不良地質的影響，確保爆破過程中圍巖可維持穩定狀態，從而創造安全的施工環境，給后續的施工作業提供良好條件。