基于新奧法高速公路隧道鉆爆施工技術研究

李鴻

摘要 為了研究基于新奧法高速公路隧道鉆爆施工技術，文章依托鹽源高速公路隧道工程，分析了隧道上下臺階法、隧道全斷面法以及隧道環形開挖預留核心鉆爆施工方法。研究結果表明：（1）主洞及平行導洞在Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段，Ⅲ級圍巖較差段應采用上下臺階法鉆爆施工；（2）主洞及平行導洞在Ⅲ級圍巖一般段應采用全斷面法鉆爆開挖，所有炮孔均采用反向起爆方法；（3）主洞及平行導洞在Ⅴ級圍巖淺埋段，應采用環形開挖預留核心鉆爆掘進。

關鍵詞 高速公路；隧道開挖；鉆爆施工；光面爆破

中圖分類號 U455.48文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0106-03

0 引言

在偏遠的山區修建高速公路，不可避免會穿越地形復雜的山丘。由于地形起伏變化，交通不便，基礎設施薄弱，采用機械開挖增加了施工成本，而鉆爆法具有良好的地質適應性，并且設備成本低、施工靈活、安全性高。因此，在隧道施工方案中常采用鉆爆法進行隧道開挖，為提高鉆爆施工效率，學者們進行了多方面研究。陳子全等[1]采用數值模擬的方法，提出了鉆爆法隧道機械化施工背景下二襯支護時機的動態優化方法；吳國民[2]對隧道掘進工程中的鉆爆參數優化方法進行了研究，利用遺傳算法確定最具可行性的鉆爆參數最優解，判斷鉆爆參數優化方法的可行性；盧冰濤[3]對穿越煤系地層鉆爆法安全開挖進行了研究，論述了瓦斯隧道鉆爆法安全開挖的關鍵技術與控制要點；陳建民[4]以工程試驗部分為基礎，詳細分析了影響施工效率的因素，提出了提高效率的施工方案和技術措施；王鑫[5]以軟弱圍巖公路隧道工程為背景，重點對其機械化鉆爆施工技術展開探討，提出了關鍵的工作要點。以上學者對公路隧道鉆爆施工技術進行了研究，并對鉆爆參數優化方法進行了分析。

基于此，該文參考以上學者的研究成果，依托鹽源高速公路隧道工程，基于新奧法高速公路隧道鉆爆施工技術進行了研究，分析了隧道上下臺階鉆爆施工方法、隧道全斷面鉆爆施工方法、隧道環形開挖預留核心鉆爆施工方法，以及隧道超欠挖控制措施。

1 工程概況

該項目為西香高速公路鹽源隧道工程，是西昌至香格里拉（四川境）高速公路的控制性工程，隧道位于滇西北橫斷山高山峽谷與云貴高原接壤地帶東側，四川盆地西南，地勢高差懸殊，海拔標高在2 500～3 400 m范圍內。隧址區最高峰的高程為3 681.2 m，東側進口附近河谷高程約2 468 m，西側出口附近溝谷高程約2 547 m，最大高差約1 274 m。隧道進口斜坡坡度較陡，平均坡度為35 °～55 °，多呈陡壁狀，表層局部覆蓋0～5 m厚的粉質黏土；隧道中部斜坡陡緩相接，平均坡度為15 °～30 °；隧道出口段坡度陡緩不均，灰巖地段斜坡坡度較陡，平均坡度約35 °～55 °，多呈陡壁狀，基巖大面積裸露。隧道平均長度為14 152 m，主洞建筑限界凈寬10.25 m，凈高5 m，為雙向四車道特長分離式隧道。隧道出口端平行導洞采用鉆爆開挖，進口端采用TBM掘進。

2 隧道鉆爆施工方法

2.1 隧道上下臺階法鉆爆施工方法

主洞及平行導洞在Ⅳ級、Ⅴ級圍巖一般段，Ⅲ級圍巖較差段落采用上下臺階法，臺階開挖高度2.5 m。在開挖過程中，首先進行炮孔布置，為確保光面爆破效果，周邊眼的環距應為40 cm，實際施工中可能會存在孤石；若出現孤石，在鉆眼施工時應根據圍巖實際情況進行適當調整，但最大不能超過45 cm，周邊眼外插角控制在10 °～20 °，以防止較大的超挖。隧道開挖炮眼布置如圖1所示，圖中編號為起爆順序。

由于環形開挖，圍巖受夾持力較大，輔助眼與周邊眼間距為60 cm；周邊眼采用間隔裝藥（如圖2所示），末段起爆；掏槽眼、輔助眼采用集中裝藥，導爆采用導爆索、電雷管遠距控制引爆；拱頂掏槽眼布置與隧道中心線對稱，距離100 cm。輔助眼由于臨空面較多，間距可調整至80～100 cm，且于臺階上垂直施鉆，裝藥系數在0.8～1.0 kg/m3范圍內。在施工過程中，通過現場施工爆破驗證進行調整。

2.2 隧道全斷面鉆爆施工方法

主洞及平行導洞在Ⅲ級圍巖一般段落采用全斷面法開挖。全斷面開挖按單循環進尺3 m設計，掘進爆破掏槽孔垂直楔形布置，縱向設置三排，第一排掏槽孔的孔深為2.5 m（孔長為2.9 m），橫向夾角為59 °；第二排掏槽孔的孔深為3.4 m（孔長為3.7 m），橫向夾角為66 °；第三排掏槽孔的孔深為3.4 m（孔長為3.5 m），橫向夾角為79 °。輔助眼孔深為3.2 m（孔長為3.2 m），均垂直于巖面；周邊眼鉆孔間距為50 cm，根據圍巖的軟硬程度在40～60 cm之間調整；底板孔布置在底板開挖邊界上，孔距約為1.1 m。為達到爆破效果，所有炮孔均采用反向起爆方法，即起爆藥卷置于炮孔底部，位于邊墻角部的周邊孔應按照底板孔連續裝藥；在爆破過程中，將導爆索串聯周邊的爆孔，并且在相同時間內同時起爆。炮孔堵塞物為黏性好的黏土與細沙混合制成，堵塞所用的炮棍由木質或竹質材料制成。每個炮孔必須堵孔，周邊孔堵在孔口以內30 cm處，其他炮孔應堵在炸藥的地方；由于炸藥與巖石間有較大空隙，若炮孔未堵上，則容易形成沖孔，達不到預期效果。

2.3 隧道環形開挖預留核心鉆爆施工方法

隧道主洞及平行導洞在洞口段Ⅴ級圍巖淺埋段，采用環形開挖預留核心掘進。在進行鉆爆開挖前，先進行炮孔布置，每次循環進尺1.2 m。掘進爆破掏槽孔及輔助孔采用矩形布置，掏槽孔的孔深為1.6 m（孔長為1.71 m），輔助孔的孔深為1.6 m。各對掏槽孔之間的排距為0.5 m，每對掏槽孔的孔口距為1.4 m，掏槽孔與掌子面的夾角為69 °；各對輔助孔之間的排距為0.5 m，每對輔助孔的孔口距為2.6 m，與掌子面的夾角為83 °。掏槽孔和輔助孔均從底板以上0.6 m開始布置。掘進孔兼部分掏槽作用，設計位置在掘進孔與核心土斜邊中間位置，爆破孔立面布置如圖3所示。

掘進孔呈弧形布置（與隧道周邊圓弧相近），孔距為1.02 m，前后排距為0.8 m，孔深為1.4 m，所有掘進孔均垂直掌子面鉆進。開挖邊界內側75～80 cm處，將掘進炮孔布置在光面爆破炮孔附近；在進行光面爆破時，確保最小抵抗線一致。同時，在開挖邊界上布置光面爆破炮孔，其鉆孔角度與掌子面夾角約為1 °～2 °；施工作業時，掘進炮孔的位置允許在5～10 cm范圍內調整，其余的調整間距不宜大于5 cm。

在進行裝藥時，應選用可用于地下工程的巖石乳化炸藥。為保證掘進爆破的爆破效果，除周邊孔外，各炮孔均采用Φ32 mm、長度為300 mm的藥卷，單卷炸藥量300 g。在起爆過程中，所有炮孔均采用正向起爆方法引爆炮孔內炸藥，確保所有周邊孔同時起爆，達到工程要求的爆破效果。

3 隧道超欠挖控制措施

鉆爆法施工過程中，控制好超欠挖是節省成本、提高效率的重要因素。因此，采用鉆爆法對隧道進行開挖時，應根據不同地質情況，選擇合理的鉆爆參數，達到設計和施工要求的爆破效果。對于不同級別的圍巖，需要考慮開挖線內的預留量。在爆破完成后，未爆破的巖土體可采用機械在短時間內掘進到設計要求的區域，以提高開挖距離的精度，防止出現超欠挖現象，增加施工成本。由于周邊眼的精度是影響超欠挖的主要因素，因此在施工放線中，應準確標明各施工線的位置，以便后續開挖達到施工要求。隧道開挖完成后，對爆破后的斷面輪廓進行檢查，對各斷面的超欠挖情況進行記錄，分析超欠挖原因，及時更改爆破設計，減少誤差。同時，還應配專職測量工檢查開挖斷面，超挖量（平均線性超挖）應控制在10 cm（眼深3 m）和13 cm（眼深5 m）以內。

4 結論

該文依托鹽源高速公路隧道工程，基于新奧法高速公路隧道鉆爆施工技術進行了研究，分析了隧道上下臺階鉆爆施工方法、隧道全斷面鉆爆施工方法、隧道環形開挖預留核心鉆爆施工方法，以及隧道超欠挖控制措施?？傻萌缦陆Y論：

（1）隧道主洞及平行導洞在Ⅳ級、Ⅴ級圍巖一般段，Ⅲ級圍巖較差段落應采用上下臺階法施工。在炮孔布置過程中，周邊眼環距40 cm，周邊眼外插角控制在10 °～20 °；拱頂掏槽眼布置與隧道中心線對稱，距離

100 cm，采用導爆索、電雷管遠距控制引爆。

（2）隧道主洞及平行導洞在Ⅲ級圍巖一般段落應采用全斷面法開挖。按單循環進尺3 m設計，掘進爆破掏槽孔垂直楔形布置，縱向設置三排；輔助眼孔深為3.2 m，均垂直于巖面，周邊眼鉆孔間距50 cm；所有炮孔均采用反向起爆方法，采用導爆索串聯與其余周邊光爆孔同時起爆。

（3）隧道主洞及平行導洞在洞口段Ⅴ級圍巖淺埋段，應采用環形開挖預留核心掘進。在炮孔布置過程中，每次循環進尺1.2 m，掘進爆破掏槽孔及輔助孔采用矩形布置；掏槽孔的孔深為1.6 m，輔助孔的孔深為1.6 m；所有炮孔均采用正向起爆方法引爆炮孔內炸藥。

（4）控制好超欠挖是節省成本、提高效率的重要因素。根據不同地質情況，應選擇合理的鉆爆參數，超挖量（平均線性超挖）應控制在10 cm（眼深3 m）和13 cm（眼深5 m）以內。

參考文獻

[1]陳子全， 孫振宇， 周子寒， 等. 鉆爆法隧道機械化施工二襯支護時機優化方法[J]. 中國公路學報， 2024（1）： 1-14.

[2]吳國民. 隧道掘進工程中的鉆爆參數優化方法[J]. 交通科技與管理， 2023（17）： 84-86.

[3]盧冰濤. 穿越煤系地層鉆爆法安全開挖研究[J]. 價值工程， 2023（8）： 97-99.

[4]陳建民. 山嶺公路隧道標準化鉆爆施工技術研究[J]. 中國標準化， 2022（16）： 205-208.

[5]王鑫. 軟弱圍巖公路隧道機械化鉆爆施工技術[J]. 智能城市， 2021（17）： 149-150.