論公路隧道礦山法開挖施工基本作業(yè)

劉琦兵

（山西省公路局呂梁公路分局，山西 離石 033000）

論公路隧道礦山法開挖施工基本作業(yè)

劉琦兵

（山西省公路局呂梁公路分局，山西 離石 033000）

修建公路隧道先需要開挖坑道，這也是隧道施工的最基本作業(yè)，且開挖工程量占得比重較大，所以文章主要論述了開挖作業(yè)鉆眼、裝藥、爆破等施工要求及計算方法。

公路隧道；礦山法；開挖

1 緒論

修建隧道首先需要開挖坑道，開挖作業(yè)占整個隧道施工工程量的比重較大，造價約占20%～40%，是隧道施工中較為關(guān)鍵的基本作業(yè)。開挖可分兩類：一是只有一個工作面的導(dǎo)坑開挖，二是有多個自由面的擴(kuò)大開挖。開挖作業(yè)包括鉆眼、裝藥、爆破等幾項工作內(nèi)容，對于開挖作業(yè)應(yīng)做到以下幾點要求：①按設(shè)計要求開挖出斷面（包括形狀、尺寸、表面平整、超挖、欠挖等要求）；②石渣塊度（石渣的大小）便于裝渣作業(yè)；③掘進(jìn)速度，少占作業(yè)循環(huán)時間；④爆破在充分發(fā)揮其能力的前提下，減少對圍巖的震動破壞以及對施工用機(jī)具設(shè)備和支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，并盡量節(jié)省爆破器材的消耗。

2 導(dǎo)坑開挖

導(dǎo)坑的形狀為梯形斷面或矩形斷面，斷面大小由地質(zhì)條件、運輸要求、支撐類型、機(jī)具設(shè)備、安全要求等因素確定。

導(dǎo)坑開挖的關(guān)鍵是掏槽，即在只有一個臨空面的條件下（全斷面一次開挖時也是一個臨空面）首先開挖出一個槽口，作為其余部分的新的臨空面，提高爆破效果，先開的這個槽口稱為掏槽。掏槽對導(dǎo)坑開挖爆破的成敗與好壞影響很大。

導(dǎo)坑開挖，除掏槽所需鉆的掏槽眼外，還有炮眼、掘進(jìn)眼。

3 掏槽種類

掏槽形式，視炮眼與開挖面垂直與否，分為直線型掏槽與傾斜式掏槽兩類。由于圍巖條件變化大，掏槽形式由實際情況而定，通常是初步選定后經(jīng)幾次實踐，根據(jù)爆破效果調(diào)整改進(jìn)，可以找到符合具體情況的掏槽形式。各種掏槽大致可概括為幾種類型：

3.1 角錐掏槽

爆破后槽口呈角錐形，通常用于堅硬或中堅硬整體巖層，見圖 1（a）。

3.2 楔形掏槽

炮眼分為兩排，爆破后槽口呈楔形，槽口垂直的稱垂直楔形掏槽，見圖1（b），適用于層理大致垂直的巖層。槽口水平的稱水平楔形掏槽，見圖1（c），適用于層理大致水平的巖層。

3.3 單向掏槽

在中硬巖層中，有明顯層面或裂縫的，可以單向掏槽，使炮眼橫穿層面或裂縫。炮眼向上的稱爬眼，向下的稱插眼，炮眼也可斜向傾斜，見圖 1（d）。

圖1 掏槽種類

3.4 直線型掏槽

炮眼方向與坑道中心線平行，即與開挖面垂直。其中有若干個眼將不再裝炸藥，它們起臨空面的作用，稱為五眼中空掏槽的見圖1（e），稱為龜裂掏槽的見圖1（f）；直線型掏槽常用于石質(zhì)堅硬、整體性較好的巖層開挖中，并常用于機(jī)械鉆眼場合或深眼掘進(jìn)的場合。

從施工方便和爆破效果看，在機(jī)械化程度不高、淺眼掘進(jìn)時，用垂直楔形掏槽較多；用多臺風(fēng)鉆、深眼掘進(jìn)時，用直線型掏槽較多。直線型掏槽眼深不受坑道斷面大小限制，炮眼方向容易控制，操作方便，但由于有空眼，總的炮眼數(shù)比楔形掏槽時要多。

4 炸藥用量

炸藥用量與巖性、炸藥威力、斷面大小、臨空面多少、炮眼直徑、炮眼深度等都有關(guān)，炸藥用量影響爆破效果及裝渣作業(yè)，并且對圍巖擾動大小、機(jī)械設(shè)備破壞、支護(hù)結(jié)構(gòu)是否打壞等，都直接有關(guān)，因此，合理確定炸藥用量在坑道開挖中是很重要的。

一般情況下，先參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)，或用經(jīng)驗公式計算，或用炸藥消耗定額估計等方法，初步確定炸藥用量，然后在現(xiàn)場試驗，經(jīng)過幾次試驗，即可調(diào)整到較合理的炸藥用量。

總用藥量為：Q=q×V

式中：Q：總用藥量；

q：單位用藥量；

V：開挖體積。確定用藥量Q以后，還需折合成藥包數(shù)，炸藥分配到各炮眼時，以包為單位（至少半包）。在分配炸藥量時，由于掏槽炮眼是在一個臨空面情況下工作的，因此用藥量多些，通常掏槽眼用藥量約占（0.3～0.35）Q。

5 炮眼數(shù)量

炮眼數(shù)量也影響爆破效果，眼多增加鉆眼時間，眼少則會造成欠挖或渣子塊度太大而不利于出渣。炮眼數(shù)應(yīng)根據(jù)巖石強度、地質(zhì)構(gòu)造、自由面數(shù)（臨空面數(shù)）、坑道斷面尺寸、炸藥性質(zhì)、炮眼布置、炮眼直徑、炮眼長度等因素確定，同樣，還應(yīng)通過試驗和調(diào)整初步設(shè)計。初步確定炮眼數(shù)量，可按下述方法進(jìn)行。

5.1 采用標(biāo)準(zhǔn)直徑炮眼

標(biāo)準(zhǔn)藥包直徑為32 mm，當(dāng)炮眼直徑為35 mm時，可得炮眼數(shù)為：

式中：q：單位用藥量；

S：坑道斷面面積；

r：每米炮眼的平均裝藥量，計算時參考見表1。

表1 每米炮眼的平均裝藥量 /kg

5.2 采用非標(biāo)準(zhǔn)直徑炮眼

式中：a：炮眼裝藥系數(shù)，一般為0.65～0.75；

d：炮眼直徑，m；

N膠、N硝：使用膠質(zhì)炸藥及硝銨炸藥時的炮眼數(shù)目；其他符號意義同前。

但是，眼數(shù)往往取決于炮眼布置，通常情況下，掏槽眼布置4～8個，周邊眼布置在斷面的四周，間距視地質(zhì)情況，約在60～100 cm之間，然后按斷面大小均勻布置間距1 cm左右的輔助眼，這樣，開挖面的炮眼數(shù)大致就確定了，例如導(dǎo)坑斷面在10～12m2時，炮眼數(shù)約為25～35個左右。

6 炮眼的深度

炮眼的深度（或炮眼的長度）與掘進(jìn)進(jìn)度有關(guān)，深眼鉆眼時間長、進(jìn)尺大，總的作業(yè)循環(huán)次數(shù)減少，相應(yīng)輔助時間（如裝藥、爆破、通風(fēng)等）可減少，但深眼的鉆眼阻力大，鉆眼速度受影響。

確定炮眼的深度有以下幾種方法，具體確定時，應(yīng)根據(jù)實際開挖情況綜合考慮確定。

（1）根據(jù)導(dǎo)坑斷面尺寸及圍巖條件確定：L=（0.5～0.8）B

式中：L：周邊眼及輔助眼深度，即眼底至開挖面之間距離；

B：導(dǎo)坑高或?qū)?，取其中小者?/p>

（0.5～0.8）：系數(shù)，取值視圍巖條件，圍巖條件好，則對爆破的夾制作用大，取小值。

（2）按進(jìn)度計劃確定：由于炮眼深度L×炮眼利用率×循環(huán)數(shù)=日進(jìn)度計劃

故：每班進(jìn)度計劃=日進(jìn)度計劃/日循環(huán)數(shù)=炮眼深度×炮眼利用率

式中：L：炮眼深度；

L0：殘孔深度；

η：炮眼利用率，一般要求不低于85%，計算時可取0.85，每班進(jìn)度h為：

α：炮眼與軸線的平均夾角；其余符號同前；進(jìn)度計劃決定以后，炮眼布置可知炮眼與軸線的平均夾角，η一般取值0.85，則由此可確定炮眼長度。

式中：L平：平均炮眼長度；

m：鉆機(jī)臺數(shù)；

v：鉆眼速度；

t：鉆眼時間；

N：炮眼數(shù)目。

除了以上確定炮眼的深度外，還有按經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定炮眼的深度、炮眼的直徑等方法。

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Liu Qibing

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U459.2

A

1000-8136(2011)05-0033-02

劉琦兵，男，1977年11月23日出生，山西臨縣人，2006年7月畢業(yè)于北京交通大學(xué)公路與城市道路管理專業(yè)，工程師。