深埋硬巖特長(zhǎng)隧道快速掘進(jìn)技術(shù)研究

李自強(qiáng)，于 麗，王明年，代仲宇

（西南交通大學(xué)土木學(xué)院，四川成都 610031）

深埋硬巖特長(zhǎng)隧道快速掘進(jìn)技術(shù)研究

李自強(qiáng)，于 麗，王明年，代仲宇

（西南交通大學(xué)土木學(xué)院，四川成都 610031）

對(duì)于深埋硬巖隧道，快速掘進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用能夠有效縮短工期，從而帶來(lái)極高的經(jīng)濟(jì)效益。選擇合理的爆破進(jìn)尺以減少對(duì)圍巖的損害是保證快速掘進(jìn)的前提，同時(shí)配合高效的施工方式才能實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。采用數(shù)值模擬方式，以虹梯關(guān)隧道為例，通過(guò)松動(dòng)圈厚度及變形量大小對(duì)3，3.5，4，5 m各爆破進(jìn)尺下圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出快速掘進(jìn)的理論爆破進(jìn)尺并應(yīng)用于工程實(shí)際。在理論研究的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工組織提出深埋硬巖隧道的快速掘進(jìn)的合理進(jìn)尺，即Ⅱ級(jí)圍巖可采用3.5～4 m爆破進(jìn)尺。

深埋硬巖特長(zhǎng)隧道；快速掘進(jìn)；爆破施工；合理進(jìn)尺；數(shù)值模擬

0 引言

隨著我國(guó)隧道施工技術(shù)的不斷發(fā)展，新奧法施工的標(biāo)準(zhǔn)化、大型機(jī)械化等快速施工技術(shù)已被普遍采用?？焖倬蜻M(jìn)能夠有效縮短工期，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益，要實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，除需結(jié)合深孔爆破技術(shù)［1］外，整個(gè)隧道施工流程也要高效配合。工程實(shí)踐表明，深孔爆破是快速掘進(jìn)的基礎(chǔ)，但掘進(jìn)過(guò)程中爆破開(kāi)挖對(duì)掌子面周圍圍巖的穩(wěn)定性造成難以預(yù)計(jì)的影響［2］。

目前，已有不少專家、學(xué)者對(duì)隧道快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了一定研究，如：楊年華等［1］針對(duì)秦嶺隧道硬巖段在炸藥選型及鉆孔技術(shù)等方面進(jìn)行研究，提高其鉆爆效果實(shí)現(xiàn)了快速掘進(jìn)；袁文華［3］以硬巖巷道為研究背景，優(yōu)化了爆破參數(shù)，取得了一定成果；韓強(qiáng)［4］對(duì)明埡子隧道快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)比分析快速掘進(jìn)過(guò)程中圍巖變形對(duì)快速掘進(jìn)開(kāi)挖方式進(jìn)行了改善；吳建兵［5］基于軟巖隧道快速掘進(jìn)的變形預(yù)測(cè)對(duì)其支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化。以上研究多集中在快速掘進(jìn)過(guò)程中爆破參數(shù)和支護(hù)方案的優(yōu)化、圍巖所受的影響等方面，而針對(duì)深埋硬巖條件下合理循環(huán)進(jìn)尺的選擇、工序時(shí)間的合理分配卻涉及較少。

本文以虹梯關(guān)隧道為背景，研究不同爆破循環(huán)進(jìn)尺作用下洞身周邊圍巖的松動(dòng)圈和圍巖位移極值變化，提出理論結(jié)合實(shí)際確定深埋硬巖隧道合理循環(huán)進(jìn)尺的方法，最后討論在循環(huán)進(jìn)尺確定后，如何合理分配和壓縮各施工工序時(shí)間以實(shí)現(xiàn)深埋硬巖隧道的快速掘進(jìn)技術(shù)。

1 理論基礎(chǔ)

正確掌握開(kāi)挖過(guò)程中爆破對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，對(duì)設(shè)計(jì)和快速掘進(jìn)施工都有很大的幫助；此外，選擇合理的循環(huán)進(jìn)尺是快速掘進(jìn)的前提，通過(guò)有限元分析能夠模擬隧道深孔爆破開(kāi)挖過(guò)程，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1.1 爆破荷載模擬方式

鑒于爆破荷載在實(shí)際工程中實(shí)測(cè)性較難，因此本文模擬過(guò)程中采用國(guó)內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)可的三角荷載方式（如圖1所示）［6］施加到開(kāi)挖隧道開(kāi)挖邊界面上。

圖1 三角荷載示意圖（單位：ms）Fig.1 Schematic diagram of triangular load（ms）

計(jì)算公式為：

式中：tr為上升段時(shí)間，s；ts為總作用時(shí)間，s；r為對(duì)比距離；μ為巖體的泊松比；Q為炮眼裝藥量，kg；K為巖體的體積壓縮模量，105Pa。

對(duì)現(xiàn)有眾多爆破荷載峰值公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到的爆破荷載的應(yīng)力峰值

式中：Z為比例距離；R為炮眼至荷載作用面的距離，m；Q為炮炸藥量，kg，齊發(fā)爆破時(shí)取總裝藥量，分段起爆時(shí)取最大一段裝藥量。

1.2 松動(dòng)圈理論

地下洞室開(kāi)挖導(dǎo)致周邊圍巖應(yīng)力重分布，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)圍巖強(qiáng)度時(shí)則出現(xiàn)破碎帶，從而形成松動(dòng)圈。根據(jù)目前使用的松動(dòng)圈分類標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)最大松動(dòng)圈厚度可以將松動(dòng)圈分類如表1所示［7］。

本文主要采用摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)圍巖主拉應(yīng)力來(lái)判斷松動(dòng)圈的厚度，開(kāi)挖斷面周邊圍巖應(yīng)力大于其自身強(qiáng)度即為松動(dòng)圈，該位置對(duì)應(yīng)的與掌子面距離值即為松動(dòng)圈厚度。根據(jù)不同循環(huán)進(jìn)尺下隧道圍巖松動(dòng)圈與變形量大小判斷合理爆破進(jìn)尺實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

表1 圍巖松動(dòng)圈分類表Table 1 Classification of broken zone of surrounding rock

2 模型建立

2.1 工程概況

虹梯關(guān)隧道全長(zhǎng)13.1 km，為左右線分離式隧道。左洞起訖里程為K11+088～K18+300，長(zhǎng)7 212m；右洞起訖里程為YK11+088～+314.77，長(zhǎng)7 226.77 m，左右洞均為直線，二洞最小間距25 m。隧道最大埋深589 m，斷面凈寬10.25 m，限高5 m。設(shè)計(jì)襯砌如圖2所示。

圖2 Ⅱ級(jí)圍巖設(shè)計(jì)襯砌斷面圖（單位：cm）Fig.2 Design cross-section of tunnel lining in GradeⅡsurrounding rock（cm）

隧道自正洞施工以來(lái)，當(dāng)右洞掘進(jìn)施工1 131 m、左洞掘進(jìn)施工431 m時(shí)，隧道左右洞圍巖狀況均為Ⅱ級(jí)圍巖，同時(shí)出渣運(yùn)輸距離較近、通風(fēng)效果較好，施工組織已安排妥當(dāng)，因此決定采用快速掘進(jìn)技術(shù)。

2.2 有限元參數(shù)

1）圍巖參數(shù)。本次計(jì)算根據(jù)虹梯關(guān)隧道圍巖統(tǒng)計(jì)資料和JTG D70—2004《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］，采用的圍巖物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

2）爆破進(jìn)尺。對(duì)于Ⅰ、Ⅱ級(jí)別的硬質(zhì)圍巖，JTG D70—2004《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］及JTG F60—2009《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》［9］中明確指出，一般循環(huán)進(jìn)尺選擇在3～5 m。結(jié)合虹梯關(guān)隧道工程實(shí)際情況選擇3，3.5，4，5 m 4種爆破循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行模擬對(duì)比，從而選擇合理的爆破進(jìn)尺進(jìn)行快速掘進(jìn)。

表2 圍巖物理力學(xué)指標(biāo)Table 2 Physical and mechanical properties of surrounding rock

3）爆破荷載。根據(jù)2.1節(jié)爆破荷載作用時(shí)間和峰值的確定，爆破荷載具體參數(shù)如表3所示。

表3 爆破沖擊荷載參數(shù)Table 3 Parameters of blast impact load

2.3 模型尺寸

隧道模型尺寸為x×y×z＝90 m×20 m×80 m，模型左右邊界距離隧道邊界大于隧道3倍內(nèi)徑取39 m，上下邊界距隧道邊界大于隧道3倍凈空取34 m。通過(guò)等效重力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)460m埋深模擬。模型示意如圖3所示。

圖3 有限元模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of finite elementmodel

鑒于Ⅱ級(jí)圍巖條件較好，選擇全斷面爆破開(kāi)挖。在隧道橫斷面拱頂、拱肩、拱腰、拱腳、拱底5個(gè)特征位置每隔一段距離設(shè)置監(jiān)測(cè)線以記錄圍巖在爆破作用下的動(dòng)力響應(yīng)。因?yàn)樗淼莱叽绾秃奢d布置均對(duì)稱，故監(jiān)測(cè)線均分布在隧道一側(cè)。監(jiān)測(cè)線位置如圖4所示。

圖4 隧道斷面監(jiān)測(cè)線位置示意圖Fig.4 Positions ofmonitoring lines

3 有限元結(jié)果分析

Ⅱ級(jí)圍巖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在爆破作用下的松動(dòng)圈厚度、變形量有限元計(jì)算結(jié)果如下。

1）松動(dòng)圈厚度。爆破荷載施加后，隧道開(kāi)挖斷面周圍不同距離的圍巖均會(huì)產(chǎn)生主拉應(yīng)力時(shí)程圖，提取各監(jiān)測(cè)線主拉應(yīng)力峰值，以3 m循環(huán)進(jìn)尺為例，如圖5所示。

圖5 橫斷面監(jiān)測(cè)線主拉應(yīng)力峰值趨勢(shì)圖Fig.5 Trend of peak value ofmain tensile stress

各循環(huán)進(jìn)尺下各測(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力峰值有所不同但均表現(xiàn)出相同的規(guī)律性即在距離開(kāi)挖斷面2 m范圍內(nèi)迅速衰減，然后趨于穩(wěn)定。3 m循環(huán)進(jìn)尺下松動(dòng)圈如圖6所示。

圖6 循環(huán)進(jìn)尺3 m隧道斷面松動(dòng)圈（單位：cm）Fig.6 Broken zone of tunnel under 3 m cyclic length（cm）

由圖6可知：當(dāng)爆破進(jìn)尺為3 m時(shí)，圍巖除拱腰位置外均出現(xiàn)不同厚度的松動(dòng)圈，其中拱底最大，約為23 cm。表明圍巖在該工況下破壞較小，完整性較好。隨著進(jìn)尺的增加，各監(jiān)測(cè)線位置松動(dòng)圈厚度不斷增大，其中拱底松動(dòng)圈厚度始終最大且增長(zhǎng)最快。根據(jù)2.2節(jié)中的最大松動(dòng)圈厚度R作為判定標(biāo)準(zhǔn)。各爆破進(jìn)尺下的最大松動(dòng)圈厚度如表4所示，變化規(guī)律如圖7所示。

表4 各種爆破進(jìn)尺下Ⅱ級(jí)圍巖松動(dòng)圈厚度Table 4 Thickness of broken zone of tunnel in GradeⅡsurrounding rock under different cyclic lengths

圖7 Ⅱ級(jí)圍巖松動(dòng)圈最大厚度變化圖Fig.7 Trend of thickness of broken zone of tunnel in GradeⅡsurrounding rock

由圖7可知：Ⅱ級(jí)圍巖在3～3.5 m爆破進(jìn)尺時(shí)為Ⅰ類小松動(dòng)圈，可選擇噴射混凝土，圍巖整體性完好的情況下可不進(jìn)行支護(hù)；進(jìn)尺增加到4～5 m時(shí)，圍巖出現(xiàn)Ⅱ類中松動(dòng)圈，仍屬于較穩(wěn)定圍巖。

2）圍巖變形分析。統(tǒng)計(jì)各爆破進(jìn)尺下Ⅱ級(jí)圍巖的最大變形量如表5所示。

表5 各爆破進(jìn)尺下Ⅱ級(jí)圍巖最大變形量Table 5 Maximum deformation of GradeⅡsurrounding rock under different cyclic lengths

由表5可知：當(dāng)爆破進(jìn)尺由3 m增加到5 m時(shí)，拱頂和拱底豎向位移增量最大，拱頂表現(xiàn)為下沉，位移極值增加了0.697 mm；拱底表現(xiàn)為隆起，位移極值增加了1.245 mm。拱底位移極值增長(zhǎng)明顯，表明該位置圍巖更易破壞。拱腰位置水平位移增量最大，但增加值較小表明該位置受到爆破進(jìn)尺影響較小。

以上有限元計(jì)算結(jié)果表明，虹梯關(guān)隧道單洞在3～5 m爆破進(jìn)尺開(kāi)挖下圍巖自承載能力均較好，滿足快速掘進(jìn)條件。鑒于實(shí)際施工中鑿巖設(shè)備性能及操作水平有限，Ⅱ圍巖條件下虹梯關(guān)隧道單洞爆破進(jìn)尺可在3.5 m以上同時(shí)建議不超過(guò)4 m。

4 工程應(yīng)用

在有限元計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，虹梯關(guān)隧道單洞采用不低于3.3 m的掘進(jìn)進(jìn)尺進(jìn)行爆破開(kāi)挖。每隔100 m對(duì)Ⅱ級(jí)圍巖下隧道凈空收斂及拱頂下沉進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。量測(cè)結(jié)果中位移較大值如表6所示。

表6 虹梯關(guān)隧道Ⅱ級(jí)圍巖變形量Table 6 Deformation of Hongtiguan tunnel in GradeⅡsurrounding rock

由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于虹梯關(guān)隧道Ⅱ級(jí)圍巖段開(kāi)挖后豎向位移極值為2.99 mm，水平位移極值為3.36 mm。而設(shè)計(jì)資料顯示，為保證二次襯砌凈空，隧道預(yù)留變形量為12 cm。根據(jù)圍巖變形量的數(shù)值模擬和量測(cè)結(jié)果均顯示Ⅱ級(jí)圍巖在該爆破進(jìn)尺作用下變形小于1 cm。同時(shí)文獻(xiàn)［10］提到：對(duì)于Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖，開(kāi)挖后隧道變形量較小，施工前預(yù)設(shè)計(jì)時(shí)可不予考慮預(yù)留變形量。因此，理論上可將虹梯關(guān)隧道實(shí)際預(yù)留變形量設(shè)置為2 cm。根據(jù)公式（4）計(jì)算2種預(yù)留變形量下的超挖量，對(duì)比如表7所示。

式中：V為超挖土方量，m3；S為設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓周長(zhǎng)，m；L為鉆孔的深度，m；h為超欠挖高度，此處根據(jù)文獻(xiàn)［9］取0.15 m；δ為預(yù)留變形量，此處取0.12 m和0.02 m。

表7 2種預(yù)留變形量下每循環(huán)超挖量對(duì)比Table 7 Overbreak volumes under two deformation allowances

由表7可知，采用2 cm預(yù)留變形量能夠在一定程度上減少出渣量，同時(shí)降低隧道的系統(tǒng)超挖量，對(duì)圍巖穩(wěn)定性更為有利。

將3.5～4 m的理論爆破進(jìn)尺和2 cm預(yù)留變形量運(yùn)用到虹梯關(guān)隧道中，并結(jié)合其工程特點(diǎn)制定了各工序的施工節(jié)點(diǎn)時(shí)間，如表8所示。

表8 各工序施工時(shí)間Table 8 Time of each construction step min

為實(shí)現(xiàn)上述工序時(shí)間，施工現(xiàn)場(chǎng)可采用具體措施有：

1）施工中按照不低于3.3 m爆破進(jìn)尺的原則，根據(jù)圍巖實(shí)際情況對(duì)光爆參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)格控制超欠挖和爆破對(duì)圍巖的損傷。

2）每循環(huán)開(kāi)挖后，對(duì)開(kāi)挖面輪廓線進(jìn)行測(cè)量放樣并對(duì)前一循環(huán)進(jìn)行復(fù)測(cè)，便于隨時(shí)掌握圍巖實(shí)際情況以調(diào)整爆破進(jìn)尺及支護(hù)參數(shù)。

3）對(duì)施工工序進(jìn)行反復(fù)考核，優(yōu)化各工序銜接時(shí)間，在確保施工開(kāi)挖質(zhì)量和安全的前提下，盡可能地把各工序間銜接進(jìn)行壓縮。

4）施工過(guò)程中增加風(fēng)鉆數(shù)量。采用9臺(tái)壽力空壓機(jī)確保施工用風(fēng)，掌子面由原來(lái)的28臺(tái)風(fēng)鉆增加至32臺(tái)風(fēng)鉆（3臺(tái)風(fēng)鉆掌子面?zhèn)溆茫?，確保開(kāi)挖在120 min內(nèi)完成，每循環(huán)進(jìn)尺采用2臺(tái)380型裝載機(jī)進(jìn)行裝碴，10臺(tái)出渣車同時(shí)運(yùn)作并確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀態(tài)完好。

5）采取噴錨封閉與掌子面開(kāi)挖平行作業(yè)的方式，即在距離開(kāi)挖面50～70 m處額外增加1輛噴錨作業(yè)臺(tái)車，掌子面施工每循環(huán)可縮短近30 min，為快速掘進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

6）施工測(cè)量人員提前0.5 h到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量準(zhǔn)備，多功能作業(yè)臺(tái)架就位后立即進(jìn)行開(kāi)挖斷面的放樣，建立完整的安全保障體系確保測(cè)量放樣與人工排險(xiǎn)能夠同一時(shí)間進(jìn)行安排，時(shí)間得到進(jìn)一步縮短，2項(xiàng)工作能在15 min內(nèi)完成。

綜合上述施工辦法，虹梯關(guān)隧道右洞在實(shí)際施工中可在24 h內(nèi)完成或超過(guò)4.9個(gè)工作循環(huán)，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況采取3.3～4 m爆破進(jìn)尺進(jìn)行快速掘進(jìn)。虹梯關(guān)隧道實(shí)際進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)如表9所示。

實(shí)踐表明，虹梯關(guān)隧道在開(kāi)挖過(guò)程中圍巖自穩(wěn)能力較好，開(kāi)挖進(jìn)尺在部分里程達(dá)到4 m，大多在3.5 m左右，整體快速掘進(jìn)過(guò)程順利，獲得進(jìn)口單口月掘進(jìn)突破556 m的世界最好成績(jī)。

表9 虹梯關(guān)隧道實(shí)際進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)Table 9 Statistics of advance rate of Hongtiguan tunnel

5 結(jié)論與討論

本文以深埋硬巖隧道虹梯關(guān)隧道為工程依托，采用數(shù)值模擬進(jìn)行理論分析，根據(jù)不同爆破進(jìn)尺下Ⅱ級(jí)圍巖松動(dòng)圈厚度和變形量對(duì)循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行評(píng)價(jià)，并應(yīng)用于快速掘進(jìn)理論基礎(chǔ)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，主要結(jié)論如下：

1）爆破進(jìn)尺增加使圍巖松動(dòng)圈厚度增大，其中拱底位置較其他位置發(fā)育更快，實(shí)際工程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拱底的監(jiān)控量測(cè)，防止其發(fā)生破壞。

2）數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)均表明深埋硬巖隧道變形量較小，工程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)預(yù)留變形量進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)縮小其值可以有效的提高施工效率，節(jié)省施工時(shí)間，同時(shí)具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

3）保證施工質(zhì)量和安全作為前提，優(yōu)化各工序銜接時(shí)間。噴錨支護(hù)與掌子面開(kāi)挖平行作業(yè)，測(cè)量放樣與人工排險(xiǎn)同時(shí)進(jìn)行等方式均可在一定程度上壓縮施工時(shí)間，為快速掘進(jìn)提供條件。

4）虹梯關(guān)隧道視實(shí)際情況Ⅱ級(jí)圍巖段采用3.3～4 m的深孔爆破進(jìn)行快速掘進(jìn)，配合高效施工工序，在1個(gè)工作日可完成更多的施工循環(huán)，最終創(chuàng)造單口月掘進(jìn)556 m的世界紀(jì)錄。實(shí)踐表明，深孔爆破與合理的施工組織是快速掘進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵，在以后類似的工程中可采取本文相同的方式對(duì)快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具有重大意義。

5）本文所采用的半經(jīng)驗(yàn)半理論的三角荷載法模擬爆破荷載存在一定的局限性，難以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際工程中爆破過(guò)程的模擬。如果能夠研究采用更為有效的模擬方式，可使計(jì)算結(jié)果更為精確。

（References）

［1］ 楊年華，張志毅，鄧志勇，等.硬巖隧道快速掘進(jìn)的鉆爆技術(shù)［J］.工程爆破，2003，9（1）：16-20.（YANG Nianhua，ZHANG Zhiyi，DENG Zhiyong，et al.Drillingand-blasting technology for rapid excavation of hard-rock tunnels［J］.Engineering Blasting，2003，9（1）：16-20.（in Chinese））

［2］ 呂兆恒.半煤巖巷快速掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化及施工組織技術(shù)研究［D］.焦作：河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，2012.（LV Zhaoheng.Study on parameters optimization and construction organization technology of rapid excavation in coal-rock roadways［D］.Jiaozhuo：School of Civil Engineering，Henan Polytechnic University，2012.（in Chinese））

［3］ 袁文華.煤礦深部巖石力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)分析與硬巖巷道快速掘進(jìn)方法研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29（S1）：2853-2857.（YUAN Wenhua.Study of rock mechanical properties and rapid excavation method for hard rock roadways in deep coal mine［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29（S1）：2853-2857.（in Chinese））

［4］ 韓強(qiáng).明埡子隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及快速掘進(jìn)技術(shù)研究［D］.西安：西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，2012.（HAN Qiang.Stability evaluation of surrounding rock of the Mingyazi tunnel and its rapid excavation technology［D］.Xi'an：School of Architecture and Civil Engineering，Xi'an University of Science and Technology，2012.（in Chinese））

［5］ 吳建兵.軟巖隧道快速掘進(jìn)中變形預(yù)測(cè)及支護(hù)方案優(yōu)化的研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，2003.（WU Jianbing.Deformation prediction while quickly driving in softrock tunnel and optimum study of bracing plan［D］.Wuhan：Schoolof Civil Engineering and Architecture，Wuhan University of Technology，2003.（in Chinese））

［6］ 胡亞輝.隧道開(kāi)挖爆破荷載的加載方法研究及應(yīng)用［D］.北京：北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，2011.（HU Yanhui.The study and application of loadingmethods on the numerical simulation of blasting loads［D］.Beijing：School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，2011.（in Chinese））

［7］ 董方庭.巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論及應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.（DONG Fangting.The supporting theory and application technology of surrounding rock loose circle［M］.Beijing：China Coal Industry Publishing House，2001.（in Chinese））

［8］ JTG D70—2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.（JTG D70—2004 Code for design of highway tunnel［S］.Beijing：China Communications Press，2004.（in Chinese））

［9］ JTG F60—2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2009.（JTG F60—2009 Technical specification for construction of highway tunnel［S］.Beijing：China Communications Press，2009.（in Chinese））

［10］ 張曉紅.隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2002.（ZHANG Xiaohong.New austrian tunnelling method andmeasurement technology［M］.Beijing：Science Press，2002.（in Chinese））

［11］ 湛鎧瑜，岳向陽(yáng)，唐春龍.巷道圍巖松動(dòng)圈影響因素的敏感性數(shù)值計(jì)算［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18（S1）：93-97.（ZHAN Kaiyu，YUE Xiangyang，TANG Chunlong.Numerical simulation of the sensitivity of factors affecting broken rock zone［J］.Journal of Engineering Geology，2010，18（S1）：93-97.（in Chinese））

Study on Rapid Excavation Technology for Deep Super-long Tunnels in Hard Rock

LIZiqiang，YU Li，WANG Mingnian，DAIZhongyu
（School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，Sichuan，China）

The application of rapid excavation technology in the construction of deep super-long hard rock tunnels can achieve shorter construction period and thus can result in good economic efficiency.Selecting proper blasting cyclic length，which canminimize the damage to the surrounding rock，is a prerequisite for rapid excavation.In the paper，the broken zone thickness and the deformation of the surrounding rock of Hongtiguan tunnel under 3，3.5，4，5 m blasting cyclic lengths is evaluated bymeans of numerical simulation.Theoretical blasting cyclic length is obtained and applied in the tunneling.Finally，rational blasting cyclic length，i.e.，3.5～4 m in GradeⅡsurrounding rock，is proposed on basis of theoretical study and engineering practice.

deep super-long hard rock tunnel；rapid excavation；blasting；appropriate cyclic length；numerical simulation

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.03.007

U 455

A

1672-741X（2015）03-0232-06

2014-09-22；

2014-12-20

李自強(qiáng)（1987—），男，重慶人，西南交大土木工程學(xué)院在讀博士，主要研究方向?yàn)闃蛄杭暗叵鹿こ獭?/p>