基于新奧法高速公路隧道鉆爆施工技術(shù)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(shù)，文章依托鹽源高速公路隧道工程，分析了隧道上下臺(tái)階法、隧道全斷面法以及隧道環(huán)形開挖預(yù)留核心鉆爆施工方法。研究結(jié)果表明：（1）主洞及平行導(dǎo)洞在Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖段，Ⅲ級(jí)圍巖較差段應(yīng)采用上下臺(tái)階法鉆爆施工；（2）主洞及平行導(dǎo)洞在Ⅲ級(jí)圍巖一般段應(yīng)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(dǎo)洞在Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段，應(yīng)采用環(huán)形開挖預(yù)留核心鉆爆掘進(jìn)。

關(guān)鍵詞 高速公路；隧道開挖；鉆爆施工；光面爆破

中圖分類號(hào) U455.48文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）12-0106-03

0 引言

在偏遠(yuǎn)的山區(qū)修建高速公路，不可避免會(huì)穿越地形復(fù)雜的山丘。由于地形起伏變化，交通不便，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，采用機(jī)械開挖增加了施工成本，而鉆爆法具有良好的地質(zhì)適應(yīng)性，并且設(shè)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(jìn)行隧道開挖，為提高鉆爆施工效率，學(xué)者們進(jìn)行了多方面研究。陳子全等[1]采用數(shù)值模擬的方法，提出了鉆爆法隧道機(jī)械化施工背景下二襯支護(hù)時(shí)機(jī)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法；吳國(guó)民[2]對(duì)隧道掘進(jìn)工程中的鉆爆參數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，利用遺傳算法確定最具可行性的鉆爆參數(shù)最優(yōu)解，判斷鉆爆參數(shù)優(yōu)化方法的可行性；盧冰濤[3]對(duì)穿越煤系地層鉆爆法安全開挖進(jìn)行了研究，論述了瓦斯隧道鉆爆法安全開挖的關(guān)鍵技術(shù)與控制要點(diǎn)；陳建民[4]以工程試驗(yàn)部分為基礎(chǔ)，詳細(xì)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(shù)措施；王鑫[5]以軟弱圍巖公路隧道工程為背景，重點(diǎn)對(duì)其機(jī)械化鉆爆施工技術(shù)展開探討，提出了關(guān)鍵的工作要點(diǎn)。以上學(xué)者對(duì)公路隧道鉆爆施工技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)鉆爆參數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行了分析。

基于此，該文參考以上學(xué)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(shù)進(jìn)行了研究，分析了隧道上下臺(tái)階鉆爆施工方法、隧道全斷面鉆爆施工方法、隧道環(huán)形開挖預(yù)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(xiàng)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(cè)，四川盆地西南，地勢(shì)高差懸殊，海拔標(biāo)高在2 500～3 400 m范圍內(nèi)。隧址區(qū)最高峰的高程為3 681.2 m，東側(cè)進(jìn)口附近河谷高程約2 468 m，西側(cè)出口附近溝谷高程約2 547 m，最大高差約1 274 m。隧道進(jìn)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(zhì)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?guī)r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(zhǎng)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(zhǎng)分離式隧道。隧道出口端平行導(dǎo)洞采用鉆爆開挖，進(jìn)口端采用TBM掘進(jìn)。

2 隧道鉆爆施工方法

2.1 隧道上下臺(tái)階法鉆爆施工方法

主洞及平行導(dǎo)洞在Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖一般段，Ⅲ級(jí)圍巖較差段落采用上下臺(tái)階法，臺(tái)階開挖高度2.5 m。在開挖過程中，首先進(jìn)行炮孔布置，為確保光面爆破效果，周邊眼的環(huán)距應(yīng)為40 cm，實(shí)際施工中可能會(huì)存在孤石；若出現(xiàn)孤石，在鉆眼施工時(shí)應(yīng)根據(jù)圍巖實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)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(hào)為起爆順序。

由于環(huán)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(dǎo)爆采用導(dǎo)爆索、電雷管遠(yuǎn)距控制引爆；拱頂掏槽眼布置與隧道中心線對(duì)稱，距離100 cm。輔助眼由于臨空面較多，間距可調(diào)整至80～100 cm，且于臺(tái)階上垂直施鉆，裝藥系數(shù)在0.8～1.0 kg/m3范圍內(nèi)。在施工過程中，通過現(xiàn)場(chǎng)施工爆破驗(yàn)證進(jìn)行調(diào)整。

2.2 隧道全斷面鉆爆施工方法

主洞及平行導(dǎo)洞在Ⅲ級(jí)圍巖一般段落采用全斷面法開挖。全斷面開挖按單循環(huán)進(jìn)尺3 m設(shè)計(jì)，掘進(jìn)爆破掏槽孔垂直楔形布置，縱向設(shè)置三排，第一排掏槽孔的孔深為2.5 m（孔長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)為3.5 m），橫向夾角為79 °。輔助眼孔深為3.2 m（孔長(zhǎng)為3.2 m），均垂直于巖面；周邊眼鉆孔間距為50 cm，根據(jù)圍巖的軟硬程度在40～60 cm之間調(diào)整；底板孔布置在底板開挖邊界上，孔距約為1.1 m。為達(dá)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(yīng)按照底板孔連續(xù)裝藥；在爆破過程中，將導(dǎo)爆索串聯(lián)周邊的爆孔，并且在相同時(shí)間內(nèi)同時(shí)起爆。炮孔堵塞物為黏性好的黏土與細(xì)沙混合制成，堵塞所用的炮棍由木質(zhì)或竹質(zhì)材料制成。每個(gè)炮孔必須堵孔，周邊孔堵在孔口以內(nèi)30 cm處，其他炮孔應(yīng)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(dá)不到預(yù)期效果。

2.3 隧道環(huán)形開挖預(yù)留核心鉆爆施工方法

隧道主洞及平行導(dǎo)洞在洞口段Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心掘進(jìn)。在進(jìn)行鉆爆開挖前，先進(jìn)行炮孔布置，每次循環(huán)進(jìn)尺1.2 m。掘進(jìn)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(zhǎng)為1.71 m），輔助孔的孔深為1.6 m。各對(duì)掏槽孔之間的排距為0.5 m，每對(duì)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(duì)輔助孔之間的排距為0.5 m，每對(duì)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(jìn)孔兼部分掏槽作用，設(shè)計(jì)位置在掘進(jìn)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(jìn)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(jìn)孔均垂直掌子面鉆進(jìn)。開挖邊界內(nèi)側(cè)75～80 cm處，將掘進(jìn)炮孔布置在光面爆破炮孔附近；在進(jìn)行光面爆破時(shí)，確保最小抵抗線一致。同時(shí)，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(yè)時(shí)，掘進(jìn)炮孔的位置允許在5～10 cm范圍內(nèi)調(diào)整，其余的調(diào)整間距不宜大于5 cm。

在進(jìn)行裝藥時(shí)，應(yīng)選用可用于地下工程的巖石乳化炸藥。為保證掘進(jìn)爆破的爆破效果，除周邊孔外，各炮孔均采用Φ32 mm、長(zhǎng)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(nèi)炸藥，確保所有周邊孔同時(shí)起爆，達(dá)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(jié)省成本、提高效率的重要因素。因此，采用鉆爆法對(duì)隧道進(jìn)行開挖時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況，選擇合理的鉆爆參數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)和施工要求的爆破效果。對(duì)于不同級(jí)別的圍巖，需要考慮開挖線內(nèi)的預(yù)留量。在爆破完成后，未爆破的巖土體可采用機(jī)械在短時(shí)間內(nèi)掘進(jìn)到設(shè)計(jì)要求的區(qū)域，以提高開挖距離的精度，防止出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)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(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)明各施工線的位置，以便后續(xù)開挖達(dá)到施工要求。隧道開挖完成后，對(duì)爆破后的斷面輪廓進(jìn)行檢查，對(duì)各斷面的超欠挖情況進(jìn)行記錄，分析超欠挖原因，及時(shí)更改爆破設(shè)計(jì)，減少誤差。同時(shí)，還應(yīng)配專職測(cè)量工檢查開挖斷面，超挖量（平均線性超挖）應(yīng)控制在10 cm（眼深3 m）和13 cm（眼深5 m）以內(nèi)。

4 結(jié)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(shù)進(jìn)行了研究，分析了隧道上下臺(tái)階鉆爆施工方法、隧道全斷面鉆爆施工方法、隧道環(huán)形開挖預(yù)留核心鉆爆施工方法，以及隧道超欠挖控制措施。可得如下結(jié)論：

（1）隧道主洞及平行導(dǎo)洞在Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖一般段，Ⅲ級(jí)圍巖較差段落應(yīng)采用上下臺(tái)階法施工。在炮孔布置過程中，周邊眼環(huán)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(duì)稱，距離

100 cm，采用導(dǎo)爆索、電雷管遠(yuǎn)距控制引爆。

（2）隧道主洞及平行導(dǎo)洞在Ⅲ級(jí)圍巖一般段落應(yīng)采用全斷面法開挖。按單循環(huán)進(jìn)尺3 m設(shè)計(jì)，掘進(jìn)爆破掏槽孔垂直楔形布置，縱向設(shè)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(dǎo)爆索串聯(lián)與其余周邊光爆孔同時(shí)起爆。

（3）隧道主洞及平行導(dǎo)洞在洞口段Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段，應(yīng)采用環(huán)形開挖預(yù)留核心掘進(jìn)。在炮孔布置過程中，每次循環(huán)進(jìn)尺1.2 m，掘進(jìn)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(nèi)炸藥。

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

參考文獻(xiàn)

[1]陳子全， 孫振宇， 周子寒， 等. 鉆爆法隧道機(jī)械化施工二襯支護(hù)時(shí)機(jī)優(yōu)化方法[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2024（1）： 1-14.

[2]吳國(guó)民. 隧道掘進(jìn)工程中的鉆爆參數(shù)優(yōu)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(jià)值工程， 2023（8）： 97-99.

[4]陳建民. 山嶺公路隧道標(biāo)準(zhǔn)化鉆爆施工技術(shù)研究[J]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化， 2022（16）： 205-208.

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