山嶺隧道鉆爆法開挖的一些建議措施

李豐果

（1.盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室，河南鄭州450001；2.中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州511458）

截止目前，國內(nèi)山嶺隧道絕大部分采用鉆爆法施工，采用TBM掘進(jìn)機(jī)施工的極少，工程技術(shù)人員對隧道爆破開挖首先編制專項方案，選取相關(guān)爆破參數(shù)，在實施過程不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，力求達(dá)到最佳爆破開挖成型效果。光面爆破是鉆爆法山嶺隧道施工管理的核心所在，光面爆破成型好，開挖范圍之外的圍巖損傷程度小，圍巖承載力好，后續(xù)工序（錨桿、掛網(wǎng)、立拱、噴射砼等）工程量小且易于施工，防水層鋪掛基面圓順。因此，光面爆破達(dá)到預(yù)期理想效果，是山嶺隧道施工管理者孜孜不倦的追求。

楊家松[1]針對單線鐵路隧道，研究了微臺階帶仰拱一次爆破開挖技術(shù)，下臺階采用“W”型炮眼布置方式；尹文綱[2]、方俊波[3]介紹了“長、短眼”控制爆破技術(shù)；王樹強(qiáng)[4]針對淺埋隧道上方存在敏感建（構(gòu)）筑物時，采用減少一次齊爆炸藥量、增設(shè)隔振帶、干擾降振等綜合技術(shù)；薛里[5]通過對隧道掘進(jìn)向地表振動速度檢測試驗，得到淺埋隧道開挖爆破不同作用類型炮孔引起的地表振動特性及其衰減規(guī)律，并在不降低循環(huán)進(jìn)尺的前提下，提出有效的降振措施。

1 現(xiàn)狀

鉆爆法施工目前主要有人工手持氣腿式鑿巖機(jī)、鑿巖臺車兩種鉆炮眼方式，因設(shè)備鉆孔轉(zhuǎn)動裝置需要一定的尺寸，鑿巖臺車較人工手持氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔外插角大，導(dǎo)致開挖超挖量大，個別隧道采用了鑿巖臺車鉆中間大洞，預(yù)留光爆層由人工手持氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行開挖，達(dá)到了快速、光爆成型好的雙重目的。

本文對隧道鉆爆法“八定”管理措施、預(yù)留變形量如何設(shè)定、周邊眼密集系數(shù)設(shè)定、臺階法拱腳炮眼布置、水平薄層地段炮眼布置、楔形掏槽中間大塊巖體如何消除、下臺階炮眼如何布置、周邊炮眼長短布置等一一進(jìn)行闡述與說明。

2 建議措施

2.1 “八定”管理措施

“八定”：定人、定機(jī)、定位、定量、定質(zhì)、定耗、定時、定考。

定人：根據(jù)作業(yè)臺架及炮眼數(shù)量，一定區(qū)域或范圍明確由某司鉆工負(fù)責(zé)；

定機(jī)：每個司鉆工專用鑿巖機(jī)，做好編號，不得混用；

定位：每個司鉆工必須確定固定的位置，不得隨意調(diào)換；若某司鉆工打炮眼質(zhì)量差，必要時才更換位置或更換人；

定量：每個司鉆工，每循環(huán)司鉆炮眼的個數(shù)、長度是確定的；

定質(zhì)：每個司鉆工，鉆的每個炮孔均有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；

定耗：根據(jù)不同地質(zhì)，明確每個司鉆工每循環(huán)施工所需的耗材，如鉆桿、鉆頭等；

定時：根據(jù)不同地質(zhì)，明確每個司鉆工每個炮眼所用的時間，并且明確先后司鉆順序，減少相鄰司鉆人員之間的干擾；

定考：對每個司鉆工、整個班組明確考核標(biāo)準(zhǔn)，即獎罰標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 預(yù)留變形量設(shè)置

預(yù)留變形量=預(yù)計圍巖變形量+施工誤差+模板臺車放大量

預(yù)計圍巖變形量，指隧道拱頂沉降、水平收斂/2的數(shù)值，一般洞口淺埋段、斷層破碎帶、軟巖地段選取較大值，可通過監(jiān)控量測來調(diào)整。如三線大跨公路隧道、雙線鐵路隧道坡積層洞口可放大至30cm，確保變形后凈空滿足要求，進(jìn)洞后根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)再做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如圍巖完整深埋地段，一般設(shè)置3~5cm就足夠了，這種地段變形量一般在1cm以內(nèi)。

施工誤差，指拱架加工精度、噴射砼層厚控制等因素而引起的侵限數(shù)值，一般考慮5cm左右。

模板臺車放大量，指為確保隧道設(shè)計凈空，人為地將模板臺車輪廓線放大，一般為5cm左右。

2.3 周邊眼密集系數(shù)設(shè)定

周邊眼間距是直接控制開挖輪廓平整度的主要因素，縮小周邊眼間距要視巖石的抗爆性、炸藥性能、炮眼直徑和裝藥量而定，一般可取E=（10~15）d，d為炮眼直徑。對于堅硬和破碎巖石宜取較小值，對于軟質(zhì)或完整性好的巖石宜取較大值。實際施工中，一般取42~63cm為宜；最小抵抗線W=E/K，一般取50~80cm；為了保證周邊眼孔貫通裂縫優(yōu)先形成，須使周邊眼的最小抵抗線大于炮眼間距，通常周邊眼密集系數(shù)K取0.8（0.7~0.9）。裝藥集中度是指每米炮眼的裝藥量，根據(jù)巖石的特性確定，一般為0.15~0.2kg/m。光面爆破參數(shù)確定后，根據(jù)開挖斷面和擬定的循環(huán)進(jìn)度，計算每循環(huán)的開挖量（m3），然后根據(jù)巖石類別，選定單位體積用藥量q(kg/m3)。從而計算出每循環(huán)爆破總用量Q(kg)，最后繪出炮眼布置圖和裝藥參數(shù)表。光面爆破器材主要有：炸藥、非電塑料導(dǎo)爆系統(tǒng)、毫秒雷管和導(dǎo)火索。光面爆破的周邊眼應(yīng)選擇低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直徑、傳爆性好的炸藥，底板眼則宜選用高爆力炸藥，這樣既可以克服上覆巖碴的壓制，又起到翻碴的作用。

2.4 臺階法拱腳炮眼布置

很多臺階法施工的隧道，上臺階拱腳炮眼（周邊眼）裝藥量特別大（裝藥量小了，該部位存在爆破夾制作用，易導(dǎo)致爆不下來而欠挖），是按照連續(xù)且至少75%孔深范圍裝藥，這樣導(dǎo)致爆破影響范圍大，拱腳部位周邊松動圈大，有些隧道下臺階開挖時發(fā)生坍方，與該問題關(guān)系密切。

建議周邊眼打密一切、裝藥結(jié)構(gòu)同其它周邊眼，采用間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，內(nèi)圈眼多打，可適當(dāng)多裝藥，上臺階底板眼布置距離拱腳周邊眼近一些。這樣，允許把需要開挖的巖石范圍爆破能量可以大一些，對周邊眼爆破能量要加以控制，以最大限度地減小松動圈范圍，最大限度地“保護(hù)圍巖”。

2.5 水平薄層地段炮眼布置

水平薄層地段，爆破后拱部左右側(cè)易掉塊，最終呈門型，造成大量的超挖。可根據(jù)現(xiàn)場實測值，適當(dāng)將拱部左、右側(cè)一定范圍的周邊眼、內(nèi)圈眼內(nèi)移（向隧道斷面中心方向移），達(dá)到爆破后呈設(shè)計輪廓線形狀。

2.6 楔形掏槽中間大塊消除措施

掏槽眼是整個斷面是否能夠爆破下來的關(guān)鍵，是為崩落眼、內(nèi)圈眼、周邊眼創(chuàng)造臨空面的基礎(chǔ)，掏槽眼多采用多級楔形掏槽，具有炮眼少、炸藥量小的優(yōu)點，但有可能形成大塊巖體。通過多個項目的實驗，在隧道中線部位增加3~5個解體爆破孔即可解決問題，解體炮孔深度、裝藥量與內(nèi)圈眼相同，炮孔間距根據(jù)解體效果做適當(dāng)調(diào)整，雷管段數(shù)較一級掏槽眼稍滯后即可（大于25ms）。

2.7 下臺階炮眼布置

多個鉆爆法隧道中，下臺階炮眼布置隨意，建議必須將周邊眼、內(nèi)圈眼定位，其它炮眼爆破后再起爆內(nèi)圈眼，內(nèi)圈眼爆破后形成標(biāo)準(zhǔn)的光爆層，為周邊眼光面爆破創(chuàng)造條件。所有周邊眼必須采用間隔、不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，盡可能減小隧道周邊松動圈。

2.8 深孔周邊眼長短結(jié)合布置

鉆孔技術(shù)主要指周邊炮孔的外插角精度、鉆孔定位精度和鉆孔深度精度。因鉆孔設(shè)備鉆桿旋轉(zhuǎn)裝置的影響，導(dǎo)致周邊炮孔的外插角精度則不容易控制。周邊炮孔的外插角度及深度與超欠挖具有確定的函數(shù)關(guān)系：

式中：h——超欠挖值；

L——周邊炮孔深度；

θ——外插角；

e——鉆孔定位誤差。

由此可知，當(dāng)周邊炮孔深度一定時，超欠挖值與周邊炮孔的外插角的正切成比值。

為減少深孔周邊眼超挖值，采用長短結(jié)合炮眼布置形式，長、短孔交錯相間布置，短孔布置在開挖輪廓線上，只鉆進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺的一半；長孔布置在開近輪廓線以內(nèi)，孔口一半處于開挖范圍之內(nèi)，孔底一半處于開挖輪廓線上，長孔只在孔底一半范圍裝藥。這樣，鉆孔數(shù)量加大了，但達(dá)到了減少超挖的目的。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

（1）落實“八定”管理措施，是光面爆破的管理核心。

（2）當(dāng)班考核并兌現(xiàn)獎罰，每循環(huán)爆破后，現(xiàn)場測量出超欠挖情況，針對每個人和整個班組進(jìn)行獎罰，此激勵機(jī)制會產(chǎn)生非常好的效果。

（3）爆破參數(shù)不斷優(yōu)化，爆破必須結(jié)合地質(zhì)情況，不斷優(yōu)化參數(shù)，才能達(dá)到預(yù)期效果。

（4）采取拱腳“保護(hù)圍巖”、下臺階“光爆層”、深孔周邊眼“長短結(jié)合”等措施，使隧道光面爆破成型效果得到質(zhì)的提升。

（5）周邊眼必須采用間隔、不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，盡可能減小隧道周邊松動圈。

3.2 建議

（1）對鑿巖臺車或氣腿式鑿巖機(jī)鉆桿工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，使鉆桿能夠平直打入隧道周邊。

（2）隧道光面爆破，技術(shù)含量高，管理更重要，要做“緊密結(jié)合地層、每循環(huán)總結(jié)優(yōu)化、每班獎罰兌現(xiàn)”，需要非常優(yōu)秀的管理團(tuán)隊，“八定”管理措施才可實現(xiàn)。