水平巖層大斷面隧道光面爆破施工技術

穆 君

1 工程概況

某隧道進口和出口均位于洛河左岸基巖裸露的斜坡地帶，隧道洞身最小埋深約200 m。地面高程一般為830 m～1 050 m，相對高差約150 m～220 m。塬頂平坦開闊，高程一般為1 000 m～1 050 m，進出口沖溝為常年流水。隧道長5 166 m，設計行車速度200 km/h，為雙線隧道，開挖最大跨度14.02 m，開挖斷面方量平均為129.46 m3/延米，屬于大斷面鐵路隧道。

工期短:僅有17個月。由于本段隧道地處巖層較破碎的薄層、中厚層頁巖夾砂巖地帶，地質條件不好，根據現場調查得知:施工過程中開挖大部分超挖大于15 cm，局部超挖高達50 cm，這顯然不能滿足要求。開挖跨度大，最大跨度高達14.02 m，隧道內巖石裂隙、節理較發育，風化嚴重，穩定性較差;施工難度大，技術要求高。以往的傳統施工方法比較落后，不能滿足質量要求。超挖現象嚴重，回填耗資大、支護時間長，嚴重制約施工進度。

2 光爆設計

為了防止掘進中的嚴重超欠挖問題，提高掘進速度，在光爆設計中考慮了鉆孔臺車的尺寸設計、臺車上人員以及風槍的布置、炮眼的間距、深度以及裝藥量的控制，采取了如下措施:

1)鉆孔臺車采用4層結構設計，臺車輪距滿足運輸車輛的凈寬及凈高要求;2)鉆孔臺車上布置足夠數量的鉆機，盡量減少每臺鉆機的鉆孔數量和鉆進長度;3)增加掏槽眼的數量，加大掏槽深度和掏槽面積，縮小周邊眼的間距;4)嚴格控制鉆桿的鉆進角度，控制超欠挖;5)隨地質不同變化相應調整光爆方案。鉆孔臺架結構及風鉆布置圖見圖1。

3 鉆爆施工

3.1 鉆孔臺車的合理設計、人員風槍的合理布置

鉆孔臺車的設計至關重要，經過現場跟蹤觀察，仔細計算得出鉆孔臺車的合理設計尺寸:臺車輪距設計在3.5 m，底架設計高度1.8 m，二架與三架設計高度2 m，三架距頂層開挖平臺設計為0.7 m。在此鉆孔臺車上可同時23臺鉆機鉆進，臺架就位后，操作人員可在各個不同部位排險、接風水管，互不影響。鉆孔臺車頂層開挖平臺距開挖拱頂的高度也要控制在一定范圍內，過高則周邊眼角度會增大，增大超挖;過小則操作人員無法直立正常操作，影響鉆孔進度，一般控制在1.5 m～1.8 m為宜。

3.2 掏槽、爆破方案及爆破參數的選擇確定

3.2.1 掏槽技術與爆破方案

1)采用大斷面錐形掏槽技術，從左、右、上三個方向掏槽，掏槽面積24 m2，掏槽眼總數37個，掏槽眼傾角與隧道軸線成60°角，掏槽眼凈深 3.8 m，掏槽體積 30 m3左右。掏槽面積大，夾制力小，成功率高，鉆爆時間少、速度快、藥量節約。2)周邊眼間距E=50 cm，周邊眼抵抗線W=60 cm，周邊眼間隔裝藥，巖石炸藥與乳化炸藥混裝，周邊眼無須綁扎在竹片上，可直接裝入。

3.2.2 炮眼布置、裝藥結構

掏槽眼總布置數量為37個，炮眼深度為430 cm，每孔裝藥數為11，10，9，10卷，可以完成大面積，大深度掏槽，確保后續爆破的順利進行。周邊眼間距50 cm，炮眼數量為50個，每孔裝藥數量為3卷，確保開挖周邊輪廓圓順，無大的超欠。輔助眼布置間距為 80 cm，總量為52個，根據雷管段數不同，每孔裝藥量在8卷～10卷不等，確保爆破后石塊的大小，宜裝車宜運輸。根據圍巖的整體性和破碎性、穩定性情況，及爆破后的輪廓超欠，石塊大小，及時調整炮眼布置間距，裝藥數量及鉆桿長度，周邊鉆桿與圍巖的夾角，保證開挖質量，嚴格控制超欠，提高光爆效果(炮眼布置圖見圖2，圖3)。

3.3 通風排煙及出碴設備的合理安排

長大隧道的通風排煙問題如果解決不妥的話會影響到安全及進度，尤其是隧道內坡度為上坡的話，煙從標高高處向標高低處排，更是不易解決。通風不好，隧道內能見度大大降低，大大降低了出碴車在洞內的行進速度，影響出碴速率，進而影響進度，同時由于能見度低，發生事故的幾率就會增大，影響安全。在每次洞內需要測量的2 h～3 h之前，掌子面就停止一切工作，保證通風，為測量提供一個好的環境，這樣就增加了每個循環的工作時間，工作效率大大降低。在長大隧道上坡洞的通風中，我們采取風機接力的方式進行通風，即兩臺110的風機在洞口位置從里面吸出濁氣，一臺110的風機在洞內離掌子面400 m范圍內向掌子面壓入空氣，增加洞內空氣流動，提高空氣質量。

長大隧道的掘進速度與隧道內出碴設備的合理安排是密不可分的，在掌子面內布置兩臺側翻裝載機和一臺隨用隨到的挖掘機可以保證裝碴速度，兩臺裝載機一左一右布置在出碴車旁邊，在裝碴過程中或碴堆積較實處可以用挖掘機扒開，利于裝車。出碴車數量的布置以裝載機在掌子面裝碴不閑置為宜，單口掘進2 000 m之內的配置5臺出碴車，出碴車數量的安排可以隨洞內路面的平整度和洞內的車況進行適當的增減。

4 結語

1)鉆孔臺車尺寸的合理設計及操作人員、鉆機的合理布置，提高了掌子面的工作效率，增大了每循環的開挖進尺，大大提高了掘進速度，保證了工期。2)通過貫徹“巖變我變”的思想，針對不同的圍巖類型和地質條件，對掏槽、爆破方案及爆破參數進行合理的選擇確定，有效控制了大斷面隧道的超欠。3)通過解決長大隧道的通風排煙問題，大大減少了測量時間，減少了洞內的安全隱患，縮短了循環時間，增加了同時段內的開挖次數，提高了工作效率，在保證工程質量，人員設備安全的同時加快了掘進速度。

[1] 楊新江.關嶺隧道全斷面開挖光面爆破施工技術[J].山西建筑，2008，34(17):329-330.