論公路隧道礦山法開挖施工基本作業

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

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，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鍵的基本作業。開挖可分兩類：一是只有一個工作面的導坑開挖，二是有多個自由面的擴大開挖。開挖作業包括鉆眼、裝藥、爆破等幾項工作內容，對于開挖作業應做到以下幾點要求：①按設計要求開挖出斷面（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；③掘進速度，少占作業循環時間；④爆破在充分發揮其能力的前提下，減少對圍巖的震動破壞以及對施工用機具設備和支護結構的破壞，并盡量節省爆破器材的消耗。

2 導坑開挖

導坑的形狀為梯形斷面或矩形斷面，斷面大小由地質條件、運輸要求、支撐類型、機具設備、安全要求等因素確定。

導坑開挖的關鍵是掏槽，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。掏槽對導坑開挖爆破的成敗與好壞影響很大。

導坑開挖，除掏槽所需鉆的掏槽眼外，還有炮眼、掘進眼。

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幾次實踐，根據爆破效果調整改進，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堅硬、整體性較好的巖層開挖中，并常用于機械鉆眼場合或深眼掘進的場合。

從施工方便和爆破效果看，在機械化程度不高、淺眼掘進時，用垂直楔形掏槽較多；用多臺風鉆、深眼掘進時，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，炸藥用量影響爆破效果及裝渣作業，并且對圍巖擾動大小、機械設備破壞、支護結構是否打壞等，都直接有關，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，先參考經驗數據，或用經驗公式計算，或用炸藥消耗定額估計等方法，初步確定炸藥用量，然后在現場試驗，經過幾次試驗，即可調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，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 炮眼數量

炮眼數量也影響爆破效果，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。炮眼數應根據巖石強度、地質構造、自由面數（臨空面數）、坑道斷面尺寸、炸藥性質、炮眼布置、炮眼直徑、炮眼長度等因素確定，同樣，還應通過試驗和調整初步設計。初步確定炮眼數量，可按下述方法進行。

5.1 采用標準直徑炮眼

標準藥包直徑為32 mm，當炮眼直徑為35 mm時，可得炮眼數為：

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 采用非標準直徑炮眼

式中：a：炮眼裝藥系數，一般為0.65～0.75；

d：炮眼直徑，m；

N膠、N硝：使用膠質炸藥及硝銨炸藥時的炮眼數目；其他符號意義同前。

但是，眼數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，開挖面的炮眼數大致就確定了，例如導坑斷面在10～12m2時，炮眼數約為25～35個左右。

6 炮眼的深度

炮眼的深度（或炮眼的長度）與掘進進度有關，深眼鉆眼時間長、進尺大，總的作業循環次數減少，相應輔助時間（如裝藥、爆破、通風等）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，應根據實際開挖情況綜合考慮確定。

（1）根據導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：導坑高或寬，取其中小者；

（0.5～0.8）：系數，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）按進度計劃確定：由于炮眼深度L×炮眼利用率×循環數=日進度計劃

故：每班進度計劃=日進度計劃/日循環數=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，每班進度h為：

α：炮眼與軸線的平均夾角；其余符號同前；進度計劃決定以后，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：鉆機臺數；

v：鉆眼速度；

t：鉆眼時間；

N：炮眼數目。

除了以上確定炮眼的深度外，還有按經驗數據確定炮眼的深度、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月畢業于北京交通大學公路與城市道路管理專業，工程師。