機械化精細鉆孔及水壓光面爆破技術在隧道施工中的應用

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

經過多條承建隧道的施工實踐證明，隧道爆破斷面不整齊，爆破后拱頂及掌子面易掉塊、坍塌，安全隱患及風險增加，爆破超挖造成出渣量增大，出渣時間增長，影響隧道施工進度；同時，超挖部分需采用同標號噴射混凝土回填，極大增加了工程成本。裝藥結構不合理，造成爆破渣塊不均勻，影響出渣效率，也是一直以來隧道施工技術控制的難題。

一、應用隧道工程概況及設計參數

敦當高速公路是內地溝通格爾木和拉薩的重要迂回線路。阿爾金山特長隧道右線長7527m、左線長7525m，屬于高寒干旱地區石質特長隧道，主要穿越當金山、阿爾金山。主要圍巖類型為Ⅲ、IV、V級圍巖，Ⅲ級圍巖2855m，占比19%，IV級圍巖7542m，占比50%，V級圍巖4610m，占比31%。

二、工藝原理及適用范圍

阿爾金山隧道鉆孔主要借助于阿特拉斯雙臂鑿巖臺車，消除鉆爆工人技術水平良莠不齊的人為因素，實現鉆孔“平、直、準、齊”的技術要求。裝藥結構中引入水袋、炮泥元素，利用水的不可壓縮性能和“水榭”原理對隧道炮孔內裝藥結構優化重組。同時用炮泥封堵炮孔，從而達到減少爆破能量損失。該方法適用于各類斷面的堅硬巖石、較堅硬巖石隧道和完整性較好的較軟巖隧道爆破，巖質完整性、硬度越好效果越理想。

三、施工工藝流程及操作要點

掌子面浮石危石清理→周邊眼參照線及掌子面炮眼放樣→鑿巖臺車就位→鉆孔、清孔→周邊眼炸藥、導爆索、水袋、炮泥安裝→輔助眼及掏槽眼炸藥、導爆管、水袋、炮泥安裝→起爆網絡及線路連接→警戒、爆破→排煙及爆后斷面檢查→出渣及初期支護施工→進入下循環鉆爆。

四、鑿巖臺車精細化鉆孔控制措施

為確保臺車鑿眼的過程中孔位準確、角度合理，在臺車施鉆前必須對掌子面及已施工的初支表面實施孔位及平行導線的放樣。放樣采用全站儀配合測量人員精確放樣。

（一）鑿巖車的性能及技術參數

項目采用由阿特拉斯生產的Boomer L2 D掘進鑿巖臺車。車長14.16m(配MBH推進梁)，寬度2.55m，高度3.12m(帶駕駛室)。離地間隙0.22m，內外轉彎半徑4.8m、8.2m，總質量約30t。該臺車采用液壓控制方式，配有兩條BUT35型鉆臂，作業半徑最高可達9.3m。鉆臂采用雙三角懸浮支撐，可實現精準的液壓全方位平行保持功能。該鑿巖車總裝機功率為158kW，兩臺主電機的的功率為75kW。鑿巖機沖擊功率為22kW，液壓系統壓力250bar，回轉扭矩640N.m。推進梁推力20kN，鉆桿長度為553cm，鉆頭直徑為50mm。

（二）周邊眼間距及點位控制

周邊眼的布置，要求眼間距不得大于50cm，一般控制在45cm左右。同時為保證開挖輪廓線的圓滑，對拱頂最高點、拱腰起拱點、拱腳點的周邊眼布設尤為嚴格，當圍巖較軟弱時，所有周邊眼起鉆點必須布設在初支拱架內輪廓線以內5cm的位置。圍巖堅硬時，周邊眼布設于拱架內輪廓線上。

（三）周邊眼引導線布畫

為防止形成剪刀眼，采用全站儀以周邊眼為起點平行與隧道縱軸線畫引導線，引導線在上半斷面以炮眼間距為基礎環向連續布畫。

（四）小眼打設

所謂“小眼”即在周邊眼開挖進尺大于兩榀的時候，為了保證第一榀拱架支護的時候圍巖輪廓不欠挖。鉆桿與初支面有一個很小的外偏角度，外偏角雖然保證了第一榀拱架的圍巖輪廓，卻也導致了第一榀到第二榀拱架間距范圍內的較大超挖。為了消除這種情況，在鉆孔的過程中直接不用考慮第一榀拱架的欠挖情況，按第二榀拱架的外輪廓線控制鉆桿與初支的外偏角，這樣勢必造成第一榀拱架位置的圍巖欠挖。為了消除這種情況，在每兩個長周邊眼的中間再加鉆一個長度剛好達到第一榀拱架位置，且外偏角能保證第一榀拱架不欠挖的短眼。這樣以精確的角度和長度最大限度地減小了對圍巖輪廓的超挖，現場工人一般管這些短眼叫小眼。

五、水壓爆破裝藥結構優化

結合項目的圍巖狀況，根據多次的試驗結果表明，孔底無底藥爆破會在掌子面上形成與水袋長度相仿的未裂孔眼，造成掌子面凹凸平甚至形成欠挖的情況。為消除該現象，對裝藥結構進一步優化，采取先裝底藥再裝水袋的裝藥結構。

（一）周邊眼裝藥結構

周邊眼的裝藥結構采用間斷不連續裝藥。在炮孔底部先裝入2/3截、約200g炸藥，同時將導爆索直接插入炸藥內沿炮孔一起裝入孔底，裝入兩節水袋，再裝入半截炸藥約150g，繼續裝入兩節水袋，依次裝炸藥水袋。當裝藥長度距孔口約70cm的時候裝入1/3截、約100g炸藥，再裝兩節水袋，然后用炮泥封閉孔口。將導爆索的預留長度控制在50cm，保證每兩個炮孔之間的導爆索由一發雷管連接。按照以上方法依次裝填所有周邊眼并連接好雷管。

（二）輔助眼及掏槽眼裝藥結構

輔助眼及掏槽眼裝藥結構采用連續裝藥。在炮孔底部先裝入一節底藥，將導爆索插入藥卷一同裝入孔底，然后根據圍巖的硬度連續裝入2節至5節藥卷用PVC管或木棍將炸藥搗密實，以最大限度地達到炸藥的殉爆距離。再連續裝入剩余炮孔長度的水袋直到裝滿炮孔，最后再用炮泥將炮口封堵嚴實。將所有的周邊眼及輔助眼按照以上工序依次裝滿。

六、爆破效果分析

與傳統爆破裝藥結構相比較，水壓爆破借助水袋的隔斷作用，使周邊眼的裝藥結構更加均勻合理，既能達到對圍巖的切割效果，又不致于爆炸能量過于集中對個別部位的巖體造成粉碎性破壞，進而形成超挖。

表1 傳統爆破與水壓爆破的技術比較

七、結語

采用機械化精準的鉆孔是爆破成敗、效果優劣的前提條件。機械施工不僅減輕了工人的勞動強度，而且減少了人工操作和水平各異帶來的誤差。機械操作消除工人操作帶來的隨意性，也是提高鉆孔精度的關鍵因素。精細化的放樣畫線施工更是必不可少的助力。而且，借助更加節能環保的水壓爆破技術和進一步優化提高的裝藥結構，可使隧道施工的成本再一次降低，洞內空氣質量再一次提高。