李豐果

（1.盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)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(duì)隧道爆破開(kāi)挖首先編制專(zhuān)項(xiàng)方案，選取相關(guān)爆破參數(shù)，在實(shí)施過(guò)程不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，力求達(dá)到最佳爆破開(kāi)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(kāi)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(duì)單線鐵路隧道，研究了微臺(tái)階帶仰拱一次爆破開(kāi)挖技術(shù)，下臺(tái)階采用“W”型炮眼布置方式；尹文綱[2]、方俊波[3]介紹了“長(zhǎng)、短眼”控制爆破技術(shù)；王樹(shù)強(qiáng)[4]針對(duì)淺埋隧道上方存在敏感建（構(gòu)）筑物時(shí)，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(guò)對(duì)隧道掘進(jìn)向地表振動(dòng)速度檢測(cè)試驗(yàn)，得到淺埋隧道開(kāi)挖爆破不同作用類(lèi)型炮孔引起的地表振動(dòng)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(tái)車(chē)兩種鉆炮眼方式，因設(shè)備鉆孔轉(zhuǎn)動(dòng)裝置需要一定的尺寸，鑿巖臺(tái)車(chē)較人工手持氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔外插角大，導(dǎo)致開(kāi)挖超挖量大，個(gè)別隧道采用了鑿巖臺(tái)車(chē)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(kāi)挖，達(dá)到了快速、光爆成型好的雙重目的。

本文對(duì)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(tái)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(tái)階炮眼如何布置、周邊炮眼長(zhǎng)短布置等一一進(jìn)行闡述與說(shuō)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(shí)、定考。

定人：根據(jù)作業(yè)臺(tái)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(gè)司鉆工專(zhuān)用鑿巖機(jī)，做好編號(hào)，不得混用；

定位：每個(gè)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(shí)才更換位置或更換人；

定量：每個(gè)司鉆工，每循環(huán)司鉆炮眼的個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度是確定的；

定質(zhì)：每個(gè)司鉆工，鉆的每個(gè)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(gè)司鉆工每循環(huán)施工所需的耗材，如鉆桿、鉆頭等；

定時(shí)：根據(jù)不同地質(zhì)，明確每個(gè)司鉆工每個(gè)炮眼所用的時(shí)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(duì)每個(gè)司鉆工、整個(gè)班組明確考核標(biāo)準(zhǔn)，即獎(jiǎng)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(jì)圍巖變形量+施工誤差+模板臺(tái)車(chē)放大量

預(yù)計(jì)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(guò)監(jiān)控量測(cè)來(lái)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(mǎn)足要求，進(jìn)洞后根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)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?xún)?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(tái)車(chē)放大量，指為確保隧道設(shè)計(jì)凈空，人為地將模板臺(tái)車(chē)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(kāi)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(duì)于堅(jiān)硬和破碎巖石宜取較小值，對(duì)于軟質(zhì)或完整性好的巖石宜取較大值。實(shí)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(kāi)挖斷面和擬定的循環(huán)進(jìn)度，計(jì)算每循環(huán)的開(kāi)挖量（m3），然后根據(jù)巖石類(lèi)別，選定單位體積用藥量q(kg/m3)。從而計(jì)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(tái)階法拱腳炮眼布置

很多臺(tái)階法施工的隧道，上臺(tái)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(lái)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(dòng)圈大，有些隧道下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)發(fā)生坍方，與該問(wèn)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(tái)階底板眼布置距離拱腳周邊眼近一些。這樣，允許把需要開(kāi)挖的巖石范圍爆破能量可以大一些，對(duì)周邊眼爆破能量要加以控制，以最大限度地減小松動(dòng)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(mén)型，造成大量的超挖?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(jì)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(gè)斷面是否能夠爆破下來(lái)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(jí)楔形掏槽，具有炮眼少、炸藥量小的優(yōu)點(diǎn)，但有可能形成大塊巖體。通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，在隧道中線部位增加3~5個(gè)解體爆破孔即可解決問(wèn)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(jí)掏槽眼稍滯后即可（大于25ms）。

2.7 下臺(tái)階炮眼布置

多個(gè)鉆爆法隧道中，下臺(tái)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(dòng)圈。

2.8 深孔周邊眼長(zhǎng)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(shí)，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(zhǎng)短結(jié)合炮眼布置形式，長(zhǎng)、短孔交錯(cuò)相間布置，短孔布置在開(kāi)挖輪廓線上，只鉆進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺的一半；長(zhǎng)孔布置在開(kāi)近輪廓線以?xún)?nèi)，孔口一半處于開(kāi)挖范圍之內(nèi)，孔底一半處于開(kāi)挖輪廓線上，長(zhǎng)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(shí)“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(jiǎng)罰，每循環(huán)爆破后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量出超欠挖情況，針對(duì)每個(gè)人和整個(gè)班組進(jìn)行獎(jiǎng)罰，此激勵(lì)機(jī)制會(huì)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(tái)階“光爆層”、深孔周邊眼“長(zhǎng)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(dòng)圈。

3.2 建議

（1）對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)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(jiǎng)罰兌現(xiàn)”，需要非常優(yōu)秀的管理團(tuán)隊(duì)，“八定”管理措施才可實(shí)現(xiàn)。