康大偉 KANG Da-wei

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通基礎(chǔ)建設(shè)也越來越彰顯出其重要的作用，而隧道工程往往會(huì)因?yàn)槠湟?guī)模之大成為全線工期的制約因素，隧道每道工序的施工時(shí)間的累加都將會(huì)影響到隧道的整體工期。目前，我國絕大多數(shù)隧道仍在采用礦山法施工，該施工方法在面對(duì)圍巖較硬的段落，爆破技術(shù)措施應(yīng)用不當(dāng)就會(huì)產(chǎn)生超欠挖，不僅影響隧道施工的時(shí)間、成本，更有可能會(huì)影響到隧道施工的安全。[1-3]

在隧道拱部圍巖爆破施工中，已較為成熟地應(yīng)用了光面爆破、水壓爆破、預(yù)裂爆破等控制爆破技術(shù)，均可以取得較為理想的爆破效果。相較于隧道拱部圍巖爆破施工控制，隧道仰拱、底板及中心水溝開挖始終處于粗放型施工狀態(tài)，超欠挖情況始終沒有得到有效解決。究其原因，一是隧底部位不如拱部，為了達(dá)到快速通行的目的，很快就會(huì)被混凝土澆筑覆蓋，暴露在外的時(shí)間短，不容易造成視覺沖擊效果，一直沒有得到參建各方的重視；二是隧底單次開挖、澆筑混凝土方量相對(duì)較小，容易被忽略，未能讓參建各方將超方累積效益與成本控制掛鉤起來；三是參建各方未能充分認(rèn)識(shí)到超挖對(duì)于結(jié)構(gòu)受力的損害，特別地是無仰拱段落，兩側(cè)拱腳超挖對(duì)于二襯整體受力的破壞。

本文依托大脊山隧道，進(jìn)行了隧道仰拱、底板及中心水溝爆破技術(shù)的探索與提升[4]，總結(jié)得出了不同圍巖的爆破施工參數(shù)，較好地解決了超欠挖問題，提高了隧道施工進(jìn)度，為隧底施工技術(shù)提供了新思路。

1 工程概況

大脊山隧道位于廣東省云浮市，為單洞雙線隧道，起訖里程為DK137+035～DK146+641，全長9606m，隧道最大埋深約648m，隧道進(jìn)出口均與路基工程相連。隧道區(qū)為中山地貌，地表起伏較大，相對(duì)高差約800m。隧道進(jìn)出口500m 范圍內(nèi)有便道相通，隧道洞身段僅有小路，交通不便。隧道范圍內(nèi)DK141+017.74253 至DK142+998.09582 位于R=9000m 的右偏曲線上；DK145+206.55866 至隧道出口位于R=9000m 的右偏曲線上；其余段落均位于直線上。隧道進(jìn)口至137+350 段落縱坡為20‰（上坡），DK137+350～DK143+550 段落縱坡為15‰（上坡），DK143+550～出口段落縱坡為3.4‰（下坡），DK137+287.532 ～DK137+412.474 段、DK143+320.034～DK143+779.991 段需進(jìn)行豎曲線修正。

2 施工工藝原理

對(duì)隧道全斷面實(shí)施縱向分次爆破、豎向分次爆破，并對(duì)仰拱、底板和中心水溝進(jìn)行控制爆破，嚴(yán)控小尺寸（厚度）結(jié)構(gòu)物爆破超欠挖。通過吊垂線的方法對(duì)炮眼的垂直度進(jìn)行控制，在炮桿上間隔固定距離做膠帶標(biāo)記進(jìn)行藥卷間距控制，通過放樣標(biāo)高及結(jié)合現(xiàn)場圍巖情況的精準(zhǔn)計(jì)算，控制炮眼深度，保證爆破底面基本位于同一層面。通過專人專位的方法進(jìn)行定向追蹤，對(duì)爆破較差的部位進(jìn)行專項(xiàng)分析總結(jié)，進(jìn)一步改進(jìn)提高隧道仰拱及底板控制爆破技術(shù)。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)[5-6]

3.1 施工準(zhǔn)備

在施工仰拱及底板前，先施工隧道拱部開挖，即仰拱或底板落后于掌子面施工，掌子面與仰拱或底板實(shí)施分次開挖施工。

3.2 測(cè)量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，將隧道斷面圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參數(shù)輸入全站儀，測(cè)量員按照技術(shù)員交底對(duì)仰拱或底板的控制點(diǎn)進(jìn)行放樣，包括斷面里程和斷面標(biāo)高，以及仰拱或底板的邊界控制點(diǎn)，并噴紅噴漆進(jìn)行標(biāo)記，作為鉆孔施工控制依據(jù)。

3.3 確定炮眼鉆孔參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場圍巖的實(shí)際情況和每循環(huán)爆破效果，確定合理的炮眼間距，特別地，在節(jié)理裂隙發(fā)育的位置，也要對(duì)炮眼位置進(jìn)行合理調(diào)整，以保證爆破效果。

以大脊山隧道II 級(jí)圍巖為例，1～7 號(hào)、9～15 號(hào)底板眼開挖標(biāo)高為內(nèi)軌頂面下91.5cm，8 號(hào)底板眼開挖標(biāo)高為內(nèi)軌頂面下120cm，8 號(hào)底板眼加深是為中心水溝開挖提供空間。中心水溝底標(biāo)高為內(nèi)軌頂面下166.5cm，水溝爆破深度75cm，8 號(hào)底板眼加深后，剩余爆破深度僅為46.5cm，否則一次性鉆孔過深，則易造成超欠挖嚴(yán)重。根據(jù)圍巖硬度、底板爆破超欠情況和平順度，綜合確定2～14 號(hào)底板眼間距100cm，為減少超挖，兩側(cè)的1 號(hào)和15 號(hào)底板眼可向隧道凈空內(nèi)側(cè)優(yōu)化50cm 距離，即陰影部分（內(nèi)軌頂面下25cm 為陰影部分頂端）可優(yōu)化開挖。底板炮眼布置示意圖見圖1。

圖1 底板炮眼布置示意圖

中心水溝必須單獨(dú)爆破開挖，落后底板一個(gè)臺(tái)車長度距離，嚴(yán)禁與底板一次性爆破開挖。中心水溝寬1m，深1.15m，按同一里程斷面設(shè)置2 個(gè)炮眼，根據(jù)爆破超欠挖情況，橫向間距確定為50～60cm，縱向間距為50～80cm。中心水溝開挖點(diǎn)角度最大程度與地面垂直，夾角約80°～90°，保證施工時(shí)不卡鉆，保證功效。中心水溝鉆孔施工班組應(yīng)為專人實(shí)施，不得頻繁更換作業(yè)人員。

以大脊山隧道III 級(jí)圍巖為例，掌子面爆破后仰拱寬度為12.52m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)炮眼間距采用1×1m 梅花型布置，由于仰拱斷面為弧形，故炮眼垂直打設(shè)長度從23cm 到148cm 不等，并根據(jù)放樣標(biāo)高進(jìn)行重新計(jì)算，保證炮眼貼合仰拱弧度。底板炮眼布置示意圖見圖2。

圖2 仰拱炮眼布置示意圖

3.4 鉆孔施工

根據(jù)測(cè)量放樣的數(shù)據(jù)確定仰拱或底板和中心水溝的爆破深度。使用紅噴漆，根據(jù)測(cè)量放樣的數(shù)據(jù)在隧道仰拱或底板和中心水溝進(jìn)行炮眼鉆孔起鉆位置的標(biāo)記。根據(jù)圍巖的表面平整情況調(diào)整各炮眼鉆孔深度，以保證炮眼底部處于同一層面上。起鉆時(shí)向內(nèi)側(cè)收一個(gè)鉆頭位大小位置開鉆，減小外插角，邊角處外插角造成的錯(cuò)臺(tái)要小于10cm。炮眼底部距離設(shè)計(jì)底部預(yù)留一定厚度的保護(hù)層，防止拱部爆破時(shí)形成爆破松動(dòng)區(qū)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔作業(yè)采用吊垂線的方法進(jìn)行控制，在鉆孔過程中不斷調(diào)整鉆孔角度，以達(dá)到最佳爆破效果。直線段上，先鉆標(biāo)準(zhǔn)炮眼孔，插入炮桿作為參照，使后續(xù)炮眼組鉆桿方向同炮桿平行，以此可快捷精確控制鉆孔角度。

以大脊山隧道II 級(jí)圍巖為例，底板厚度為40cm，中心水溝深度為115cm，起鉆位置大約在內(nèi)軌頂面以下51.5cm，起鉆位置到底板底標(biāo)高約40 公分（底板爆破厚度），中心水溝分兩次爆破，第一次隨底板一起爆破，爆破深度約為68.5cm，第二次完成最終爆破，爆破厚度為46.5cm。炮眼鉆孔施工見圖3。

圖3 炮眼鉆孔施工

3.5 裝藥施工

裝藥前用高壓風(fēng)清孔，吹凈孔內(nèi)積水及碴粒。炮眼的裝藥量要根據(jù)炮眼的間距、位置、深度來確定，同時(shí)也可以依據(jù)上循環(huán)爆破情況以及本循環(huán)圍巖情況對(duì)裝藥量進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳爆破效果。炮眼使用間隔裝藥形式，相鄰炮眼內(nèi)梅花形布設(shè)藥卷。裝藥前應(yīng)逐一仔細(xì)核對(duì)雷管的段位，按照設(shè)計(jì)的爆破圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)裝藥。隧底裝藥無需高空作業(yè)，難度小。裝藥時(shí)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)的裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)施，特別是間隔裝藥必須嚴(yán)格實(shí)施，切勿因?qū)嵤┫鄬?duì)繁瑣而簡化為直接將藥卷裝入眼底，勢(shì)必會(huì)加深爆松區(qū)，造成超挖。炮眼的封堵應(yīng)采用炮泥予以實(shí)施，通過炮泥機(jī)現(xiàn)場加工炮泥，加工完成后，包裹塑料薄膜防止泡泥失水硬化。炮泥封堵應(yīng)嚴(yán)密，以發(fā)揮炸藥的最大作用。裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

炸藥均為乳化炸藥，分段式安裝，采用電子雷管進(jìn)行引爆。炸藥采用炮桿進(jìn)行裝藥，炮桿上按照一定間隔用紅色膠帶做標(biāo)記，便于間隔裝藥控制藥卷間距，該標(biāo)記可顯著提高裝藥施工效率。帶標(biāo)記的炮桿見圖5。

圖5 帶標(biāo)記的炮桿

裝藥量根據(jù)每循環(huán)的爆破效果和圍巖等級(jí)進(jìn)行變化，做到“巖變我變”，用適量的炸藥發(fā)揮最大的效益。以大脊山隧道IV 級(jí)圍巖為例，仰拱由于圍巖較差，裝藥間距調(diào)整為50cm，裝藥量為半根150g 乳化炸藥，左右兩側(cè)兩組炮眼，裝藥間距為35cm，裝藥量為100g。滿裝炮泥，保證爆轟波直接傳遞到巖石。

3.6 爆破

對(duì)裝藥檢查無誤，開始進(jìn)行爆破網(wǎng)路連接。面積較大或縱向長度較長，可分區(qū)、分段進(jìn)行網(wǎng)路連接，然后再將各部分網(wǎng)路連接起來。

爆破網(wǎng)路檢查連接無誤后，再次確認(rèn)爆破影響范圍內(nèi)的人員、機(jī)械設(shè)備已經(jīng)撤離，發(fā)出起爆警示信號(hào)后，進(jìn)行起爆作業(yè)。

3.7 出渣

爆破結(jié)束后，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)排煙。底板爆破時(shí)采用大挖斗進(jìn)行開挖出渣，在中心水溝處必須采用80cm 寬挖斗沿著爆破松動(dòng)巖石或者隧道軸線方向進(jìn)行開挖。

3.8 人工清底

挖機(jī)將大部分洞渣清理后，人工將中心水溝和底板，以及陰影部分三角區(qū)（內(nèi)軌下25cm 處）進(jìn)行清除，保證底板和中心水溝清潔，無細(xì)小渣石和已經(jīng)松動(dòng)圍巖。

3.9 效果檢查

在爆破和人工清底后，值班技術(shù)和質(zhì)檢員分兩次進(jìn)入掌子面，對(duì)鉆爆效果進(jìn)行檢查。對(duì)單次開挖長度、爆渣拋擲距離、渣塊大小等進(jìn)行記錄，作為不斷優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì)的依據(jù)。[7]

4 施工注意事項(xiàng)

①技術(shù)交底和測(cè)量放樣要準(zhǔn)確無誤，避免造成返工。

②炮眼間距和炮眼位置要符合現(xiàn)場圍巖情況。

③對(duì)于八字形炮眼，外插角過大或過小都將會(huì)產(chǎn)生超挖或欠挖，要對(duì)該部位進(jìn)行重點(diǎn)盯控，并進(jìn)行問題總結(jié)分析。

④鉆孔起鉆時(shí)，開挖班組長要負(fù)責(zé)檢查起鉆的外插角，特別是對(duì)于新手操作人員。

⑤挖機(jī)出渣時(shí)，保證照明，不得對(duì)爆破后的底板輪廓產(chǎn)生破壞，以免造成超挖。

⑥根據(jù)圍巖情況和施工經(jīng)驗(yàn)以及上循環(huán)的爆破效果，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整裝藥量。

⑦要引導(dǎo)作業(yè)工人熟練使用帶標(biāo)記的炮桿進(jìn)行分段裝藥，并控制裝藥間距。

⑧炮眼要用炮泥進(jìn)行封堵，節(jié)理裂隙發(fā)育的部位，也要用炮泥進(jìn)行封堵，以保證爆破效果。

5 結(jié)束語

廣湛鐵路大脊山隧道自2020年12月20 日正式開始下穿施工以來，采用該技術(shù)重點(diǎn)實(shí)施仰拱和底板圍巖開挖控制爆破施工，在仰拱和底板爆破施工期間，爆破效果明顯，底板爆破厚度由原來的40cm，減少為15cm（設(shè)計(jì)10cm），極大程度縮短了隧道施工時(shí)間，出渣量也隨之減少，縮短了出碴時(shí)間和噴錨時(shí)間，同時(shí)減少了混凝土消耗量，降低了施工成本，綜合效益顯著，大脊山隧道斜井和隧道小里程于2022年11月05 日順利貫通，比計(jì)劃工期提前65 天。