水平岩层大断面隧道光面爆破施工技术

穆 君

1 工程概况

某隧道进口和出口均位于洛河左岸基岩裸露的斜坡地带，隧道洞身最小埋深约200 m。地面高程一般为830 m～1 050 m，相对高差约150 m～220 m。塬顶平坦开阔，高程一般为1 000 m～1 050 m，进出口冲沟为常年流水。隧道长5 166 m，设计行车速度200 km/h，为双线隧道，开挖最大跨度14.02 m，开挖断面方量平均为129.46 m3/延米，属于大断面铁路隧道。

工期短:仅有17个月。由于本段隧道地处岩层较破碎的薄层、中厚层页岩夹砂岩地带，地质条件不好，根据现场调查得知:施工过程中开挖大部分超挖大于15 cm，局部超挖高达50 cm，这显然不能满足要求。开挖跨度大，最大跨度高达14.02 m，隧道内岩石裂隙、节理较发育，风化严重，稳定性较差;施工难度大，技术要求高。以往的传统施工方法比较落后，不能满足质量要求。超挖现象严重，回填耗资大、支护时间长，严重制约施工进度。

2 光爆设计

为了防止掘进中的严重超欠挖问题，提高掘进速度，在光爆设计中考虑了钻孔台车的尺寸设计、台车上人员以及风枪的布置、炮眼的间距、深度以及装药量的控制，采取了如下措施:

1)钻孔台车采用4层结构设计，台车轮距满足运输车辆的净宽及净高要求;2)钻孔台车上布置足够数量的钻机，尽量减少每台钻机的钻孔数量和钻进长度;3)增加掏槽眼的数量，加大掏槽深度和掏槽面积，缩小周边眼的间距;4)严格控制钻杆的钻进角度，控制超欠挖;5)随地质不同变化相应调整光爆方案。钻孔台架结构及风钻布置图见图1。

3 钻爆施工

3.1 钻孔台车的合理设计、人员风枪的合理布置

钻孔台车的设计至关重要，经过现场跟踪观察，仔细计算得出钻孔台车的合理设计尺寸:台车轮距设计在3.5 m，底架设计高度1.8 m，二架与三架设计高度2 m，三架距顶层开挖平台设计为0.7 m。在此钻孔台车上可同时23台钻机钻进，台架就位后，操作人员可在各个不同部位排险、接风水管，互不影响。钻孔台车顶层开挖平台距开挖拱顶的高度也要控制在一定范围内，过高则周边眼角度会增大，增大超挖;过小则操作人员无法直立正常操作，影响钻孔进度，一般控制在1.5 m～1.8 m为宜。

3.2 掏槽、爆破方案及爆破参数的选择确定

3.2.1 掏槽技术与爆破方案

1)采用大断面锥形掏槽技术，从左、右、上三个方向掏槽，掏槽面积24 m2，掏槽眼总数37个，掏槽眼倾角与隧道轴线成60°角，掏槽眼净深 3.8 m，掏槽体积 30 m3左右。掏槽面积大，夹制力小，成功率高，钻爆时间少、速度快、药量节约。2)周边眼间距E=50 cm，周边眼抵抗线W=60 cm，周边眼间隔装药，岩石炸药与乳化炸药混装，周边眼无须绑扎在竹片上，可直接装入。

3.2.2 炮眼布置、装药结构

掏槽眼总布置数量为37个，炮眼深度为430 cm，每孔装药数为11，10，9，10卷，可以完成大面积，大深度掏槽，确保后续爆破的顺利进行。周边眼间距50 cm，炮眼数量为50个，每孔装药数量为3卷，确保开挖周边轮廓圆顺，无大的超欠。辅助眼布置间距为 80 cm，总量为52个，根据雷管段数不同，每孔装药量在8卷～10卷不等，确保爆破后石块的大小，宜装车宜运输。根据围岩的整体性和破碎性、稳定性情况，及爆破后的轮廓超欠，石块大小，及时调整炮眼布置间距，装药数量及钻杆长度，周边钻杆与围岩的夹角，保证开挖质量，严格控制超欠，提高光爆效果(炮眼布置图见图2，图3)。

3.3 通风排烟及出碴设备的合理安排

长大隧道的通风排烟问题如果解决不妥的话会影响到安全及进度，尤其是隧道内坡度为上坡的话，烟从标高高处向标高低处排，更是不易解决。通风不好，隧道内能见度大大降低，大大降低了出碴车在洞内的行进速度，影响出碴速率，进而影响进度，同时由于能见度低，发生事故的几率就会增大，影响安全。在每次洞内需要测量的2 h～3 h之前，掌子面就停止一切工作，保证通风，为测量提供一个好的环境，这样就增加了每个循环的工作时间，工作效率大大降低。在长大隧道上坡洞的通风中，我们采取风机接力的方式进行通风，即两台110的风机在洞口位置从里面吸出浊气，一台110的风机在洞内离掌子面400 m范围内向掌子面压入空气，增加洞内空气流动，提高空气质量。

长大隧道的掘进速度与隧道内出碴设备的合理安排是密不可分的，在掌子面内布置两台侧翻装载机和一台随用随到的挖掘机可以保证装碴速度，两台装载机一左一右布置在出碴车旁边，在装碴过程中或碴堆积较实处可以用挖掘机扒开，利于装车。出碴车数量的布置以装载机在掌子面装碴不闲置为宜，单口掘进2 000 m之内的配置5台出碴车，出碴车数量的安排可以随洞内路面的平整度和洞内的车况进行适当的增减。

4 结语

1)钻孔台车尺寸的合理设计及操作人员、钻机的合理布置，提高了掌子面的工作效率，增大了每循环的开挖进尺，大大提高了掘进速度，保证了工期。2)通过贯彻“岩变我变”的思想，针对不同的围岩类型和地质条件，对掏槽、爆破方案及爆破参数进行合理的选择确定，有效控制了大断面隧道的超欠。3)通过解决长大隧道的通风排烟问题，大大减少了测量时间，减少了洞内的安全隐患，缩短了循环时间，增加了同时段内的开挖次数，提高了工作效率，在保证工程质量，人员设备安全的同时加快了掘进速度。

[1] 杨新江.关岭隧道全断面开挖光面爆破施工技术[J].山西建筑，2008，34(17):329-330.