论公路隧道矿山法开挖施工基本作业

刘琦兵

（山西省公路局吕梁公路分局，山西 离石 033000）

论公路隧道矿山法开挖施工基本作业

刘琦兵

（山西省公路局吕梁公路分局，山西 离石 033000）

修建公路隧道先需要开挖坑道，这也是隧道施工的最基本作业，且开挖工程量占得比重较大，所以文章主要论述了开挖作业钻眼、装药、爆破等施工要求及计算方法。

公路隧道；矿山法；开挖

1 绪论

修建隧道首先需要开挖坑道，开挖作业占整个隧道施工工程量的比重较大，造价约占20%～40%，是隧道施工中较为关键的基本作业。开挖可分两类：一是只有一个工作面的导坑开挖，二是有多个自由面的扩大开挖。开挖作业包括钻眼、装药、爆破等几项工作内容，对于开挖作业应做到以下几点要求：①按设计要求开挖出断面（包括形状、尺寸、表面平整、超挖、欠挖等要求）；②石渣块度（石渣的大小）便于装渣作业；③掘进速度，少占作业循环时间；④爆破在充分发挥其能力的前提下，减少对围岩的震动破坏以及对施工用机具设备和支护结构的破坏，并尽量节省爆破器材的消耗。

2 导坑开挖

导坑的形状为梯形断面或矩形断面，断面大小由地质条件、运输要求、支撑类型、机具设备、安全要求等因素确定。

导坑开挖的关键是掏槽，即在只有一个临空面的条件下（全断面一次开挖时也是一个临空面）首先开挖出一个槽口，作为其余部分的新的临空面，提高爆破效果，先开的这个槽口称为掏槽。掏槽对导坑开挖爆破的成败与好坏影响很大。

导坑开挖，除掏槽所需钻的掏槽眼外，还有炮眼、掘进眼。

3 掏槽种类

掏槽形式，视炮眼与开挖面垂直与否，分为直线型掏槽与倾斜式掏槽两类。由于围岩条件变化大，掏槽形式由实际情况而定，通常是初步选定后经几次实践，根据爆破效果调整改进，可以找到符合具体情况的掏槽形式。各种掏槽大致可概括为几种类型：

3.1 角锥掏槽

爆破后槽口呈角锥形，通常用于坚硬或中坚硬整体岩层，见图 1（a）。

3.2 楔形掏槽

炮眼分为两排，爆破后槽口呈楔形，槽口垂直的称垂直楔形掏槽，见图1（b），适用于层理大致垂直的岩层。槽口水平的称水平楔形掏槽，见图1（c），适用于层理大致水平的岩层。

3.3 单向掏槽

在中硬岩层中，有明显层面或裂缝的，可以单向掏槽，使炮眼横穿层面或裂缝。炮眼向上的称爬眼，向下的称插眼，炮眼也可斜向倾斜，见图 1（d）。

图1 掏槽种类

3.4 直线型掏槽

炮眼方向与坑道中心线平行，即与开挖面垂直。其中有若干个眼将不再装炸药，它们起临空面的作用，称为五眼中空掏槽的见图1（e），称为龟裂掏槽的见图1（f）；直线型掏槽常用于石质坚硬、整体性较好的岩层开挖中，并常用于机械钻眼场合或深眼掘进的场合。

从施工方便和爆破效果看，在机械化程度不高、浅眼掘进时，用垂直楔形掏槽较多；用多台风钻、深眼掘进时，用直线型掏槽较多。直线型掏槽眼深不受坑道断面大小限制，炮眼方向容易控制，操作方便，但由于有空眼，总的炮眼数比楔形掏槽时要多。

4 炸药用量

炸药用量与岩性、炸药威力、断面大小、临空面多少、炮眼直径、炮眼深度等都有关，炸药用量影响爆破效果及装渣作业，并且对围岩扰动大小、机械设备破坏、支护结构是否打坏等，都直接有关，因此，合理确定炸药用量在坑道开挖中是很重要的。

一般情况下，先参考经验数据，或用经验公式计算，或用炸药消耗定额估计等方法，初步确定炸药用量，然后在现场试验，经过几次试验，即可调整到较合理的炸药用量。

总用药量为：Q=q×V

式中：Q：总用药量；

q：单位用药量；

V：开挖体积。确定用药量Q以后，还需折合成药包数，炸药分配到各炮眼时，以包为单位（至少半包）。在分配炸药量时，由于掏槽炮眼是在一个临空面情况下工作的，因此用药量多些，通常掏槽眼用药量约占（0.3～0.35）Q。

5 炮眼数量

炮眼数量也影响爆破效果，眼多增加钻眼时间，眼少则会造成欠挖或渣子块度太大而不利于出渣。炮眼数应根据岩石强度、地质构造、自由面数（临空面数）、坑道断面尺寸、炸药性质、炮眼布置、炮眼直径、炮眼长度等因素确定，同样，还应通过试验和调整初步设计。初步确定炮眼数量，可按下述方法进行。

5.1 采用标准直径炮眼

标准药包直径为32 mm，当炮眼直径为35 mm时，可得炮眼数为：

式中：q：单位用药量；

S：坑道断面面积；

r：每米炮眼的平均装药量，计算时参考见表1。

表1 每米炮眼的平均装药量 /kg

5.2 采用非标准直径炮眼

式中：a：炮眼装药系数，一般为0.65～0.75；

d：炮眼直径，m；

N胶、N硝：使用胶质炸药及硝铵炸药时的炮眼数目；其他符号意义同前。

但是，眼数往往取决于炮眼布置，通常情况下，掏槽眼布置4～8个，周边眼布置在断面的四周，间距视地质情况，约在60～100 cm之间，然后按断面大小均匀布置间距1 cm左右的辅助眼，这样，开挖面的炮眼数大致就确定了，例如导坑断面在10～12m2时，炮眼数约为25～35个左右。

6 炮眼的深度

炮眼的深度（或炮眼的长度）与掘进进度有关，深眼钻眼时间长、进尺大，总的作业循环次数减少，相应辅助时间（如装药、爆破、通风等）可减少，但深眼的钻眼阻力大，钻眼速度受影响。

确定炮眼的深度有以下几种方法，具体确定时，应根据实际开挖情况综合考虑确定。

（1）根据导坑断面尺寸及围岩条件确定：L=（0.5～0.8）B

式中：L：周边眼及辅助眼深度，即眼底至开挖面之间距离；

B：导坑高或宽，取其中小者；

（0.5～0.8）：系数，取值视围岩条件，围岩条件好，则对爆破的夹制作用大，取小值。

（2）按进度计划确定：由于炮眼深度L×炮眼利用率×循环数=日进度计划

故：每班进度计划=日进度计划/日循环数=炮眼深度×炮眼利用率

式中：L：炮眼深度；

L0：残孔深度；

η：炮眼利用率，一般要求不低于85%，计算时可取0.85，每班进度h为：

α：炮眼与轴线的平均夹角；其余符号同前；进度计划决定以后，炮眼布置可知炮眼与轴线的平均夹角，η一般取值0.85，则由此可确定炮眼长度。

式中：L平：平均炮眼长度；

m：钻机台数；

v：钻眼速度；

t：钻眼时间；

N：炮眼数目。

除了以上确定炮眼的深度外，还有按经验数据确定炮眼的深度、炮眼的直径等方法。

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Liu Qibing

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U459.2

A

1000-8136(2011)05-0033-02

刘琦兵，男，1977年11月23日出生，山西临县人，2006年7月毕业于北京交通大学公路与城市道路管理专业，工程师。