浅谈小半径复合式连拱隧道(ⅣⅤ级围岩)开挖技术

殷云

摘要：马家岩立交隧道工程是圆曲线半径只有23.5m、25m及37.5m的两个连拱隧道，开挖方式采用三导坑开挖技术，难度特别大，是重庆市最小的隧道结构开挖形式。所以爆破开挖技术是最为关键的，它直接影响工程进度和质量，因此掌握好短进尺所有掏槽眼、辅助眼、周边眼的钻孔的方向、深度、间距，才能搞好掘进工作。

关键词：小半径、连拱、孔深度、孔精度、掏槽眼、辅助眼、周边眼、光面爆破

对重庆市马家岩立交隧道工程Ⅳ、Ⅴ级围岩爆破开挖技术的工程概述：

（1）平面线形

隧道平面线形主要由路线方案控制，充分研究了隧道所处区域的地形及地质情况、隧道施工方案、两端接线条件等因素。

A匝道隧道进口(AK0+128.191)在直线段上，A匝道隧道出口(AK0+278.433)在半径R=23.5m的圆曲线上，A匝道隧道全长150.242m，整个隧道的平曲线从设计起点开始依次为R=∞、L=25m、R=37.5m、R=∞、R=23.5m。

B匝道隧道出口(BK0+141.55)在直线段上，隧道进口(BK0+255.561)在半径R=25m的圆曲线上；B匝道隧道全长114.011m，整个隧道的平曲线从设计起点开始依次为R=∞、R=25m。

（2）隧道纵面线型

隧道纵面线型综合考虑了地形、地质条件、通风、排水、施工及隧道两端的接线条件，隧道洞身为：隧道为单向坡，A匝道隧道纵坡为2.4%，B匝道隧道纵坡依次为3.6%、5.78%。路面横坡为单向坡，正常段为1.5%，曲线超高段为-2.0%。路面横坡的具体设计详本工程第一册道路、下穿道结构部分的图纸。

复合式连拱隧道采用三导洞开挖技术，最先开挖中导洞、再两侧壁导洞施工方式，断面型式为曲墙带仰拱，爆破施工前，必须超前小导管完成，并注浆完成。施工爆破采用弱爆破，短进尺。

隧道掘进作业程序：测量放线、凿孔、爆破、排烟、找顶（敲帮问顶）、初喷、出渣。加上后面的步骤（拱架安装、锚杆挂网、喷射混凝土）形成初期支护流程了。

Ⅴ段设加强衬砌（与Ⅳ比较提高一个档次），并加强设置型钢拱架作加劲支护；比较围岩较差地段（Ⅴ级围岩）的衬砌向围岩较好地段（Ⅳ级围岩）延伸5-10米。

半径小的只有R=23.5m，25m，37.5m，所以开挖进尺比较短：每循环进尺考虑1.2m。

爆破工程施工技术

据新奥法施工要求，隧道开挖必须尽可能减轻对围岩的扰动，充分发挥围岩的自身承载能力，故在钻爆作业中采用微振控制爆破技术，实施光面爆破，并根据围岩情况及爆破效果，及时修正爆破参数，以期达到最佳爆破效果，并形成整齐准确的开挖面，减少超欠挖现象。

1.钻爆参数选择

在隧道工程掘进施工过程中，拟采用线型微震爆破新技术进行爆破施工，这种爆破能使炸药产生的能量尽可能多的转换为破碎岩石，减少传给开挖范围以外岩石的能量，从而使爆破振动对围岩的扰动范围减小，这样就可有效地保护围岩。这种爆破新技术的特点是：炮眼布置周边眼外都是线形布置，炮眼布置简单，炮眼参数准确，可提高炸药能量利用率，同样情况下炸药量少，对围岩的扰动小；炮眼都是线型布置，便于钻孔，可提高钻孔效率；易于采用光面爆破，控制开挖轮廓；可以控制爆破块度，提高装运效率。

爆破设计遵守以下原则：炮孔布置要适合机械化钻孔；尽量提高炸药能量利用率，以减少炸药用量；减少对围岩的破坏，采用光面爆破，控制好开挖轮廓；控制好起爆顺序，提高钻爆效果；在保证安全前提下，控制好最大临界振动速度v≤2cm/s尽可能提高掘进速度，缩短工期。

⑴爆破器材选用

①采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段位等差毫秒雷管，或者采用火雷管起爆。

②炸药采用2#岩石铵锑炸药和乳化炸药(有水地段使用该种炸药),选用Ф25、Ф32、Ф40三种规格，其中 Ф25为周边眼使用的光爆药卷, Ф40为掏槽眼使用药卷。

⒉钻爆作业

钻爆作业必须按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。如开挖条件出现变化需要变更设计时，应由主管技术人员或领工员确定。

⑴ 画断面

钻眼前，采用激光定位法精确控制开挖轮廓，由测量班负责画出开挖断面中线，水平线和断面轮廓线，并根据爆破设计标出炮眼位置，经检查符合设计要求后才可钻眼。

圆曲线部分钻眼方法必须要求分内弧、外弧，偏角及孔深度等参数来控制方向，每个工人的站的位置方向（有两点来控制）要求得到最明确的参数来控制。

缓和曲线部分必须要求切线方向（两个点以上来控制）及孔的深度。高程按照中线上每上下50cm的坐标及高程来控制隧道轮廓线。

⑵ 钻孔

采用风动凿岩机钻孔。钻孔在所标出的位置进行，经检查合格后方可钻孔。

钻眼应符合下列要求：

① 按照炮眼布置图正确钻孔；

② 掏槽炮眼布置在开挖断面的中央稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石。掏槽方式采用斜眼掏槽和直眼掏槽两种方式。

斜眼掏槽形式很多，如垂直楔形掏槽，Ⅳ、Ⅴ级围岩一般炮眼数量为4个，b值为30cm，a值取70cm~80cm的眼距；锥形斜眼掏槽间距a=b=70cm；眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm；

直眼掏槽：五眼掏槽法和螺旋形掏槽法五眼掏槽法的中心眼不装药，四周的装药眼呈对称布置并同时起爆a、b间距取20~40cm之间。由于是直眼，适用直线段较多。螺旋形掏槽法中心眼不装药，四周各装药眼距中心眼逐渐加大，逆时针方向依顺序起爆；前两段a=(1.0~1.5)D;b=(1.2~1.5)D; c=(3.0~4.0)D;

d=(4.0~5.0)d。空心眼直径一般取100~200mm。孔深度取2.5m-2.7m

③ 周边炮眼应沿设计开挖轮廓线布置上下台阶法的上轮廓线和下台阶线，由于曲线段的内弧及外弧的关系是凹与凸的关系，凹部分采取方式：要求欠一点，布孔在弦上；凸部分采取方式：要求欠一点，布在切线上；且孔深度在1.5m~1.8m的范围，严禁超挖。

④辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼与掏槽眼之间，并垂直与开挖面打眼，力求爆下的石渣块体大小符合装渣的要求，孔的深度控制在2.0m-2.2m。角度按设计施工，眼口排距，行距误差均不得大于10cm；

⑤宜用直眼掏槽和斜眼掏槽方式。

钻孔操作注意事项有以下几点：

① 认真清理掌子面的虚渣和松动石；

② 直眼掏槽时，炮孔要做到“准、平、齐”，钻孔时，炮孔、钻杆、钻臂（或钻架）要成一条直线；

③ 采用风动凿岩机钻孔时，风枪手应做到二定三保，即定人定位，保质保量保安全。

炮眼数量计算

炮眼数量根据岩石强度、地质构造、自由面数、坑道断面尺寸、炸药性质、炮眼布量、炮眼直径、炮眼长度等因素确定。经验公式如下，试爆后进行调整：

全断面开挖时炮眼数量：k取2~2.5；Ⅳ级取f=5~6；Ⅴ级f=3~4；s为坑道面积；

台阶法开挖时炮眼数量：其中q为单位炸药消耗量，s为坑道面积，α为炮眼装填系数（Ⅳ取掏槽眼0.55、辅助眼和周边眼取0.45；Ⅴ级围岩取掏槽眼0.6、辅助眼取0.5和周边眼取0.55），γ为炸药每米长度的重量（一般φ32为0.78kg/m）。

⑶ 装药和堵塞

分片分组，严格按爆破参数表及炮孔布置图规定的单孔装药量、雷管段别“对号入座”，连线要仔细，应将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净。

炮孔是否堵塞对爆破效果影响很大，为提高炸药爆炸能量利用率，所有装药的炮眼均应堵塞炮泥，周边眼孔口处堵塞长度不小于20cm；掏槽眼除装药部分外全部堵满，其余炮眼堵塞长度不小于抵抗线的80%。

3.光面爆破施工工艺流程（见下页图）

4.超欠挖控制

采用钻爆法开挖，关键是控制好超欠挖，钻爆施工中将采取如下技术措施：

⑴不同地质选择合理的钻爆参数，选配多种爆破器材，完善爆破工艺，提高爆破效果。

⑵对于画线、钻眼精度，尤其是周边眼的深度、精度，是直接影响超欠挖的主要因素，因此要认真测画中线高程，准确画出开挖轮廓线。

⑶提高装药质量,杜绝随意性, 防止雷管混装。

⑷断面轮廓检查及信息反馈：了解开挖后断面各点的超欠挖情况，分析超欠挖原因，及时更改爆破设计，减少误差，专职测量工检查开挖断面。

⑸建立严格的施工流程：在解决好超欠挖技术问题的同时，必须有一套严格的施工技术措施来保证技术的实施。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。