大断面隧道三台阶七步开挖法爆破设计研究

徐俊义

（中铁二十三局集团第六工程有限公司，重庆 401121）

爆破设计是隧道施工管理和安全管理的关键技术之一。在环境保护要求、周边建筑物允许振速要求越来越严格的情况下，对不同岩质以及在不同的环境条件下选择合理的爆破参数和起爆方式，在大断面隧道三台阶七步开挖爆破施工中极其重要，可以最大程度的减少对周边围岩的扰动，并控制超欠挖，避免了后续施工过程中隧道发生其他问题。为了保证隧道工程光面爆破开挖的质量和效果，我们对兴隆台隧道工程的三台阶七步开挖法爆破进行了详细设计，并对隧道工程爆破施工的技术和经验进行了总结归纳，为后续施工提供了有利的实践数据。

1 隧道工程概况

兴隆台隧道为重庆市渝黔高速公路扩能项目的长大隧道之一，位于重庆市綦江区赶水镇与安稳镇境内；本隧道属构造剥蚀，溶蚀低山地貌，隧道与山脊呈大角度相交。进口段位于山脊斜坡近坡坡脚地带，出口地形坡度较陡，主要为林地，附近无常年性河流分布。隧址区最高标高点798.4m，最低标高点400m，隧址区相对高差达339m，隧道最大埋深约320m。隧址区地表水河流属于长江水系及其支流綦江河水系，长江为一级水系，綦江河为调查区内长江流域二级水系。隧址区地下水类型主要为碳酸盐溶蚀裂隙水、碎屑岩孔隙裂隙水及松散岩类孔隙水。隧址区属大陆性亚热带气候，温和潮湿，多云雾和雨，因地处山区，气候变化较大。隧道左右线单延米总长度5355m，其中V级围岩Ⅳ围岩4180单延米，占比78.1%；Ⅴ围岩1175单延米，占比21.9%。隧道公路等级为双向六车道公路，主洞建筑限界为净高×净宽（14.75m×5m)。隧道进口位于R=2000m偏圆曲线，曲线长度602.321m，出口位于R=1500m偏圆曲线，曲线长度808.275m；洞身位于直线上。纵坡为单面上坡。该隧道从2017年12月16日开工，目前已施工700单延米，采用三台阶七步开挖法爆破开挖后轮廓较为圆顺，为后续施工提供了很多便利，节约了大量成本。

2 隧道三台阶七步开挖法爆破设计

2.1 隧道爆破设计原则

兴隆台隧道三台阶七步开挖爆破采用光面爆破技术，隧道掘进的爆破设计，原则上考虑该隧道的地质情况、每循环开挖断面的大小、循环开挖进尺、中部开挖采用何种掏槽形式、炮眼的布置、数量、深度、起爆顺序、选择何种爆破器材以及爆破的时间间隔等条件编制了初步的爆破设计，并根据实际光爆效果以及围岩变化进行调整和动态管理。

本隧道根据上述条件选择了低爆速、低猛度的防水乳化炸药，采用非电毫秒雷管毫秒微差起爆来控制隧道爆破振动速度来减少对周边围岩及建筑物影响，且周边眼采用导爆索起爆，目的是为了减小起爆时差；采用间隔装药法，使装药量沿着炮眼均匀全长分布，并合理的控制药卷直径，以达到不耦合装药的目的。起爆顺序按照掏槽眼→辅助眼→侧壁周边眼→拱部周边眼→底板眼依次起爆。

2.2 隧道开挖进尺设计

经过对兴隆台隧道三台阶七步法开挖段落围岩进行分析和研究，对于隧道出口白云质灰岩地段、中风化砂岩以及裂隙、节理发育等情况，我们决定利用风动凿岩机钻孔，先布置掏槽眼，掏槽眼比其他眼深约15cm以上，然后根据掌子面地质条件及开挖断面的大小布设辅助眼和周边眼。初步确定上导坑开挖高度在3.5m左右，左右侧导坑开挖高度4m，错开3～5m同步施工，下导坑开挖2.5m,每循环开挖进尺不大于3m。

2.3 爆破参数选择

经研究，决定爆破轮廓效果的核心条件是周边眼的间距以及最小抵抗线和装药参数等，初步按照规范拟定的爆破参数以及掌子面地质情况来确认爆破参数，实际施工上场后再根据试验对爆破参数进行微调，以达到最佳效果。此阶段的核心是如何正确判断掌子面的围岩情况，并且根据实际拟定初步爆破技术参数及沃奥班经验公式来确定延米装药量。为了减少爆破后粉尘，提高循环利用时间，参照目前其他隧道工程中成功的实例，采用水封装药结构。在炮孔堵塞段增加定制水袋，利用爆破时的高温高压使得水袋雾化以达到吸收粉尘的效果。

2.4 隧道钻爆设计

兴隆台隧道三台阶七步开挖法分七步开挖，采用手持风钻钻孔，钻孔的孔径40mm。通过浅眼微差爆破，采用非电导爆管雷管孔内微差网路起爆。三台阶七步开挖法炮眼装药参数见表1。

3 要点总结

经过实际施工检验和现场总结发现，爆破设计在实际施工中会遇到很多细节执行不到位的情况，经过现场加强管理，并根据岩层实际情况（中硬白云质灰岩、砂岩）对周边孔距进行了调整，最终实现了预期的爆破效果，爆破后轮廓较圆顺，炮孔痕迹保留率达70%～85%，为后续施工奠定了良好基础，现将技术要点和控制要点总结如下。

表1 三台阶七步开挖法炮眼装药参数

（1）规范测量放样及布眼是重中之重。钻眼施工前需要测量人员用全站仪放样出开挖断面的轮廓线，并用红油漆准确绘出每个炮眼的位置，经施工员检查符合拟定的炮眼间距要求后方可钻眼。当隧道的开挖掌子面不平整时，特别是当两侧不在同一断面里程上时，应按实际情况调整超前侧炮眼深度，使得除掏槽眼外的其他所有炮眼眼底布设在同一垂直面上，并相应的调整炮眼装药重量，以保证下一炮的断面左右均在同一里程上。

（2）规范工班组的钻眼施工工作。钻眼时应按照不同的功能孔位，将司钻工做好合理分配，并根据现场爆破情况对薄弱处的司钻工进行技术指导。工班应有专人指挥，来确保钻眼孔距符合设计要求。

（3）装药前应及时清孔。开挖工班的装药程序需要进行分组施工，并按炮眼装药参数确定的单孔装药量从上到下进行装药，雷管要牢记“对号入座”，听从管理人员指挥及要求，要根据台架高度确定每个孔位的装药工作、段别、所处位置等，不能怕补炮而多装药，造成不必要超挖。已装药的炮眼由装药工及时堵塞密封。

4 结语

渝黔扩能高速项目中兴隆台隧道完成了三台阶七步开挖法的爆破设计及优化，实现了控制施工超欠挖以及避免由超欠挖造成的其他质量问题，总结出了爆破设计的关键环节，为渝黔扩能高速其他隧道提供了技术支持。