某公路隧道施工方法及钻爆方案设计

2021-05-20陈俊成

西部交通科技 2021年4期

陈俊成

(中电建冀交高速公路投资发展有限公司，河北石家庄 050000)

0 引言

随着经济的腾飞发展，我国的交通设施也亟须大量建设，其中公路隧道的数量与日俱增。由于我国地域辽阔，隧道建设过程中会遇到各种岩层，以及各种特殊及不良地质地段。本工程中，针对不同的围岩级别及不良地质概况，采用台阶法、短台阶法、三台阶临时仰拱法进行公路隧道的开挖，同时针对施工方法进行钻爆设计，尽量保护围岩，减少围岩扰动，提高围岩自身承载能力，为工程的顺利施工提供安全保障[1-5]。

1 工程概况

某公路隧道全长930 m，隧道进口里程DK38+115，出口里程DK39+045，为单洞双线隧道。隧道进出口均采用斜切式洞门。隧道内纵坡设置为单面上坡，坡度为3.0‰，坡长930 m。其中主要穿越的地质构造有：DK38+770～DK38+810段发育白马铺-五峰铺压性断裂，性质不明。钻探揭示本段岩性较复杂，节理裂隙发育，岩溶较发育；地下水类型为基岩裂隙水，接受大气降水补给，向低洼处径流排泄；主要岩层为灰岩、沙岩、板岩等。

根据《隧规》围岩分级判别方法，依据该隧道里程方向的岩土性质，判定该隧道的围岩分级为Ⅲ～V级，隧道洞口段洞门设计长度为35 m，Ⅲ级围岩长度约为450 m，占隧道全长的48.3%，Ⅳ级围岩长度约为205 m，占隧道全长的22%，Ⅴ级围岩长约190 m，占隧道全长的20%。

2 洞身施工方法

根据围岩分级划分方法，确定本公路隧道施工方法。如表1所示。

表1 围岩分级对应施工方法表

2.1 台阶法施工

本隧道Ⅲ级围岩部分正洞采用台阶法施工，整个隧道断面分为上下两部分，如图1所示。隧道掘进采用光面爆破，其目的是保证隧道开挖轮廓圆顺、光滑，确保隧道围岩本身的承载能力，尽量避免爆破对周边围岩的扰动，隧道上下台阶长度分别为30 m、10 m。隧道上台阶利用简易工作台架，再采用YT风钻机进行炮眼钻孔，下台阶采用凿岩机进行炮眼钻孔，一次掘进长度为3 m。二次衬砌采用液压钢模模板台进行衬砌施工。

图1 台阶法施工示意图(cm)

2.2 短台阶法施工

当遇到隧道岩性为Ⅳ级及Ⅴa级时，采用短台阶法施工，台阶分为上、中、下三个，如图2所示。台阶循环长度均为5 m，爆破依然采用光面爆破。上台阶与上节所述台阶法施工相同，先利用简易工作台架，再采用YT风钻机进行炮眼钻孔，开挖进尺为1.8 m。

2.3 三台阶临时仰拱法施工

当围岩级别为Vb级时，施工方法采用三台阶临时仰拱法，人工镐配合长臂挖掘机联合开挖，如有特殊情况可进行微振动爆破。炮眼采用YT28风钻机打眼，配备非电毫秒雷管进行起爆，掘进循环进尺保证在0.6 m。图中台阶长度根据施工机具条件与围岩情况确定，一般≤30 m。

图2 短台阶法施工示意图(cm)

3 钻爆法施工

根据钻爆法作业程序，首先进行钻爆设计，然后确定炮眼位置进行测量布眼，根据布眼点及实际情况采用适合的机械钻孔，钻孔结束后装药联线，人员撤离起爆，在通风降尘达到要求后排险撬顶，最后出碴。

3.1 钻爆设计

根据工程概况，该公路隧道开挖常用的炸药药卷直径有两种，每m重量如表2所示。

表2 隧道开挖常用炸药每m重量一览表

在Ⅲ级围岩上下台阶开挖断面面积为132.42 m2时，上台阶每循环进尺2.5 m，钻孔136个左右，下台阶每循环进尺3.0 m，钻孔44个。其中上台阶断面掏槽眼20个，平均装药2.6 kg；辅助眼80个，装药0.4 kg；周边眼33个，装药0.4 kg；底板眼3个，装药3.0 kg。下台阶布置32个辅助眼，每个辅助眼装药1.6 kg；周边眼布置12个，为了减少围岩扰动，岩壁光滑，装药量控制在0.4 kg。由于硅质灰岩自身特性，炮眼炸药用量指标控制在0.5～0.65 kg/m3之间。三台阶法钻爆设计不再赘述。钻爆设计如下页图3～4、表3～5所示。

图3 两台阶法钻爆设计图

注：1.图示单位为mm；2.本图为三台阶法施工的钻爆设计,其中炸药单耗为初步设计，施工时根据实际爆破效果及时进行调整

表3 台阶法中导爆破参数表

表4 台阶法上导爆破参数表

表5 台阶法下导爆破参数表

为减少围岩扰动而采用光面爆破，参数主要参考《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)第6.3.6条光面爆破参数表，选用值如表6所示：

表6 光面爆破参数表

3.2 开挖作业

3.2.1 钻孔作业

(1)炮眼布置原则

掏槽眼：正洞围岩采用斜眼掏槽。

周边眼：为了控制光面爆破后出现超欠挖现象，要严格控制周边眼的间距合理。

内圈眼：周边眼抵抗线边缘处设置内圈眼，其孔距不小于周边眼抵抗线。

辅助眼：根据施工现场岩性实际情况，辅助眼的间距取值控制在0.35～0.7 m，当岩石坚硬强度高时，取小值；当岩性强度低时，取大值。

底板眼：底板眼布置是否合理直接关系到隧道开挖轮廓的优劣，因此在开挖轮廓底线位置处设置底板眼，同时稍微加大炸药量。

(2)钻孔标准：准、直、平、齐

准：当岩性较好时，按照设计直接采用合适的机具钻孔即可。当围岩出现节理、裂隙时，钻孔往往需要进行一定量的孔位移动，如顶眼和帮眼，前者是左右移动后者是上下移动，周边眼孔位放线偏差在±1 cm范围内。眼口开口误差应遵循以下原则：视围岩级别高低，眼口可向隧道轮廓线内偏1～3 cm，轮廓线周边的眼口则以0.03的外插角向外插，且外插的方向与隧道轮廓线法线方向保持一致。

直：在直线段上，为了炮眼与边墙孔在同一条垂线上，需先在炮眼位置钻上标准孔，再插上炮杆。

平：保证周边各炮眼互相平行。

齐：炮眼底部应保证在同一平面上且垂直隧道轴线，掏槽眼加深约15 cm。

3.2.2 装药作业

清孔:为了保证炮孔内装药顺畅和连贯，先采用高压风将炮孔内的积水和残渣吹干净，再进行装药。

装药:为了保证装药量与设计相同，装药前需要核对雷管段数及装药结构等信息。装药时，为了避免雷管破损或拉雷管，起爆药要采用炮棍缓慢地将其送到炮眼底部。

装药检查:检查人员需要检查雷管段数，并标注于孔外导爆管上，同时检查药卷规格及其长度，确保均符合要求。

堵塞:装药后利用炮泥将孔口位置封堵30 cm，保证封堵严密。

3.2.3 爆破作业

爆破顺序：首先进行掏槽眼起爆，后是辅助眼、内圈眼，最后起爆是周边眼和底板眼。

联结网络：联结时尽量与孔眼接近，且保证孔外网路联结整齐，不出现打结等现象。