山岭隧道钻爆法开挖的一些建议措施

李丰果

（1.盾构及掘进技术国家重点实验室，河南郑州450001；2.中铁隧道局集团有限公司，广东 广州511458）

截止目前，国内山岭隧道绝大部分采用钻爆法施工，采用TBM掘进机施工的极少，工程技术人员对隧道爆破开挖首先编制专项方案，选取相关爆破参数，在实施过程不断优化爆破参数，力求达到最佳爆破开挖成型效果。光面爆破是钻爆法山岭隧道施工管理的核心所在，光面爆破成型好，开挖范围之外的围岩损伤程度小，围岩承载力好，后续工序（锚杆、挂网、立拱、喷射砼等）工程量小且易于施工，防水层铺挂基面圆顺。因此，光面爆破达到预期理想效果，是山岭隧道施工管理者孜孜不倦的追求。

杨家松[1]针对单线铁路隧道，研究了微台阶带仰拱一次爆破开挖技术，下台阶采用“W”型炮眼布置方式；尹文纲[2]、方俊波[3]介绍了“长、短眼”控制爆破技术；王树强[4]针对浅埋隧道上方存在敏感建（构）筑物时，采用减少一次齐爆炸药量、增设隔振带、干扰降振等综合技术；薛里[5]通过对隧道掘进向地表振动速度检测试验，得到浅埋隧道开挖爆破不同作用类型炮孔引起的地表振动特性及其衰减规律，并在不降低循环进尺的前提下，提出有效的降振措施。

1 现状

钻爆法施工目前主要有人工手持气腿式凿岩机、凿岩台车两种钻炮眼方式，因设备钻孔转动装置需要一定的尺寸，凿岩台车较人工手持气腿式凿岩机钻孔外插角大，导致开挖超挖量大，个别隧道采用了凿岩台车钻中间大洞，预留光爆层由人工手持气腿式凿岩机进行开挖，达到了快速、光爆成型好的双重目的。

本文对隧道钻爆法“八定”管理措施、预留变形量如何设定、周边眼密集系数设定、台阶法拱脚炮眼布置、水平薄层地段炮眼布置、楔形掏槽中间大块岩体如何消除、下台阶炮眼如何布置、周边炮眼长短布置等一一进行阐述与说明。

2 建议措施

2.1 “八定”管理措施

“八定”：定人、定机、定位、定量、定质、定耗、定时、定考。

定人：根据作业台架及炮眼数量，一定区域或范围明确由某司钻工负责；

定机：每个司钻工专用凿岩机，做好编号，不得混用；

定位：每个司钻工必须确定固定的位置，不得随意调换；若某司钻工打炮眼质量差，必要时才更换位置或更换人；

定量：每个司钻工，每循环司钻炮眼的个数、长度是确定的；

定质：每个司钻工，钻的每个炮孔均有质量标准要求；

定耗：根据不同地质，明确每个司钻工每循环施工所需的耗材，如钻杆、钻头等；

定时：根据不同地质，明确每个司钻工每个炮眼所用的时间，并且明确先后司钻顺序，减少相邻司钻人员之间的干扰；

定考：对每个司钻工、整个班组明确考核标准，即奖罚标准。

2.2 预留变形量设置

预留变形量=预计围岩变形量+施工误差+模板台车放大量

预计围岩变形量，指隧道拱顶沉降、水平收敛/2的数值，一般洞口浅埋段、断层破碎带、软岩地段选取较大值，可通过监控量测来调整。如三线大跨公路隧道、双线铁路隧道坡积层洞口可放大至30cm，确保变形后净空满足要求，进洞后根据实际监测数据再做适当的调整。如围岩完整深埋地段，一般设置3~5cm就足够了，这种地段变形量一般在1cm以内。

施工误差，指拱架加工精度、喷射砼层厚控制等因素而引起的侵限数值，一般考虑5cm左右。

模板台车放大量，指为确保隧道设计净空，人为地将模板台车轮廓线放大，一般为5cm左右。

2.3 周边眼密集系数设定

周边眼间距是直接控制开挖轮廓平整度的主要因素，缩小周边眼间距要视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定，一般可取E=（10~15）d，d为炮眼直径。对于坚硬和破碎岩石宜取较小值，对于软质或完整性好的岩石宜取较大值。实际施工中，一般取42~63cm为宜；最小抵抗线W=E/K，一般取50~80cm；为了保证周边眼孔贯通裂缝优先形成，须使周边眼的最小抵抗线大于炮眼间距，通常周边眼密集系数K取0.8（0.7~0.9）。装药集中度是指每米炮眼的装药量，根据岩石的特性确定，一般为0.15~0.2kg/m。光面爆破参数确定后，根据开挖断面和拟定的循环进度，计算每循环的开挖量（m3），然后根据岩石类别，选定单位体积用药量q(kg/m3)。从而计算出每循环爆破总用量Q(kg)，最后绘出炮眼布置图和装药参数表。光面爆破器材主要有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导火索。光面爆破的周边眼应选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直径、传爆性好的炸药，底板眼则宜选用高爆力炸药，这样既可以克服上覆岩碴的压制，又起到翻碴的作用。

2.4 台阶法拱脚炮眼布置

很多台阶法施工的隧道，上台阶拱脚炮眼（周边眼）装药量特别大（装药量小了，该部位存在爆破夹制作用，易导致爆不下来而欠挖），是按照连续且至少75%孔深范围装药，这样导致爆破影响范围大，拱脚部位周边松动圈大，有些隧道下台阶开挖时发生坍方，与该问题关系密切。

建议周边眼打密一切、装药结构同其它周边眼，采用间隔不耦合装药结构，内圈眼多打，可适当多装药，上台阶底板眼布置距离拱脚周边眼近一些。这样，允许把需要开挖的岩石范围爆破能量可以大一些，对周边眼爆破能量要加以控制，以最大限度地减小松动圈范围，最大限度地“保护围岩”。

2.5 水平薄层地段炮眼布置

水平薄层地段，爆破后拱部左右侧易掉块，最终呈门型，造成大量的超挖。可根据现场实测值，适当将拱部左、右侧一定范围的周边眼、内圈眼内移（向隧道断面中心方向移），达到爆破后呈设计轮廓线形状。

2.6 楔形掏槽中间大块消除措施

掏槽眼是整个断面是否能够爆破下来的关键，是为崩落眼、内圈眼、周边眼创造临空面的基础，掏槽眼多采用多级楔形掏槽，具有炮眼少、炸药量小的优点，但有可能形成大块岩体。通过多个项目的实验，在隧道中线部位增加3~5个解体爆破孔即可解决问题，解体炮孔深度、装药量与内圈眼相同，炮孔间距根据解体效果做适当调整，雷管段数较一级掏槽眼稍滞后即可（大于25ms）。

2.7 下台阶炮眼布置

多个钻爆法隧道中，下台阶炮眼布置随意，建议必须将周边眼、内圈眼定位，其它炮眼爆破后再起爆内圈眼，内圈眼爆破后形成标准的光爆层，为周边眼光面爆破创造条件。所有周边眼必须采用间隔、不耦合装药结构，尽可能减小隧道周边松动圈。

2.8 深孔周边眼长短结合布置

钻孔技术主要指周边炮孔的外插角精度、钻孔定位精度和钻孔深度精度。因钻孔设备钻杆旋转装置的影响，导致周边炮孔的外插角精度则不容易控制。周边炮孔的外插角度及深度与超欠挖具有确定的函数关系：

式中：h——超欠挖值；

L——周边炮孔深度；

θ——外插角；

e——钻孔定位误差。

由此可知，当周边炮孔深度一定时，超欠挖值与周边炮孔的外插角的正切成比值。

为减少深孔周边眼超挖值，采用长短结合炮眼布置形式，长、短孔交错相间布置，短孔布置在开挖轮廓线上，只钻进循环进尺的一半；长孔布置在开近轮廓线以内，孔口一半处于开挖范围之内，孔底一半处于开挖轮廓线上，长孔只在孔底一半范围装药。这样，钻孔数量加大了，但达到了减少超挖的目的。

3 结论及建议

3.1 结论

（1）落实“八定”管理措施，是光面爆破的管理核心。

（2）当班考核并兑现奖罚，每循环爆破后，现场测量出超欠挖情况，针对每个人和整个班组进行奖罚，此激励机制会产生非常好的效果。

（3）爆破参数不断优化，爆破必须结合地质情况，不断优化参数，才能达到预期效果。

（4）采取拱脚“保护围岩”、下台阶“光爆层”、深孔周边眼“长短结合”等措施，使隧道光面爆破成型效果得到质的提升。

（5）周边眼必须采用间隔、不耦合装药结构，尽可能减小隧道周边松动圈。

3.2 建议

（1）对凿岩台车或气腿式凿岩机钻杆工作机构进行改造，使钻杆能够平直打入隧道周边。

（2）隧道光面爆破，技术含量高，管理更重要，要做“紧密结合地层、每循环总结优化、每班奖罚兑现”，需要非常优秀的管理团队，“八定”管理措施才可实现。