钻爆隧道支护优化研究

张杰

一、工程概况

榆社隧道区交通状况一般，进口段位于S319省道白北村段南侧，出口距S319省道约800m。出口段交通状况稍差，附近有村道相通，道路弯曲转折，可通行农用车辆，但山顶、高陡山坡等无居民点地带仅有人行山道相通，且多已荒废弃用。隧道在DK74+000分叉并行于隧道两侧，于DK75+300附近结束，沟内常年有流水。隧道进口至DK72+200段，纵坡上坡的坡率达到了14‰；DK72+200～DK79+900范围内纵坡为15‰下坡；DK79+900至出口位置的纵坡坡率达到了3.5‰。

榆社隧道工程围岩情况及主要工程量详见表1，榆社隧道洞门形式见表2。

表1 榆社隧道围岩分级比例

表2 榆社隧道洞门形式及边仰坡坡率的具体情况

隧道区北部属海河水系，小里程隧道进口段，右侧小溪及左侧与线位并行的大冲沟流入进口段东北800m乌马河；隧道区南部位置隶属于海河水系，云簇河支流构成了大里程隧道出口外的河道，两大水系以隧道区最高处DK75+480为界，地表分水岭呈北东向，隧道区调查时发现6个泉眼1口水井。

二、钻爆技术特点

1. 特点概况

只有制定了最佳的钻孔实爆方案，才能使钻爆施工达到最佳的效果，将欠挖超挖的几率控制到最低，保证抛掷渣块度大小合适，使爆轮廓线与隧道设计周边线达到基本一致的情况。掏槽爆破的效果与钻爆法的施工效果之间存在着紧密的联系，在隧道快速掘进施工的过程中，掏槽爆破发挥着至关重要的作用。钻爆法施工的核心影响因素为分段起爆形式、炸药的剂量、结构类型、钻孔布置方式等。采取积极的措施使施工方案达到最优，从而使掘进施工的速度得以快速提升，使爆破施工给邻近管线和四周建筑物造成的影响降到最低，将整个爆破施工的成本投入控制到最小的范围之内。在使用钻爆法掘进施工技术时，通过对不同爆破控制法的深入研究，使爆破震动造成的负面影响降到了最低，最为典型的代表方法为光面爆破施工技术。使用光面爆破施工技术，将加密的周边眼布置在挖掘断面的设计轮廓线上，在破岩掘进施工时，使用的炸药剂量比较少，将药卷尺寸降到最低，在起爆炸药时，使用了低爆速、低密度的方法，将炸药给隧道轮廓造成的损伤控制到了最小。

在使用导洞法时，留一部分支撑隧道围岩稳定，临时支护搭设好以后，挖掘剩余部分支护结构。遇到地质情况比较恶劣、隧道断面尺寸比较大的施工区域时，在选择掘进施工方法时，尽量选择使用导洞法。导洞法施工时，先开挖部分尺寸应尽量小，不超过整个断面尺寸的1/3，但断面直径应满足装渣机械、出渣设备尺寸要求。导洞主要包括上、下和中心导洞等3个部分，在选择导洞形式时，要以施工条件、隧道断面尺寸、隧道长度和水文地质情况等信息为依据。扩挖施工可以与导洞开挖交替循环进行，也可以在导洞整体施工完毕后进行。

对于分布开挖法来说，在掘进大断面时经常使用，上台阶要最先挖掘施工，随之开展初次支护施工，接着对下台阶进行挖掘施工，隧道轮廓已经挖掘成型以后，及时完成二次衬砌全封闭支护施工任务。

2. 钻爆+胀裂技术机理

城市地下环境比较复杂，对整个施工过程的要求非常高，在施工时尽量选择使用钻爆+胀裂掘进相结合的施工措施。

以往使用的光面爆破施工技术，其具体的施工形式为少装药、多打孔，使爆破给四周围岩造成的影响得到了降低。该施工方法能够使爆破震动造成的影响得到有效的控制，但是由于钻孔的数量比较多，孔角和孔边控制非常困难，给整个工程项目的施工进度造成了不同程度的影响。加之爆破震动或多或少会给四周建筑物造成影响，在城市地下开展施工任务时，文明施工、环保标准等都会给施工进度带来不同程度的影响。液压裂石器静态胀裂破岩施工方法，以钻爆法为主，爆破形式为掏槽少放炸药的方式，使液压裂石器胀裂破岩的两个自由面得到精准的获取。在使用钻爆+胀裂相结合的掘进方法时，掏槽爆破尺寸要以隧道断面的尺寸为依据来进行设置，掏槽爆破1～8#掏槽孔时，使用的炸药剂量比较少，使液压裂石器静态胀裂的临空区得到高效的形成；静态胀裂需要的自由面主要是由隧道断面和掏槽爆破临空区作为胀裂破岩得以实现的。

3. 钻爆+胀裂技术施工技术

（1）钻孔参数。确定爆破范围时，要以断面尺寸和岩石特性为依据，在爆破范围确定以后，对钻孔布置方式、钻孔间距、钻孔深度和钻孔直径等参数信息进行及时确定。

（2）钻孔施工。以钻孔的设计参数为依据，高效布置钻孔，严格控制钻孔斜眼率，确保其始终保持在可控的范围里，杜绝欠挖或者超挖的问题发生，确保掏槽爆破的临空面能够满足设计标准。

（3）掏槽爆破。每次掏槽起爆的炸药量不能过多，能够满足液压裂石器胀裂破岩对临空自由面的需求即可；胀裂进深要比掏槽进深小；在提升掏槽效率时，尽量选择复式多级掏槽爆破方式，从而使其满足相关要求。

（4）在周边眼和辅助眼破岩时，使用液压裂石器逐层完成；爆破烟雾散去以后，施工人员能够清晰看见施工区域时，方可开展裂石器胀裂破岩施工任务。

（5）清矸支护。

（6）下一个进尺循环施工。

4. 钻爆+胀裂技术优点

（1）爆破震动效应比较小。对以往使用的钻爆法光面爆破技术原理进行高效的利用，掏槽眼爆破时，要严格控制炸药的使用剂量，使胀裂爆破需要的临空面得到最大程度的满足。使用液压石器胀裂破岩的方式处理剩余的部位，采取积极的措施来控制爆破震动给隧道围岩造成的损伤，使围岩松动圈的范围得到高效的控制，显著提升围岩的稳定性和安全性，将支护成本投入控制到最低。

（2）降低成本投入。科学控制炸药的使用剂量，对飞石造成的危害进行防护控制时，从具体的情况出发，使用合理的措施，高效管控成本投入；爆破震动会给围岩松动圈造成不同程度的损耗，要积极采取措施对其进行防控，注重对围岩自护能力的提升，使支护成本投入始终处于预算的范围之内。

（3）操作简便、适应性强。掏槽爆破施工完成以后，胀裂处理辅助眼和周边眼时，在城市地下开展施工任务尽量做到无污染、无噪音；不能因为减振控噪、文明施工等因素而造成工期延误的问题发生。

（4）精准度高。液压裂石器能够使钻孔的间距与设计的标准高度吻合，使挖掘施工的轮廓满足设计要求，不会出现欠挖或者超挖的现象，断面的形状比较规范，具有超强可控性。

三、洞身开挖钻爆

掏槽眼：隧道爆破掏槽的主要方式为中空直眼掏槽，隧道中线偏下的位置是施工的具体位置，显著的提升了掏槽钻眼的精准度。水压爆破施工技术的具体情况详见下图1，同时要准确设置炸药剂量和水袋位置。

图1 隧道水压爆破施工图示

四、正线超前大管棚施工技术

榆社隧道进口DK70+737～DK70+762段和出口DK681+300～DK81+340段前拱部分分别设置一排长40mφ108mm大管棚超前支护。导管施工工艺框图如2所示。

图2 导管施工工艺框图

五、结构衬砌

混凝土耐久性问题由试验室、拌和站、浇筑单位按工艺要求共同控制；使用综合处理的方式来控制二衬施工的裂缝问题。榆社隧道隧区范围内部分衬砌类别及衬砌参数见表3。

表3 榆社隧道衬砌类别与衬砌参数

六、结语

隧道施工关键技术管理对项目整体建设质量具有较大影响。在处理复杂环境下的硬质岩层时，使用的主要方法为胀裂掘进与隧道钻爆相结合的技术类型，对该施工技术的施工特点和工作原理进行了全面的论述，与其他钻爆技术相比，该钻爆技术的优势体现为噪音小、爆破震动效应低等，这也充分体现出了其具有良好的实用性。新时期，人们应充分认识隧道施工技术管理的必要性，结合当前施工质量存在的问题，进行各施工技术要点的系统把控，使隧道施工技术的应用水平发生质的改变。