陡峭地形下箐脚特长隧道斜井开挖技术

王昌林

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550008）

0 引言

纳雍至晴隆高速公路箐脚特长隧道右侧下方紧邻水黄公路和村寨，左侧毗邻乌蒙山国家地质公园。由于地形地貌等因素限制，隧道出口不具备运输便道施工条件，加之受合同、工期等客观因素影响，选择在路线右侧陡峭半坡上增加斜井作为本隧道施工通道，确保工期、进度满足合同要求。斜井与主洞交叉口桩号为YK94+923.936，交叉口至隧道出口约310m。斜井参照车行横洞断面进行设计，长度为85m，其中Ⅳ级围岩50m，Ⅴ级围岩35m，洞口设置4m 明洞，其余地段均采用复合衬砌。围岩分级见表1。

表1 箐脚隧道（出口端）斜井围岩分级统计表

1 斜井开挖爆破方法

斜井施工的总体思路是洞身Ⅴ级围岩地段采用短台阶法施工，台阶长度5～15m，具体采用挖掘机冷开；洞身Ⅳ级围岩衬砌范围采用中长台阶法，台阶长度可根据施工实际情况适当加长为15～40m，可采用控制爆破技术。相关单位主张洞口端Ⅴ级围岩全部采用挖掘机冷开方案，主要是担心爆破飞石危及洞口下方公路行车（行人）和下方村寨安全。后经过多部位、多频次钻取岩芯进行检测，围岩硬度在80～120MPa 之间，结合超前预报，并报公安机关批准后，决定采用箱型窗帘式防护系统对洞口进行防护，然后以控制爆破方法进行开挖。

1.1 施工准备

做好相关岗前教育和培训。安装10kV 专线并布置临时用电，组织常规机具设备入场。对洞口区域加密测量三维坐标点，突出原地貌各个特征点，对洞口场区进行设计，邀请相关领域专家对洞口区域水黄公路高路堑边坡稳定性进行论证。在高边坡及其平台上设置观测点进行实时监测、动态管理。高边坡开口线及各个平台设置被动防护网和“型钢+竹跳板”组合刚性防护，并开挖防护土沟。修建洞口场区挡土墙，墙后分层填筑并压实到顶，实施场地硬化。洞口仰坡顶安装被动防护网，施工洞顶截水沟。开挖仰坡并防护，进行施工套拱、施工管棚等作业。架设“钢支架+模板+竹跳板+斜撑+缆风绳”组合的刚性防护设施，在刚性防护顶部与洞口仰坡之间安装“钢丝绳+多层铁丝网+钢丝绳网格”组成高松弛柔性防护网形成防爆卷帘，即箱型窗帘式防护系统。

图1 水黄公路高边坡防护

图2 箐脚特长隧道出口端斜井洞口场区

图3 洞口刚性防护和柔性防护组合—箱型窗帘式防护系统

1.2 开挖方法

斜井采用上下台阶法施工（见图4、图5），施工过程中加强隧道的地质、水文、沉降观测及地质超前预报等工作。隧道的进洞方式采用钻爆法、喷锚构筑法原理组织施工。开挖爆破技术设计如下：

图4 上台阶炮眼布置示意图（单位：cm）

图5 下台阶炮眼布置示意图（单位：cm）

1.2.1 钻孔机具

根据本项目配备的机械设备及类似工程施工经验，本工程浅孔爆破采用手持式气腿凿岩机进行钻孔，钻孔孔径40mm。

1.2.2 爆破器材

使用直径为32mm 的2#岩石乳化炸药，制作起爆药包，采用数码电子雷管起爆。

1.2.3 上下台阶爆破法

爆破参数详见表2、表3。上台阶爆破采用楔形掏槽，周边眼采用不耦合装药，装药结构见图6。

图6 装药结构图（单位：cm）

表2 上台阶爆破参数表

表3 下台阶爆破参数表

1.4 起爆网路

电子数码雷管起爆网路起爆方式：采用并联起爆网路（将一次起爆的所有电雷管逐个连接至起爆主线上，再与电源连接），采用专用起爆器进行起爆。起爆顺序：掏槽孔→辅助孔→周边孔→底孔。

2 爆破安全设计

本斜井爆破的有害效应主要有地震波、飞石、冲击波、有毒有害气体、噪声和粉尘等，工程地处半坡上，本设计主要对爆破地震波、爆破飞石及爆破冲击波进行安全校核，确保安全可控。

2.1 爆破地震波

爆破振动效应，应不大于相应建、构筑物爆破振动安全控制标准，见表4。

表4 爆破振动安全允许标准表

爆破地震波安全校核H按下式进行：

式（1）中：L为爆破振动安全允许距离（m），见表5；A为炸药量（kg），齐发爆破为总药量（kg），延时爆破为最大一段药量（kg），考虑无论周边眼、掏槽眼、辅助眼都不是单孔，虽是延时爆破，但每段之间用时短，有齐发爆破趋势，故按照最不利状态选取一个开挖断面最大总药量；H为保护对象所在地质点振动安全允许速度（cm/s）；M、N分别为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关系数和衰减指数，可参照表4 选取。本工程开挖岩体以中硬岩石为主，取M为250，N为1.8。

表5 爆破振动允许距离计算表

根据表4 爆破振动安全允许标准：既有公路高路堑边坡爆破质点振动速度均取5.0cm/s；既有公路隧道（阿志河1 号隧道）爆破质点振动速度均取10cm/s；既有桥梁（阿志河大桥）含大体积混凝土，桥基、悬索基础爆破质点振动速度均取7.0cm/s。对爆破振动核算，本次爆破对周边建筑物、构筑物影响均控制在爆破振动安全允许标准范围以内，见表5。

2.2 爆破飞石控制

爆破个别爆破飞石最小安全距离A：

式（2）中：A为个别飞石最小距离（m）；D为炮孔直径（cm）。经计算A=63m。洞口正下方是公路，须做拦挡设施，同时使用炮被覆盖炮孔。

2.3 爆破冲击波

在洞内进行松动爆破，同时结构物或构筑物均在洞口下方，且有一定距离，受冲击波影响较小，因此对地面建筑物的安全距离，不考虑空气冲击波的安全距离。

2.4 爆破安全防护及控制措施

（1）爆破振动在安全允许的范围内，未采取特殊防护及控制措施。

（2）爆破飞石防护及控制措施：①严格按爆破设计施工；②控制爆破方向和飞石距离，并使被保护对象避开飞石主方向；③多排台阶爆破中，合理设置装药结构，合理控制孔、排间起爆时间，做好爆破网路设计；④最小抵抗线过小，也可采用改变爆破倾角的办法；底盘抵抗线过大，采用台阶底部补孔办法，提前处理根底；⑤采用箱型窗帘式防护系统。

3 结语

本隧道出口地势险峻，沟壑纵深，无法从主洞口进入隧道施工，故选择在右侧半山上通过斜井进入正洞。斜井洞口地形地貌依然复杂，地面横坡较陡，洞口正前下方是水黄公路，公路下方又是人员较密集的村寨，除了隧道开挖期间可能发生涌水、突泥、车辆伤害、物体打击、高处坠落、触电、机械伤害、坍塌、火灾、爆炸等常规事故外，爆破振动波和冲击波对高边坡的稳定性以及附近的树木、设备、机械都可能有影响，因此洞口Ⅴ级围岩须严格按照爆破设计来控制药量；爆破飞石则通过刚性防护与柔性防护组合的箱型窗帘式防护体系来克服，确保施工过程中安全、质量、进度、成本可控。