基于新奥法高速公路隧道钻爆施工技术研究

李鸿

摘要 为了研究基于新奥法高速公路隧道钻爆施工技术，文章依托盐源高速公路隧道工程，分析了隧道上下台阶法、隧道全断面法以及隧道环形开挖预留核心钻爆施工方法。研究结果表明：（1）主洞及平行导洞在Ⅳ级、Ⅴ级围岩段，Ⅲ级围岩较差段应采用上下台阶法钻爆施工；（2）主洞及平行导洞在Ⅲ级围岩一般段应采用全断面法钻爆开挖，所有炮孔均采用反向起爆方法；（3）主洞及平行导洞在Ⅴ级围岩浅埋段，应采用环形开挖预留核心钻爆掘进。

关键词 高速公路；隧道开挖；钻爆施工；光面爆破

中图分类号 U455.48文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0106-03

0 引言

在偏远的山区修建高速公路，不可避免会穿越地形复杂的山丘。由于地形起伏变化，交通不便，基础设施薄弱，采用机械开挖增加了施工成本，而钻爆法具有良好的地质适应性，并且设备成本低、施工灵活、安全性高。因此，在隧道施工方案中常采用钻爆法进行隧道开挖，为提高钻爆施工效率，学者们进行了多方面研究。陈子全等[1]采用数值模拟的方法，提出了钻爆法隧道机械化施工背景下二衬支护时机的动态优化方法；吴国民[2]对隧道掘进工程中的钻爆参数优化方法进行了研究，利用遗传算法确定最具可行性的钻爆参数最优解，判断钻爆参数优化方法的可行性；卢冰涛[3]对穿越煤系地层钻爆法安全开挖进行了研究，论述了瓦斯隧道钻爆法安全开挖的关键技术与控制要点；陈建民[4]以工程试验部分为基础，详细分析了影响施工效率的因素，提出了提高效率的施工方案和技术措施；王鑫[5]以软弱围岩公路隧道工程为背景，重点对其机械化钻爆施工技术展开探讨，提出了关键的工作要点。以上学者对公路隧道钻爆施工技术进行了研究，并对钻爆参数优化方法进行了分析。

基于此，该文参考以上学者的研究成果，依托盐源高速公路隧道工程，基于新奥法高速公路隧道钻爆施工技术进行了研究，分析了隧道上下台阶钻爆施工方法、隧道全断面钻爆施工方法、隧道环形开挖预留核心钻爆施工方法，以及隧道超欠挖控制措施。

1 工程概况

该项目为西香高速公路盐源隧道工程，是西昌至香格里拉（四川境）高速公路的控制性工程，隧道位于滇西北横断山高山峡谷与云贵高原接壤地带东侧，四川盆地西南，地势高差悬殊，海拔标高在2 500～3 400 m范围内。隧址区最高峰的高程为3 681.2 m，东侧进口附近河谷高程约2 468 m，西侧出口附近沟谷高程约2 547 m，最大高差约1 274 m。隧道进口斜坡坡度较陡，平均坡度为35 °～55 °，多呈陡壁状，表层局部覆盖0～5 m厚的粉质黏土；隧道中部斜坡陡缓相接，平均坡度为15 °～30 °；隧道出口段坡度陡缓不均，灰岩地段斜坡坡度较陡，平均坡度约35 °～55 °，多呈陡壁状，基岩大面积裸露。隧道平均长度为14 152 m，主洞建筑限界净宽10.25 m，净高5 m，为双向四车道特长分离式隧道。隧道出口端平行导洞采用钻爆开挖，进口端采用TBM掘进。

2 隧道钻爆施工方法

2.1 隧道上下台阶法钻爆施工方法

主洞及平行导洞在Ⅳ级、Ⅴ级围岩一般段，Ⅲ级围岩较差段落采用上下台阶法，台阶开挖高度2.5 m。在开挖过程中，首先进行炮孔布置，为确保光面爆破效果，周边眼的环距应为40 cm，实际施工中可能会存在孤石；若出现孤石，在钻眼施工时应根据围岩实际情况进行适当调整，但最大不能超过45 cm，周边眼外插角控制在10 °～20 °，以防止较大的超挖。隧道开挖炮眼布置如图1所示，图中编号为起爆顺序。

由于环形开挖，围岩受夹持力较大，辅助眼与周边眼间距为60 cm；周边眼采用间隔装药（如图2所示），末段起爆；掏槽眼、辅助眼采用集中装药，导爆采用导爆索、电雷管远距控制引爆；拱顶掏槽眼布置与隧道中心线对称，距离100 cm。辅助眼由于临空面较多，间距可调整至80～100 cm，且于台阶上垂直施钻，装药系数在0.8～1.0 kg/m3范围内。在施工过程中，通过现场施工爆破验证进行调整。

2.2 隧道全断面钻爆施工方法

主洞及平行导洞在Ⅲ级围岩一般段落采用全断面法开挖。全断面开挖按单循环进尺3 m设计，掘进爆破掏槽孔垂直楔形布置，纵向设置三排，第一排掏槽孔的孔深为2.5 m（孔长为2.9 m），横向夹角为59 °；第二排掏槽孔的孔深为3.4 m（孔长为3.7 m），横向夹角为66 °；第三排掏槽孔的孔深为3.4 m（孔长为3.5 m），横向夹角为79 °。辅助眼孔深为3.2 m（孔长为3.2 m），均垂直于岩面；周边眼钻孔间距为50 cm，根据围岩的软硬程度在40～60 cm之间调整；底板孔布置在底板开挖边界上，孔距约为1.1 m。为达到爆破效果，所有炮孔均采用反向起爆方法，即起爆药卷置于炮孔底部，位于边墙角部的周边孔应按照底板孔连续装药；在爆破过程中，将导爆索串联周边的爆孔，并且在相同时间内同时起爆。炮孔堵塞物为黏性好的黏土与细沙混合制成，堵塞所用的炮棍由木质或竹质材料制成。每个炮孔必须堵孔，周边孔堵在孔口以内30 cm处，其他炮孔应堵在炸药的地方；由于炸药与岩石间有较大空隙，若炮孔未堵上，则容易形成冲孔，达不到预期效果。

2.3 隧道环形开挖预留核心钻爆施工方法

隧道主洞及平行导洞在洞口段Ⅴ级围岩浅埋段，采用环形开挖预留核心掘进。在进行钻爆开挖前，先进行炮孔布置，每次循环进尺1.2 m。掘进爆破掏槽孔及辅助孔采用矩形布置，掏槽孔的孔深为1.6 m（孔长为1.71 m），辅助孔的孔深为1.6 m。各对掏槽孔之间的排距为0.5 m，每对掏槽孔的孔口距为1.4 m，掏槽孔与掌子面的夹角为69 °；各对辅助孔之间的排距为0.5 m，每对辅助孔的孔口距为2.6 m，与掌子面的夹角为83 °。掏槽孔和辅助孔均从底板以上0.6 m开始布置。掘进孔兼部分掏槽作用，设计位置在掘进孔与核心土斜边中间位置，爆破孔立面布置如图3所示。

掘进孔呈弧形布置（与隧道周边圆弧相近），孔距为1.02 m，前后排距为0.8 m，孔深为1.4 m，所有掘进孔均垂直掌子面钻进。开挖边界内侧75～80 cm处，将掘进炮孔布置在光面爆破炮孔附近；在进行光面爆破时，确保最小抵抗线一致。同时，在开挖边界上布置光面爆破炮孔，其钻孔角度与掌子面夹角约为1 °～2 °；施工作业时，掘进炮孔的位置允许在5～10 cm范围内调整，其余的调整间距不宜大于5 cm。

在进行装药时，应选用可用于地下工程的岩石乳化炸药。为保证掘进爆破的爆破效果，除周边孔外，各炮孔均采用Φ32 mm、长度为300 mm的药卷，单卷炸药量300 g。在起爆过程中，所有炮孔均采用正向起爆方法引爆炮孔内炸药，确保所有周边孔同时起爆，达到工程要求的爆破效果。

3 隧道超欠挖控制措施

钻爆法施工过程中，控制好超欠挖是节省成本、提高效率的重要因素。因此，采用钻爆法对隧道进行开挖时，应根据不同地质情况，选择合理的钻爆参数，达到设计和施工要求的爆破效果。对于不同级别的围岩，需要考虑开挖线内的预留量。在爆破完成后，未爆破的岩土体可采用机械在短时间内掘进到设计要求的区域，以提高开挖距离的精度，防止出现超欠挖现象，增加施工成本。由于周边眼的精度是影响超欠挖的主要因素，因此在施工放线中，应准确标明各施工线的位置，以便后续开挖达到施工要求。隧道开挖完成后，对爆破后的断面轮廓进行检查，对各断面的超欠挖情况进行记录，分析超欠挖原因，及时更改爆破设计，减少误差。同时，还应配专职测量工检查开挖断面，超挖量（平均线性超挖）应控制在10 cm（眼深3 m）和13 cm（眼深5 m）以内。

4 结论

该文依托盐源高速公路隧道工程，基于新奥法高速公路隧道钻爆施工技术进行了研究，分析了隧道上下台阶钻爆施工方法、隧道全断面钻爆施工方法、隧道环形开挖预留核心钻爆施工方法，以及隧道超欠挖控制措施。可得如下结论：

（1）隧道主洞及平行导洞在Ⅳ级、Ⅴ级围岩一般段，Ⅲ级围岩较差段落应采用上下台阶法施工。在炮孔布置过程中，周边眼环距40 cm，周边眼外插角控制在10 °～20 °；拱顶掏槽眼布置与隧道中心线对称，距离

100 cm，采用导爆索、电雷管远距控制引爆。

（2）隧道主洞及平行导洞在Ⅲ级围岩一般段落应采用全断面法开挖。按单循环进尺3 m设计，掘进爆破掏槽孔垂直楔形布置，纵向设置三排；辅助眼孔深为3.2 m，均垂直于岩面，周边眼钻孔间距50 cm；所有炮孔均采用反向起爆方法，采用导爆索串联与其余周边光爆孔同时起爆。

（3）隧道主洞及平行导洞在洞口段Ⅴ级围岩浅埋段，应采用环形开挖预留核心掘进。在炮孔布置过程中，每次循环进尺1.2 m，掘进爆破掏槽孔及辅助孔采用矩形布置；掏槽孔的孔深为1.6 m，辅助孔的孔深为1.6 m；所有炮孔均采用正向起爆方法引爆炮孔内炸药。

（4）控制好超欠挖是节省成本、提高效率的重要因素。根据不同地质情况，应选择合理的钻爆参数，超挖量（平均线性超挖）应控制在10 cm（眼深3 m）和13 cm（眼深5 m）以内。

参考文献

[1]陈子全， 孙振宇， 周子寒， 等. 钻爆法隧道机械化施工二衬支护时机优化方法[J]. 中国公路学报， 2024（1）： 1-14.

[2]吴国民. 隧道掘进工程中的钻爆参数优化方法[J]. 交通科技与管理， 2023（17）： 84-86.

[3]卢冰涛. 穿越煤系地层钻爆法安全开挖研究[J]. 价值工程， 2023（8）： 97-99.

[4]陈建民. 山岭公路隧道标准化钻爆施工技术研究[J]. 中国标准化， 2022（16）： 205-208.

[5]王鑫. 软弱围岩公路隧道机械化钻爆施工技术[J]. 智能城市， 2021（17）： 149-150.