隧道隧底开挖控制爆破施工技术

价值工程

0引言随着我国经济的飞速发展，交通基础建设也越来越彰显出其重要的作用，而隧道工程往往会因为其规模之大成为全线工期的制约因素，隧道每道工序的施工时间的累加都将会影响到隧道的整体工期。目前，我国绝大多数隧道仍在采用矿山法施工，该施工方法在面对围岩较硬的段落，爆破技术措施应用不当就会产生超欠挖，不仅影响隧道施工的时间、成本，更有可能会影响到隧道施工的安全。[1-3]在隧道拱部围岩爆破施工中，已较为成熟地应用了光面爆破、水压爆破、预裂爆破等控制爆破技术，均可以取得较为理想的爆破效果。相较于隧道拱部围岩爆破施工控制，隧道仰拱、底板及中心水沟开挖始终处于粗放型施工状态，超欠挖情况始终没有得到有效解决。究其原因，一是隧底部位不如拱部，为了达到快速通行的目的，很快就会被混凝土浇筑覆盖，暴露在外的时间短，不容易造成视觉冲击效果，一直没有得到参建各方的重视；二是隧底单次开挖、浇筑混凝土方量相对较小，容易被忽略，未能让参建各方将超方累积效益与成本控制挂钩起来；三是参建各方未能充分认识到超挖对于结构受力的损害，特别地是无仰拱段落，两侧拱脚超挖对于二衬整体受力的破坏。本文依托大脊山隧道，进行了隧道仰拱、底板及中心水沟爆破技术的探索与提升[4]，总结得出了不同围岩的爆破施工参数，较好地解决了超欠挖问题，提高了隧道施工进度，为隧底施工技术提供了新思路。1工程概况大脊山隧道位于广东省云浮市，为单洞双线隧道，起讫里程为DK137+035耀DK146+641，全长9606m，隧道最大埋深约648m，隧道进出口均与路基工程相连。隧道区为中山地貌，地表起伏较大，相对高差约800m。隧道进出口500m范围内有便道相通，隧道洞身段仅有小路，交通不便。隧道范围内DK141+017.74253至DK142+998.09582位于R=9000m的右偏曲线上；DK145+206.55866至隧道出口位于R=9000m的右偏曲线上；其余段落均位于直线上。隧道进口至137+350段落纵坡为20译（上坡），DK137+350耀DK143+550段落纵坡为15译（上坡），DK143+550耀出口段落纵坡为3.4译（下坡），DK137+287.532耀DK137+412.474段、DK143+320.034耀DK143+779.991段需进行竖曲线修正。2施工工艺原理对隧道全断面实施纵向分次爆破、竖向分次爆破，并对仰拱、底板和中心水沟进行控制爆破，严控小尺寸（厚度）结构物爆破超欠挖。通过吊垂线的方法对炮眼的垂直度进行控制，在炮杆上间隔固定距离做胶带标记进行药卷间距控制，通过放样标高及结合现场围岩情况的精准计算，控制炮眼深度，保证爆破底面基本位于同一层面。通过专人专位的方法进行定向追踪，对爆破较差的部位进行专项分析总结，进一步改进提高隧道仰拱及底板控制爆破技术。要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要基金项目院中铁十二局集团有限公司科技研究开发计划项目（集团2022研-15号）。作者简介院康大伟（1990-），男，黑龙江桦南人，本科，工程师，研究方向为隧道及地下工程。隧道隧底开挖控制爆破施工技术ControlledBlastingConstructionTechnologyforTunnelBottomExcavation康大伟KANGDa-wei（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原030024）（The3rdEngineeringCo.，Ltd.ofChinaRailway12thBureauGroup，Taiyuan030024，China）摘要院隧道拱部围岩超欠挖控制技术已较为成熟，光面爆破等控制爆破技术已广泛应用于隧道建设，但是针对隧底围岩开挖施工，仍采用集中装药的方式进行爆破，超挖情况较为严重。基于以上原因，依托广湛铁路大脊山隧道，对仰拱、底板及中心水沟等小尺寸结构物爆破技术进行探索，通过多循环的爆破参数研究与改进，总结得到了大脊山隧道隧底控制爆破参数，较好地指导了隧道后续施工，仰拱、底板及中心水沟超欠挖得到了较好地控制，减少了隧道施工工序循环时间，保证了隧道提前贯通，综合效益显著。Abstract:Thecontroltechnologyforoverexcavationandunderexcavationoftunnelarchsurroundingrockhasbecomerelativelymature,andcontrolblastingtechniquessuchassmoothblastinghavebeenwidelyusedintunnelconstruction.However,fortheexcavationoftunnelbottomsurroundingrock,centralizedchargingisstillusedforblasting,andthesituationofoverexcavationisrelativelyserious.Basedontheabovereasons,relyingontheDajishanTunneloftheGuangzhouZhanjiangRailway,theblastingtechnologyforsmall-sizedstructuressuchastheinvertedarch,bottomplate,andcentralwaterditchwasexplored.Throughmulticycleblastingparameterresearchandimprovement,thecontrolledblastingparametersforthebottomoftheDajishanTunnelweresummarized,whicheffectivelyguidedthesubsequentconstructionofthetunnel.Theoverexcavationoftheinvertedarch,bottomplate,andcentralwaterditchwaswellcontrolled,reducingthecycletimeofthetunnelconstructionprocess,Ensuringtheearlycompletionofthetunnelandsignificantcomprehensivebenefits.关键词院隧底；超欠挖；控制爆破；分次爆破Keywords:tunnelbottom；overexcavationandunderexcavation；controlledblasting；splitblasting中图分类号院U458文献标识码院A文章编号院1006-4311（2024）06-074-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2024.06.023··ValueEngineering

3施工关键技术[5-6]3.1施工准备在施工仰拱及底板前，先施工隧道拱部开挖，即仰拱或底板落后于掌子面施工，掌子面与仰拱或底板实施分次开挖施工。3.2测量放样根据设计图纸，将隧道断面图设计数据参数输入全站仪，测量员按照技术员交底对仰拱或底板的控制点进行放样，包括断面里程和断面标高，以及仰拱或底板的边界控制点，并喷红喷漆进行标记，作为钻孔施工控制依据。3.3确定炮眼钻孔参数根据现场围岩的实际情况和每循环爆破效果，确定合理的炮眼间距，特别地，在节理裂隙发育的位置，也要对炮眼位置进行合理调整，以保证爆破效果。以大脊山隧道II级围岩为例，1耀7号、9耀15号底板眼开挖标高为内轨顶面下91.5cm，8号底板眼开挖标高为内轨顶面下120cm，8号底板眼加深是为中心水沟开挖提供空间。中心水沟底标高为内轨顶面下166.5cm，水沟爆破深度75cm，8号底板眼加深后，剩余爆破深度仅为46.5cm，否则一次性钻孔过深，则易造成超欠挖严重。根据围岩硬度、底板爆破超欠情况和平顺度，综合确定2耀14号底板眼间距100cm，为减少超挖，两侧的1号和15号底板眼可向隧道净空内侧优化50cm距离，即阴影部分（内轨顶面下25cm为阴影部分顶端）可优化开挖。底板炮眼布置示意图见图1。中心水沟必须单独爆破开挖，落后底板一个台车长度距离，严禁与底板一次性爆破开挖。中心水沟宽1m，深1.15m，按同一里程断面设置2个炮眼，根据爆破超欠挖情况，横向间距确定为50耀60cm，纵向间距为50耀80cm。中心水沟开挖点角度最大程度与地面垂直，夹角约80毅耀90毅，保证施工时不卡钻，保证功效。中心水沟钻孔施工班组应为专人实施，不得频繁更换作业人员。以大脊山隧道III级围岩为例，掌子面爆破后仰拱宽度为12.52m，根据经验炮眼间距采用1伊1m梅花型布置，由于仰拱断面为弧形，故炮眼垂直打设长度从23cm到148cm不等，并根据放样标高进行重新计算，保证炮眼贴合仰拱弧度。底板炮眼布置示意图见图2。3.4钻孔施工根据测量放样的数据确定仰拱或底板和中心水沟的爆破深度。使用红喷漆，根据测量放样的数据在隧道仰拱或底板和中心水沟进行炮眼钻孔起钻位置的标记。根据围岩的表面平整情况调整各炮眼钻孔深度，以保证炮眼底部处于同一层面上。起钻时向内侧收一个钻头位大小位置开钻，减小外插角，边角处外插角造成的错台要小于10cm。炮眼底部距离设计底部预留一定厚度的保护层，防止拱部爆破时形成爆破松动区风动凿岩机钻孔作业采用吊垂线的方法进行控制，在钻孔过程中不断调整钻孔角度，以达到最佳爆破效果。直线段上，先钻标准炮眼孔，插入炮杆作为参照，使后续炮眼组钻杆方向同炮杆平行，以此可快捷精确控制钻孔角度。以大脊山隧道II级围岩为例，底板厚度为40cm，中心水沟深度为115cm，起钻位置大约在内轨顶面以下51.5cm，起钻位置到底板底标高约40公分（底板爆破厚度），中心水沟分两次爆破，第一次随底板一起爆破，爆破深度约为68.5cm，第二次完成最终爆破，爆破厚度为46.5cm。炮眼钻孔施工见图3。

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3炮眼钻孔施工图1底

板炮眼布置

示意图底板开挖线小边墙顶面模板121314151110987654321阴影部分模板小边墙顶面100

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2仰拱炮眼布置示意图拱部开挖底标高内轨标高

炮眼

炮眼··价值工程3.5装药施工装药前用高压风清孔，吹净孔内积水及碴粒。炮眼的装药量要根据炮眼的间距、位置、深度来确定，同时也可以依据上循环爆破情况以及本循环围岩情况对装药量进行调整，以达到最佳爆破效果。炮眼使用间隔装药形式，相邻炮眼内梅花形布设药卷。装药前应逐一仔细核对雷管的段位，按照设计的爆破图进行对应装药。隧底装药无需高空作业，难度小。装药时，应按照设计的装药结构进行实施，特别是间隔装药必须严格实施，切勿因实施相对繁琐而简化为直接将药卷装入眼底，势必会加深爆松区，造成超挖。炮眼的封堵应采用炮泥予以实施，通过炮泥机现场加工炮泥，加工完成后，包裹塑料薄膜防止泡泥失水硬化。炮泥封堵应严密，以发挥炸药的最大作用。装药结构示意图见图4。

炸药均为乳化炸药，分段式安装，采用电子雷管进行引爆。炸药采用炮杆进行装药，炮杆上按照一定间隔用红色胶带做标记，便于间隔装药控制药卷间距，该标记可显著提高装药施工效率。带标记的炮杆见图5。