隧道隧底开挖控制爆破施工技术

康大伟 KANG Da-wei

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

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～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‰（上坡），DK137+350～DK143+550 段落纵坡为15‰（上坡），DK143+550～出口段落纵坡为3.4‰（下坡），DK137+287.532 ～DK137+412.474 段、DK143+320.034～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。

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，1～7 号、9～15 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2～14 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。

图1 底板炮眼布置示意图

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50～60cm，纵向间距为50～80cm。中心水沟开挖点角度最大程度与地面垂直，夹角约80°～90°，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1×1m 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。

图2 仰拱炮眼布置示意图

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。

图3 炮眼钻孔施工

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。

图4 装药结构示意图

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。

图5 带标记的炮杆

装药量根据每循环的爆破效果和围岩等级进行变化，做到“岩变我变”，用适量的炸药发挥最大的效益。以大脊山隧道IV 级围岩为例，仰拱由于围岩较差，装药间距调整为50cm，装药量为半根150g 乳化炸药，左右两侧两组炮眼，装药间距为35cm，装药量为100g。满装炮泥，保证爆轰波直接传递到岩石。

3.6 爆破

对装药检查无误，开始进行爆破网路连接。面积较大或纵向长度较长，可分区、分段进行网路连接，然后再将各部分网路连接起来。

爆破网路检查连接无误后，再次确认爆破影响范围内的人员、机械设备已经撤离，发出起爆警示信号后，进行起爆作业。

3.7 出渣

爆破结束后，启动设备进行通风排烟。底板爆破时采用大挖斗进行开挖出渣，在中心水沟处必须采用80cm 宽挖斗沿着爆破松动岩石或者隧道轴线方向进行开挖。

3.8 人工清底

挖机将大部分洞渣清理后，人工将中心水沟和底板，以及阴影部分三角区（内轨下25cm 处）进行清除，保证底板和中心水沟清洁，无细小渣石和已经松动围岩。

3.9 效果检查

在爆破和人工清底后，值班技术和质检员分两次进入掌子面，对钻爆效果进行检查。对单次开挖长度、爆渣抛掷距离、渣块大小等进行记录，作为不断优化钻爆设计的依据。[7]

4 施工注意事项

①技术交底和测量放样要准确无误，避免造成返工。

②炮眼间距和炮眼位置要符合现场围岩情况。

③对于八字形炮眼，外插角过大或过小都将会产生超挖或欠挖，要对该部位进行重点盯控，并进行问题总结分析。

④钻孔起钻时，开挖班组长要负责检查起钻的外插角，特别是对于新手操作人员。

⑤挖机出渣时，保证照明，不得对爆破后的底板轮廓产生破坏，以免造成超挖。

⑥根据围岩情况和施工经验以及上循环的爆破效果，及时优化调整装药量。

⑦要引导作业工人熟练使用带标记的炮杆进行分段装药，并控制装药间距。

⑧炮眼要用炮泥进行封堵，节理裂隙发育的部位，也要用炮泥进行封堵，以保证爆破效果。

5 结束语

广湛铁路大脊山隧道自2020年12月20 日正式开始下穿施工以来，采用该技术重点实施仰拱和底板围岩开挖控制爆破施工，在仰拱和底板爆破施工期间，爆破效果明显，底板爆破厚度由原来的40cm，减少为15cm（设计10cm），极大程度缩短了隧道施工时间，出渣量也随之减少，缩短了出碴时间和喷锚时间，同时减少了混凝土消耗量，降低了施工成本，综合效益显著，大脊山隧道斜井和隧道小里程于2022年11月05 日顺利贯通，比计划工期提前65 天。