隧道静态机械与弱爆破组合开挖技术

□□ 金 泉，卢 杰，陈 龙 (浙江正方交通建设有限公司，浙江 金华 321000)

1 工程概况

龙蒲高速第八合同段起于小营子村，与第七设计段终点顺接，起点桩号为K133+300，路线穿两江隧道，经磨石沟村南，于两江镇北侧设置两江互通，经东江村、西江村、跨古洞河至第八设计段终点、终点桩号为K150+000，路线长度为16.704 km。两江隧道左线长度为1 375 m，右线隧道长度为1 439 m，属长隧道。隧道轴线间距为18.56～36 m，隧道进出口段为小净距隧道，中间为分离式隧道，隧道进出口均采用削竹式洞门，隧道线路指标见表1。

表1 隧道路线平、纵面指标表

2 施工工艺及施工方法

该隧道采用静态机械(挖掘机配破碎锤)开挖为主，辅以弱爆破；出渣采用装载机装至 15 t 自卸车运输至弃渣场地，初期支护采用锚杆、钢支撑、钢筋网及喷射混凝土联合支护，二次衬砌采用液压衬砌台车、输送泵入模。现场加强超前地质预报、监控量测信息的收集和管理，以指导施工。

因隧道长度较短，从进口单向掘进，隧道从进口方向进洞，独头掘进，避免与隧道出口施工产生干扰。掘进时，Ⅲ类围岩采用全断面法，IV类围岩采用上下台阶法，V类围岩(JQV采用单侧壁导坑法QV环形开挖留核心土法)，在隧道开挖作业时，必须采取有效的控制爆破，以确保施工安全。采用YT24型气腿式凿岩机钻孔，采用楔形掏槽的爆破作业方式掘进，并控制循环进尺过长，避免产生的爆破有害效应超过安全规程规定，该工程设计Ⅲ类围岩循环进尺为3 m，IV类围岩循环进尺为1.5 m以内，V类围岩循环进尺为0.9～1 m以内。如遇地层较差时，爆破技术人员应及时根据现场情况修改爆破进尺及爆破参数。

2.1 隧道施工方法与措施

隧道开挖采用钻爆法，其工艺流程如图1所示。以新奥法理论指导施工，钻爆法施工工艺流程如图2所示，光面爆破，爆破器材采用2号岩石硝铵炸药，有水地段用乳化炸药，周边眼采用Φ25光爆小药卷。装岩运输采用ZL-50装载机配合25 t自卸式汽车运输，直接运至业主指定的弃碴场。

图1 隧道爆破施工工艺流程图

图2 隧道新奥法施工工艺流程框图

2.2 施工方法、原则及顺序

在龙蒲高速两江隧道施工中，认真研究新奥法的施工关键要领，结合龙蒲高速第八合同段中两江隧道附近的多河、地质比较差的条件，遵循软弱地质洞隧道开挖“短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌”的原则[1]。龙蒲高速两江隧道施工时，针对小营子村存在的地质环境，项目人员在工地现场增加施工测量的频率，确保龙蒲高速两江隧道施工安全。在龙蒲高速两江隧道施工中，如遇施工的围岩等自然条件与龙蒲高速两江隧道勘探、设计时环境不一致时，要立即与监理、设计单位沟通。在排除不利因素后，调整施工方案，以确保龙蒲高速两江隧道在开挖过程的人员、设备等安全。

2.3 隧道开挖炮孔布置

隧道开挖炮孔布置如图3和图4所示。

图3 间隔不耦合装药

图4 耦合连续反向起爆装药结构

2.4 爆破网络

在龙蒲高速两江隧道施工项目中，爆破网络中采用孔内延的方式，在龙蒲高速两江隧道口，爆破网络联接着重考虑爆破网络与避免被爆破损伤的部位严格隔开保护，以Qmax=R3(VKP/KK′)3/α公式进行安全距离计算[2]，控制炸弹的药量，保障龙蒲高速两江隧道的山体不因震动而导致失稳，式中R为最大一段齐爆药量的几何分布中心到邻近被保护物的距离；K和α为地质地形有关的系数，两江隧道施工项目中分别取200、1.8，K′为分散装药衰减系数，取1。

龙蒲高速两江隧道掘进爆破的飞石主要为掏槽爆破飞石，其方向性比较统一，主要是呈一定角度扇形飞出。在龙蒲高速两江隧道口，采用上下台阶开挖法向里作业。在两江隧道进出口段50 m范围中，针对飞溅的岩石，采用必要的措施进行保护，设置防护架避免岩石飞溅对施工人员造成伤害[3]。

3 洞口施工方案

3.1 进洞基本情况和步骤

进洞步骤具体如下：

(1)测量定位，项目人员用石灰粉等来设置开挖的路线、范围。将两江隧道石粉范围土质情况做一个判断；两江隧道洞面横断面与设计地形基本相同，开始边仰坡坡顶天沟、截水沟等作业，并做好排水、防渗措施。在天沟、截水沟设于边、仰坡顶以外≮5 m，沟底坡度根据地形设置，但≮3%，以免淤积[4]。

(2)进行两江隧道明洞边坡与洞口段开挖施工，再进行两江隧道喷锚防护。

(3)对两江隧道边仰坡开挖及支护，再进行浇筑套拱的基础混凝土，并及时进行施作套拱和管棚施工。

(4)进行两江隧道明洞段部分的衬砌施工，设置临时挡墙，进行土体回填并且达到明洞上部。

(5)在强度监测检查满足要求后，再进行暗洞进洞作业。

3.2 边坡开挖

两江隧道洞口开挖采用流水作业，施工人员配合大型施工机械的开挖，有效去除边仰坡上的杂石，平整坡面。洞口表层土方及植被等利用施工机械与手工配合清除，边仰坡支护体系及时跟上，监测人员及时监测数据并观察其变化，确保土体的结构稳定，保障边仰稳定以便于进洞工程的顺利进行。

3.3 坡面防护

锚喷支护前，要清理洞口上方的危险碎石，洞口边仰凹洼处采用浆砌片石充填，人工修补来达到坡面平滑。锚杆施工完成后初喷一层混凝土，再布设钢筋网，与坡面保持密贴，采用湿喷机分层、分片喷射混凝土[5]。

4 掘进开挖方法

隧道施工采用新奥法施工工艺，Ⅴ级加强围岩施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤测量、早封闭”的基本原则。两江隧道 JQ5 围岩采用人工和机械开挖，开挖循环进尺≯0.9 m，如需爆破，应采用微爆破，单侧壁导坑法施工。

挤压性断层段采取留核心土弧形导坑法开挖，采用光面控制爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，上台阶长度为3～5 m，下台阶长度为5～10 m，开挖循环进尺控制在0.75～1 m。挤压性软弱破碎围岩变形较大，应及时监测，并确定二衬施作时机。若发现隧道结构变形较大，应及时变更施工方案，可采用对于控制变形较好的CRD工法开挖，采取弱爆破、短进尺、多循环分开挖及可伸缩钢拱架。

在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注水泥水玻璃浆液，浆液在注浆压力的作用下快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力且以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小导管与固结体形成具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。

5 结语

两江隧道洞身施工可能会发生坍塌、洞口失稳、突水涌泥；风险等级为Ⅲ级，地质条件比较差。采用隧道静态机械与弱爆破组合开挖技术可以有效提高隧道的施工质量，有利于保障隧道结构整体的稳定性。隧道静态机械与弱爆破组合开挖技术在两江隧道上应用效果显著，提高了隧道结构建筑的质量和使用年限，取得了良好的经济与社会效益。