大断面隧道钻爆法快速施工技术

摘 要：随着我国社会及国民经济的高速发展，公路交通建设如火如荼之势尤其以长隧道工程的优越性卓为显著。就目前我国在这一方面的建设而言，大断面隧道施工的推进与发展应用钻爆法快速施工技术将成为未来建设的主要手段。本文主要针对大断面隧道钻爆法快速施工技术展开探讨。
关键词：公路工程；大断面隧道；钻爆法；快速施工技术

一、大断面隧道钻爆法施工设计及作业要求

1.1 大断面钻爆掘进法的设计要求

大断面公路隧道采用钻爆掘进法施工时，为能够有效避免超挖或控制对断面周边围岩的严重扰动，综合研究围岩地质层结构情况、掘进断面大小、开挖进度情况、爆破设备性能、钻眼钻具和出渣能力等复杂因素，在此综合基础上设计为钻爆掘进施工方案。
钻爆掘进施工方案的设计内容包括：炮眼：（掏钻眼、辅助钻眼、周边钻眼）的设计布置图、钻眼数目、深度及入眼角度、装药量和装药结构图、起爆方法和爆破程序等。钻爆法爆破设计图的内容涉及炮眼布置图、周边眼装药结构设计图、钻爆指标参数表和主要的技术经济指标以及设计施工有关的必需文字说明等等。
大断面爆破的参数选择：

(一)根据大断面围岩的特点合理选择周边钻眼的间距及周边眼的极限抵抗线；

(二)严格控制周边钻眼的装药量，使得装药量沿着钻眼全长均匀布置；

(三)周边钻眼可采用小直径的药卷或低爆速，并借助传爆线来实现间隔装药程序；

（四）采用毫秒微差的顺序操作起爆程序，保证周边爆破时具有最好的临空爆破面，且需确保与周边钻眼同段的起爆时间微差控制尽可能小；
（五）各个爆破断面的参数选用如周边钻眼的间距参数（E）、极限抵抗线参数（V）和相对间距参数（E/V）以及装药集中度参数（q）等，从而即可采用工程类比或依据爆破漏斗和成缝爆破试验，选择大断面的爆破启动参数。

1.2 大断面钻爆法的作业要求

钻爆开挖作业的基本要求：（一）按照爆破设计的要求掘进断面（掘进参数涉及断面形状与尺寸、断面表面的平整度和超欠挖等设计要求）；（二）爆破石渣的块度保证适中，以方便于出渣运输；（三）掘进钻眼的工作量和作业循环时间要控制到最小；

(四)尽量避免对周边围岩结构的扰动破坏。

1.3 大断面钻爆法的作业原则

(一)务必保护围岩原有特性，减少破坏和扰动；

(二)为了充分发挥围岩的承载作用，应容许围岩有控制的变形；

(三)合理决定支护结构的类型、支护结构参与工作的时间、底部封闭时间、一次掘进长度等；

(四)进行实地测量监控，及时提出可靠数量的量测信息，以指导施工和设计。

（五）建立设计 → 施工检验 → 地质预测 → 量测反馈 → 修正设计的一体化施工管理系统，以不断提高和完善施工技术；
（六）在选择支护手段时，应选择能大面积牢固与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段。

1.4 安全操作要求

（一）大断面掘进施工场地需针对实际情况做出具体的部署及安排，出渣、上料和材料的堆放库存宜应妥善安排，渣场亦须设置在不堵塞交通、对周边环境污染小的地段，现场的“三通”必须保障统一安排；
（二）明洞、洞口工程宜在进洞前预先做好各项稳定边坡和仰坡的处理措施，并设置截水沟等排水设施，从而确保地表渗水不对隧道施工造成安全隐患；
（三）施工队伍各个班组的作业时间应统筹安排，建立一种具有实际效用的交接班制度，并能够准确及时地将施工、安全等情况记录在案，值班人员应持以认真的态度对待检查交接班的问题；
（四）凡涉及到劳务安全的问题，应在现场安全员的监督下佩戴各种安全防护用品，遵守秩序，服从指挥；
（五）遇不良围岩结构地段的施工，需以“短开挖，弱爆破，强支护，早衬砌”为基本原则掘进施工。如果在设计中没有明显说明具有不良围岩结构层地段的情况，则必然以地质雷达超前预报结果为依据，并实施超前钻孔予以探明，并适当采取超前支护措施；
（六）掘进作业人员在达到掌子面后，第一步工作应该是对掌子面的安全状态和支护情况进行检查，将掌子面的松动石块予以彻底清除，即扒渣。人工掘进土质隧道，掘进作业人员须密切配合协作，保证具有一定的安全距离。机械作业则宜采用湿式凿岩机进行掘进施工。人工风机钻进，应事先检查钻具的运行状态是否良好，风管接头保证不漏风、钻杆顺直、钻孔不堵塞，湿式凿岩机则需注意供水管的连接是否正常，所有的不合理均应及时予以修理或更换；
（七）运输在采用外部运输机械时，需严格将与分开运送。器材必需由专业的爆破作业人员乘坐专用的运输车运送，其他非专业人员不得搭乘；
（八）隧道各部位的掘进施工完毕之后，除了围岩结构层完整且坚硬或设计中规定的部位不需要进行支护以外，都应根据实际的围岩情况并依据施工工艺特点采用一定的加强措施予以支护。另外，在施工期间，现场的值班负责人需对每个薄弱部位进行定期检查，如有发现损坏变形的部位，应及时采取具有针对性的整治方案予以整修及加固。

二、大断面隧道钻爆法快速施工技术

钻爆法其原理是通过对隧道掌子面进行钻眼、爆破好出渣而形成内部空间结构的一种掘进过程，也是我国

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目前山岭大断面隧道施工最为常见的一种方法，通常可根据掘进分部的情况分为全断面法、台阶法、环行开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁开挖法等。钻爆法掘进施工技术的要点在于可允许的条件下尽量采用大断面或全断面的分部掘进办法，并尽量先修筑仰拱，然会进行衬砌施工。这里需要注意的一个原则是，钻爆法施工宜于采用先墙后拱的施工流程。一般认为钻爆法掘进施工适用于大部分不同地质围岩情况，开挖断面的形状也不具有明确的限制，掘进过程由于是采用分部掘进与其他的一些辅助工法，因此可以有效控制地表的下沉及坍塌问题。与当下普遍应用的盾构法施工技术相比较而言，钻爆掘进的施工技术可以在较短的掘进地段内应用，经济效益突出；而传统的掘进施工相比，则突出的优势在于对断面的围岩匀质性无特别要求；与明挖法相比，则可以避免对地面交通的要求。纵观这些年来对钻爆掘进法的施工实践应用，此法经济性是被广泛应用与推广的主要原因。本文讨论大断面隧道钻爆法快速施工技术主要以以上几种分部掘进的不同方法作为论述要点。全断面开挖法：全断面开挖法是以一次性开挖成

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型、全面掘进的一种方法，通常采用附带有凿岩机械的台车进行钻进，填进毫秒爆破，喷射混凝土及钢支撑结构予以支护。另外，现场施工还需具有大型的装渣运输传送设备、“三通”。全断面开挖法又可以半断面开挖的形式进行钻爆作业，其方法原理是以弧形上半部与下半部间隔一段距离分上、阶施工的过程。全断面开挖法具有施工进度快的特点，因此在实际施工条件允许的条件下，应优先考虑选择这种开挖方法。
导洞开挖法：导洞开挖是先以钻进开挖掌子面的一部分作为导洞结构，然后通过逐次扩大断面而形成开挖整个断面的过程。这种方法一般适用于隧道断面比较大的情况，且由于围岩结构或施工条件所限，采用全断面开挖法明显困难时，主要以小型机械设备作为开挖工具的施工方法。但是，必须考虑到的是，为了能够适应出渣及“三通”安装的便利性和施工作业的安全性，导洞断面也不宜过大。值得强调的是，导洞开挖即可增加钻爆开挖过程中出现的自由面，方便于探明隧道中的围岩地质等情况，同时又可以为隧洞内部提供一个可方便通风与排水的环境。
分部开挖法：在围岩结构受力情况不明晰或稳定性明显较差的情况下，可采用分部开挖法进行钻爆施工。分部开挖法一般需要进行严格地支护结构作业，开挖大断面隧道中可先开挖断面的一部分，开挖完毕随即做好支护，然后逐次扩大断面开挖。采取分部开挖法，通常需要从断面的第一序钻孔进行装药、爆破、通风散烟及出渣等流程，然后进入到下一序钻孔，是为分部开挖的一个工作循环。为了能够加快进度和缩短工期，尽量衔接每一道工序的之间的搭接时间最为关键。
钻爆法快速施工技术主要的施工工艺流程分析如下：
（一） 钻进施工前需在断面上由测量班对其开挖轮廓线进行放样，施工掘进队根据放样线布置具体的钻眼位置；
（二） 钻眼的深度、间距及角度都需根据设计爆破的参数要求严格确定。掏槽眼之间的间距误差与眼底的间距误差控制在5cm以内；辅助钻眼的眼口排距、行距误差也应控制在5cm以内；周边的钻眼需沿着断面开挖轮廓线定位，其误差控制在5cm以内；周边钻眼的外斜率也需控制在5cm以内；钻眼的眼底超出断面开挖轮廓线的误差宜控制在15cm以内；内圈钻眼与周边钻眼之间的排距误差需控制在5cm以内；钻眼深度超过

2.6米以上的情况，内圈钻眼的斜率宜与周边钻眼的斜率一致。

（三） 掏槽钻眼应布置在开挖断面中部偏下的位置，从而保证使得断面底部在爆破过程中岩石破碎。周边的钻眼按照测量放样的开挖轮廓线严格布置，辅助钻眼宜交叉均匀布置于周边钻眼与掏槽眼之间。钻进需保证钻杆与断面垂直，以求爆破后块状石渣的大小适中，便于出渣运输。断面左右两个地面角隅亦应合理布置辅助钻眼，且适当增加的填量，避免爆破死角的产生，而顶部则需严格控制填药量，避免超欠挖。
（四） 钻进完毕，即可进入到装药阶段。装药之前，需通过风管插入钻眼吹洗钻眼内的泥浆、石屑，然后装入定量的，及时引线，所有的分线保证连接于一条母线，确认无误后即可将炮泥填入，封堵钻眼。周边钻眼的堵塞则要求长度不小于20公分，采取预裂爆破的形式则应将药卷顶端予以封堵，但不得封堵眼口。
（五） 钻爆开挖中应尽量避免严重的超欠挖情况，需严格控制。当断面围岩结构保持完整，且岩层抗压力强度大于30Mpa并不影响到衬砌结构的稳定性及强度时，可允许围岩岩土个别的突出部位出现少量欠挖，但不得影响到钢支撑结构的安装过程。

三、结束语

综上所述，大断面隧道钻爆法快速施工技术相比较于以往传统的掘进施工方法具有施工进度快和作业简便等优势。本文以探讨大断面隧道钻爆法的工艺特点、工艺要求就基本原则为核心，并通过对全断面开挖法、导洞开挖法、分部开挖法作举例分析和阐述钻爆法快速施工技术的工艺流程，旨在能够通过相互交流学习，从中得到可为类似工程提供宝贵经验，从而为其施工提供方便。
参考文献
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