淺談小半徑復(fù)合式連拱隧道(Ⅳ\Ⅴ級(jí)圍巖)開挖技術(shù)

關(guān)鍵詞：小半徑、連拱、孔深度、孔精度、掏槽眼、輔助眼、周邊眼、光面爆破 

對(duì)重慶市馬家?guī)r立交隧道工程ⅳ、ⅴ級(jí)圍巖爆破開挖技術(shù)的工程概述： 

（1）平面線形 

隧道平面線形主要由路線方案控制，充分研究了隧道所處區(qū)域的地形及地質(zhì)情況、隧道施工方案、兩端接線條件等因素。 

a匝道隧道進(jìn)口(ak0+128.191)在直線段上，a匝道隧道出口(ak0+278.433)在半徑r=23.5m的圓曲線上，a匝道隧道全長(zhǎng)150.242m，整個(gè)隧道的平曲線從設(shè)計(jì)起點(diǎn)開始依次為r=∞、l=25m、r=37.5m、r=∞、r=23.5m。 

b匝道隧道出口(bk0+141.55)在直線段上，隧道進(jìn)口(bk0+255.561)在半徑r=25m的圓曲線上；b匝道隧道全長(zhǎng)114.011m，整個(gè)隧道的平曲線從設(shè)計(jì)起點(diǎn)開始依次為r=∞、r=25m。 

（2）隧道縱面線型 

隧道縱面線型綜合考慮了地形、地質(zhì)條件、通風(fēng)、排水、施工及隧道兩端的接線條件，隧道洞身為：隧道為單向坡，a匝道隧道縱坡為2.4%，b匝道隧道縱坡依次為3.6%、5.78%。路面橫坡為單向坡，正常段為1.5%，曲線超高段為-2.0%。路面橫坡的具體設(shè)計(jì)詳本工程第一冊(cè)道路、下穿道結(jié)構(gòu)部分的圖紙。 

復(fù)合式連拱隧道采用三導(dǎo)洞開挖技術(shù)，最先開挖中導(dǎo)洞、再兩側(cè)壁導(dǎo)洞施工方式，斷面型式為曲墻帶仰拱，爆破施工前，必須超前小導(dǎo)管完成，并注漿完成。施工爆破采用弱爆破，短進(jìn)尺。 

隧道掘進(jìn)作業(yè)程序：測(cè)量放線、鑿孔、爆破、排煙、找頂（敲幫問(wèn)頂）、初噴、出渣。加上后面的步驟（拱架安裝、錨桿掛網(wǎng)、噴射混凝土）形成初期支護(hù)流程了。 

ⅴ段設(shè)加強(qiáng)襯砌（與ⅳ比較提高一個(gè)檔次），并加強(qiáng)設(shè)置型鋼拱架作加勁支護(hù)；比較圍巖較差地段（ⅴ級(jí)圍巖）的襯砌向圍巖較好地段（ⅳ級(jí)圍巖）延伸5-10米。 

半徑小的只有r=23.5m，25m，37.5m，所以開挖進(jìn)尺比較短：每循環(huán)進(jìn)尺考慮1.2m。 

爆破工程施工技術(shù) 

據(jù)新奧法施工要求，隧道開挖必須盡可能減輕對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，故在鉆爆作業(yè)中采用微振控制爆破技術(shù)，實(shí)施光面爆破，并根據(jù)圍巖情況及爆破效果，及時(shí)修正爆破參數(shù)，以期達(dá)到最佳爆破效果，并形成整齊準(zhǔn)確的開挖面，減少超欠挖現(xiàn)象。 

1.鉆爆參數(shù)選擇 

在隧道工程掘進(jìn)施工過(guò)程中，擬采用線型微震爆破新技術(shù)進(jìn)行爆破施工，這種爆破能使炸藥產(chǎn)生的能量盡可能多的轉(zhuǎn)換為破碎巖石，減少傳給開挖范圍以外巖石的能量，從而使爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)范圍減小，這樣就可有效地保護(hù)圍巖。這種爆破新技術(shù)的特點(diǎn)是：炮眼布置周邊眼外都是線形布置，炮眼布置簡(jiǎn)單，炮眼參數(shù)準(zhǔn)確，可提高炸藥能量利用率，同樣情況下炸藥量少，對(duì)圍巖的擾動(dòng)��；炮眼都是線型布置，便于鉆孔，可提高鉆孔效率；易于采用光面爆破，控制開挖輪廓；可以控制爆破塊度，提高裝運(yùn)效率。 

爆破設(shè)計(jì)遵守以下原則：炮孔布置要適合機(jī)械化鉆孔；盡量提高炸藥能量利用率，以減少炸藥用量；減少對(duì)圍巖的破壞，采用光面爆破，控制好開挖輪廓；控制好起爆順序，提高鉆爆效果；在保證安全前提下，控制好最大臨界振動(dòng)速度v≤2cm/s盡可能提高掘進(jìn)速度，縮短工期。 

⑴爆破器材選用 

①采用塑料導(dǎo)爆管、毫秒雷管起爆系統(tǒng)，毫秒雷管采用15段位等差毫秒雷管，或者采用火雷管起爆。 

②炸藥采用2#巖石銨銻炸藥和乳化炸藥(有水地段使用該種炸藥),選用ф25、ф32、ф40三種規(guī)格，其中 ф25為周邊眼使用的光爆藥卷, ф40為掏槽眼使用藥卷。 

⒉鉆爆作業(yè) 

鉆爆作業(yè)必須按照爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆眼、裝藥、接線和引爆。如開挖條件出現(xiàn)變化需要變更設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)由主管技術(shù)人員或領(lǐng)工員確定。 

⑴ 畫斷面 

鉆眼前，采用激光定位法精確控制開挖輪廓，由測(cè)量班負(fù)責(zé)畫出開挖斷面中線，水平線和斷面輪廓線，并根據(jù)爆破設(shè)計(jì)標(biāo)出炮眼位置，經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)要求后才可鉆眼。 

圓曲線部分鉆眼方法必須要求分內(nèi)弧、外弧，偏角及孔深度等參數(shù)來(lái)控制方向，每個(gè)工人的站的位置方向（有兩點(diǎn)來(lái)控制）要求得到最明確的參數(shù)來(lái)控制。 

緩和曲線部分必須要求切線方向（兩個(gè)點(diǎn)以上來(lái)控制）及孔的深度。高程按照中線上每上下50cm的坐標(biāo)及高程來(lái)控制隧道輪廓線。 

⑵ 鉆孔 

采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔。鉆孔在所標(biāo)出的位置進(jìn)行，經(jīng)檢查合格后方可鉆孔。 

鉆眼應(yīng)符合下列要求： 

① 按照炮眼布置圖正確鉆孔； 

② 掏槽炮眼布置在開挖斷面的中央稍靠下部，以使底部巖石破碎，減少飛石。掏槽方式采用斜眼掏槽和直眼掏槽兩種方式。 

斜眼掏槽形式很多，如垂直楔形掏槽，ⅳ、ⅴ級(jí)圍巖一般炮眼數(shù)量為4個(gè)，b值為30cm，a值取70cm~80cm的眼距；錐形斜眼掏槽間距a=b=70cm；眼口間距誤差和眼底間距誤差不大于5cm； 

直眼掏槽：五眼掏槽法和螺旋形掏槽法五眼掏槽法的中心眼不裝藥，四周的裝藥眼呈對(duì)稱布置并同時(shí)起爆a、b間距取20~40cm之間。由于是直眼，適用直線段較多。螺旋形掏槽法中心眼不裝藥，四周各裝藥眼距中心眼逐漸加大，逆時(shí)針?lè)较蛞理樞蚱鸨�；前兩段a=(1.0~1.5)d;b=(1.2~1.5)d; c=(3.0~4.0)d; 

d=(4.0~5.0)d�？招难壑睆揭话闳�100~200mm�？咨疃热�2.5m-2.7m 

③ 周邊炮眼應(yīng)沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線布置上下臺(tái)階法的上輪廓線和下臺(tái)階線，由于曲線段的內(nèi)弧及外弧的關(guān)系是凹與凸的關(guān)系，凹部分采取方式：要求欠一點(diǎn)，布孔在弦上；凸部分采取方式：要求欠一點(diǎn)，布在切線上；且孔深度在1.5m~1.8m的范圍，嚴(yán)禁超挖。 

④輔助炮眼應(yīng)交錯(cuò)均勻地布置在周邊眼與掏槽眼之間，并垂直與開挖面打眼，力求爆下的石渣塊體大小符合裝渣的要求，孔的深度控制在2.0m-2.2m。角度按設(shè)計(jì)施工，眼口排距，行距誤差均不得大于10cm； 

⑤宜用直眼掏槽和斜眼掏槽方式。 

鉆孔操作注意事項(xiàng)有以下幾點(diǎn)： 

① 認(rèn)真清理掌子面的虛渣和松動(dòng)石； 

② 直眼掏槽時(shí)，炮孔要做到“準(zhǔn)、平、齊”，鉆孔時(shí)，炮孔、鉆桿、鉆臂（或鉆架）要成一條直線； 

③ 采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔時(shí)，風(fēng)槍手應(yīng)做到二定三保，即定人定位，保質(zhì)保量保安全。 

炮眼數(shù)量計(jì)算 

炮眼數(shù)量根據(jù)巖石強(qiáng)度、地質(zhì)構(gòu)造、自由面數(shù)、坑道斷面尺寸、炸藥性質(zhì)、炮眼布量、炮眼直徑、炮眼長(zhǎng)度等因素確定。經(jīng)驗(yàn)公式如下，試爆后進(jìn)行調(diào)整： 

全斷面開挖時(shí)炮眼數(shù)量：k取2~2.5；ⅳ級(jí)取f=5~6；ⅴ級(jí)f=3~4；s為坑道面積； 

臺(tái)階法開挖時(shí)炮眼數(shù)量：其中q為單位炸藥消耗量，s為坑道面積，α為炮眼裝填系數(shù)（ⅳ取掏槽眼0.55、輔助眼和周邊眼取0.45；ⅴ級(jí)圍巖取掏槽眼0.6、輔助眼取0.5和周邊眼取0.55），γ為炸藥每米長(zhǎng)度的重量（一般φ32為0.78kg/m）。 

⑶ 裝藥和堵塞 

分片分組，嚴(yán)格按爆破參數(shù)表及炮孔布置圖規(guī)定的單孔裝藥量、雷管段別“對(duì)號(hào)入座”，連線要仔細(xì)，應(yīng)將炮眼內(nèi)泥漿、石粉吹洗干凈。 

炮孔是否堵塞對(duì)爆破效果影響很大，為提高炸藥爆炸能量利用率，所有裝藥的炮眼均應(yīng)堵塞炮泥，周邊眼孔口處堵塞長(zhǎng)度不小于20cm；掏槽眼除裝藥部分外全部堵滿，其余炮眼堵塞長(zhǎng)度不小于抵抗線的80%。 

 

3.光面爆破施工工藝流程（見下頁(yè)圖） 

 

4.超欠挖控制 

采用鉆爆法開挖，關(guān)鍵是控制好超欠挖，鉆爆施工中將采取如下技術(shù)措施： 

⑴不同地質(zhì)選擇合理的鉆爆參數(shù)，選配多種爆破器材，完善爆破工藝，提高爆破效果。 

⑵對(duì)于畫線、鉆眼精度，尤其是周邊眼的深度、精度，是直接影響超欠挖的主要因素，因此要認(rèn)真測(cè)畫中線高程，準(zhǔn)確畫出開挖輪廓線。 

⑶提高裝藥質(zhì)量,杜絕隨意性, 防止雷管混裝。 

⑷斷面輪廓檢查及信息反饋：了解開挖后斷面各點(diǎn)的超欠挖情況，分析超欠挖原因，及時(shí)更改爆破設(shè)計(jì)，減少誤差，專職測(cè)量工檢查開挖斷面。 

⑸建立嚴(yán)格的施工流程：在解決好超欠挖技術(shù)問(wèn)題的同時(shí)，必須有一套嚴(yán)格的施工技術(shù)措施來(lái)保證技術(shù)的實(shí)施。 

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以pdf形式查看。