釜山隧洞洞挖施工工艺浅析.docx
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釜山隧洞洞挖施工工艺浅析
釜山隧洞洞挖施工工艺浅析
摘要：
近年来，在隧洞施工中，采用光面爆破和预裂爆破的主要是控制爆破对遗留岩体的损伤，其重要标志就是控制隧洞的超欠挖。
目前由爆破造成的超欠挖，是一个严重而普遍的问题。
它对隧洞施工速度和成本有着不容忽视的影响。
关键词：
隧洞洞挖爆破预裂爆破光面爆破
一、工程概况
釜山隧洞为两条平行引水隧洞，两洞中心距为26.9m，Ⅱ标（出口段）隧洞出口桩号为396+784（底板开挖高程58.716m），与Ⅰ标相接桩号为395+569（底板开挖高程59.082m），设计纵坡i=1/7370，单洞全长1215m，洞身分为4个工程地质段，其中Ⅲ类围岩长875m、IV类围岩长340m。
通过钻孔揭露及地质测绘分析，洞室围岩为含燧石条带白云岩，属硬质岩均一结构。
洞身段构造较为发育，在洞轴线两侧各200m范围内发育规模较大的断层6条，小规模断层12条，其中与洞室稳定关系密切或较密切的较大规模断层5条，自上游至下游为F20、F5、F1和F21和F16断层，断层破碎带在出口洞身段比较密集。
二、施工工艺
2.1IV类围岩钻爆开挖（含断层破碎带）
2.1.1施工工艺
图2.1.1Ⅳ类围岩施工工艺流程图
2.2.2施工方法
IV类围岩采取上下台阶钻爆法开挖（循环进尺0.8~1.8m），上下台阶原则上以其拱线分界，台阶相距2~4m。
自制钻爆台车钻孔爆破、1.2m3挖掘机配合3m3侧卸式装载机装车、5t自卸汽车运输。
各工序施工方法于III类围岩不同之处简述如下：
（1）钻孔
IV类围岩C型全断面72m2、D型全断面82m2，D型断面分上下台阶钻爆开挖，钻孔深度1.0～2.0m。
上台阶开挖后视围岩情况进行不同的初期支护，上台阶超前2～4m后，每循环按照全断面施工方式与下台阶错台一前一后同步进行钻爆作业。
钻爆布置见FS-DW-01《IV类围岩开挖钻爆示意图》。
遇到断层破碎带时采用超前钻孔判断围岩情况，钻孔深度4～6m，孔径不小于50mm，获取的钻探资料及时通报监理工程师。
（2）装药爆破
每循环上下台阶同时爆破（亦可分开爆破）。
其中下台阶部分充分利用上台阶已形成的临空面进行“V形”爆破作业。
（3）出渣
1.2m3挖掘机配合3m3装载机装渣。
2.1.3爆破设计
开挖钻孔爆破设计炮孔布置及其爆破参数见FS-DW-01《IV类围岩开挖钻爆示意图》。
（1）掏槽爆破孔
主要是上台阶开挖的掏槽，同Ⅲ类围岩方法，下台阶利用上台阶爆破已经形成的临空面。
（2）崩落爆破孔
为充分利用炸药爆能，提高破碎效果，降低大块便于清除和装运，崩落孔采用宽孔距、小排距、环形布孔技术，确保前排孔爆破后，后排的每个孔均处于多面临空状态。
（3）周边控制爆破
为了获得较完整平顺的开挖轮廓，降低爆轰时对周壁围岩的损害，所有周边炮孔均采用光面爆破，其参数如下：
①光爆孔孔距
光爆孔孔距视开挖轮廊线曲率、岩石类别等确定，IV类围岩40~60cm。
②光爆孔抵抗线依孔距确定，炮孔密集系数为0.75～0.85，IV类围岩周边光爆孔抵抗线50～60cm。
③线装药密度
IV类围岩线装药密度50～120g/m，具体根据现场实际情况作适当调整。
④周边孔钻孔要求间距均匀符合规定值，外插角相等，炮孔相互平行，深度一致。
（4）爆破网络
采用非电毫秒延时雷管分段起爆，最大单响药量控制在35Kg内。
（5）最大单响药量确定
根据开挖爆破区距喷混凝土50~100m（衬砌混凝土100~200m的距离），混凝土按照初凝2~3天凝期，选取安全允许振速2cm/s；两洞轴线距离26.9m，对后开挖的（2#）水工隧洞选取安全允许振速7cm/s，按公式V=K×（Q1/3/R）α计算确定最大单响药量。
根据本施工区岩性情况：
K值取150，α取1.5时，综合考虑爆源方向等因素，最大单响药量按照35Kg控制。
（6）爆破试验：
各类围岩洞段施工前均进行爆破试验，根据爆破效果及时优化钻爆参数。
2.1.4循环作业时间安排
IV类围岩施工作业循环时间如表2.1.4。
表2.1.4IV类围岩洞挖施工循环作业时间表
序号
作业
名称
作业
时间
（h）
时间（小时）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
测量
放样
0.5
2
钻孔
4.0
3
装药
爆破
1.5
4
通风
排烟
1.0
5
危石
清理
1.0
6
出渣
清底
2.5
7
初期
支护
5.5
备注：
循环时间合计16小时；平均爆破循环进尺1.3m，月进尺按50m考虑。
注：
初期支护考虑顶拱锚喷、超前锚杆、及格栅钢架等施工占用循环时间。
2.2III类围岩钻爆开挖
III类围岩采取全断面钻爆法开挖（循环进尺3.0~35m），自制移动式钻爆台车钻孔爆破、3m3侧卸式装载机装车、5t自卸汽车运输。
（1）测量放样
①导线控制网测量及施工测量采用Topcon全站仪进行。
②测量作业由专业人员实施，每个循环钻孔前按照设计轮廓线测放周边孔，并检查上一循环超欠挖情况，检测结果及时向现场施工技术人员进行交底；断面测量滞后开挖面10～15m，按5m间距进行，每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。
③放样内容为：
隧洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔5m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线、并按钻爆图设计要求由施工员在掌子面放出钻孔孔位。
④直线段在两侧起拱点布置激光仪监控开挖方向。
（2）钻孔
Ⅲ类围岩洞段全断面面积约60m2，每循环钻孔进尺约3.5米，
安排16台气腿钻利用钻孔台车分上、中、下三层同时进行钻孔作业。
①采用气腿钻钻孔，孔径φ45mm、孔深3.8～3.9m，孔向垂直于工作面，周边孔向外倾斜5cm以便留出下一循环周边孔钻孔部位。
②由熟练的钻工严格按照掌子面标定的孔位进行钻孔作业，造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查确认无误后方可开孔。
③各掌子面分区分部位定人定位施钻，由熟练的操作手负责掏槽孔和周边孔。
钻孔过程中要保证各炮孔相互平行，掏槽孔和周边孔严格按照掌子面上所标孔位开孔施钻，辅助孔孔位偏差不得大于5cm，辅助孔和周边孔要求孔底落在同一平面上。
④钻孔时，采用先下后上的顺序，底部两排孔在造孔过程中均需要保护，每造好一个孔即采用编织袋等柔性物对孔口进行封堵，以备孔被上面掉块覆盖后易找孔。
⑤炮孔造完以后，由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，对不符合要求的钻孔重新造孔。
钻爆布孔见FS-DW-02《Ⅲ类围岩开挖钻爆示意图》。
（3）装药爆破
炸药选用φ32乳化炸药，雷管采用非电毫秒雷管，起爆顺序依次为掏槽孔、崩落孔、光爆孔。
由于两隧洞相距仅18m、并且锚喷支护和混凝土衬砌相随进行，因此分段单响药量根据爆破震动速度进行控制。
①洞内装药作业采用自制移动式钻孔台车配合。
②在钻孔工序开始时，按照爆破设计要求提前进行光爆药卷的加工，将炮孔堵塞物加工成型（把沙灌入塑料袋并绑扎好），准备好各种规格药卷以及各种段别雷管。
③炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联接，由经考核合格的炮工，严格按监理工程师批准的钻爆设计成果进行施作。
④装药严格遵守安全爆破操作规程，装药前用风水冲洗钻孔，掏槽孔由熟练的炮工负责装药，爆破孔采取柱状连续装药，周边孔采取空气间隔装药，将小药卷绑扎于竹片上，导爆索串接。
⑤装药严格按照爆破施工设计图（爆破参数在实施过程中不断调整优化）进行，掏槽孔、扩槽孔和其它爆破孔装药要密实，堵塞良好，洞内采用非电起爆网络，洞外采用电力起爆网络。
⑥药装完后，由炮工和值班技术员复核检查，确认无误后，撤离人员和设备并放好警戒，炮工负责引爆。
⑦炮响20分钟后炮工先进入洞内检查是否有瞎炮，若有则迅速排除，然后才能进入下一道工序。
⑧光面爆破要求
a.残留炮孔在开挖轮廓面上均匀分布；
b.完整岩石炮孔痕迹保存率在80%以上，较完整和完整性差的岩石炮孔痕迹保存率不少于50%，较破碎和破碎岩石炮孔痕迹保存率不少于20%；
c.相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙。
（4）通风排烟
爆破后启动通风设备通风，并对开挖面爆破碴堆洒水除尘，使洞内有害气体和粉尘含量在规范允许范围内。
（5）危石清理
①通风散烟后，采用人工持钢钎站在清顶平台上对顶拱和掌子面上的松动危石和岩块进行撬挖清除；
②施工过程中，经常检查已开挖洞段的围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。
（6）出碴清底
用3m3装载机装5t自卸车转运至碴场，1.2m3挖掘机配合清底和掌子面、顶拱部位松动围石的清除。
2.2.1爆破设计
开挖钻孔爆破设计炮孔布置及其爆破参数见FS-DW-02《Ⅲ类围岩开挖钻爆示意图》
（1）掏槽爆破
根据岩石类别，主要采用小直径中空直眼掏槽和五梅花小直径中空直眼掏槽形式，施工过程中可根据爆破效果采用其他掏槽型式。
掏槽爆破是炸药量较集中的部位，为降低震动波或爆轰波对周壁围岩的损害，尽量将掏槽位置远离周边轮廓。
掏槽爆破是爆破成功与否的关键，要求钻孔位置、方向、深度准确。
（2）崩落孔爆破
为充分利用炸药爆能，提高破碎效果，降低大块便于清楚和装运，崩落孔采用宽孔距、小排距、环形布孔技术，确保前排孔爆破后，后排的每个孔均处于多面临空状态。
（3）周边控制爆破
为了获得较完整平顺的开挖轮廓，降低爆轰时对周壁围岩的损害，所有周边炮孔均采用光面爆破，其参数如下：
①光爆孔孔距
光爆孔孔距视开挖轮廊线曲率、岩石类别等确定，Ⅲ类围岩50～70cm。
②光爆孔抵抗线依孔距确定，炮孔密集系数为0.75-0.85，Ⅲ类围岩周边光爆孔抵抗线65～75cm。
③线装药密度
III类围岩周边孔线装药密度，暂定为150～200g/m。
④周边孔钻孔要求间距均匀符合规定值，外插角相等，炮孔相互平行，深度一致。
（4）爆破网络
采用非电毫秒雷管分段延时起爆，最大单响药量控制在35Kg内。
为避免爆破网络被扎断，原则上采用孔内延时。
（5）降低爆破震动危害措施
主要考虑到两洞距离、锚喷和衬砌混凝土、开挖质量的影响，采取以下措施：
①周边孔按光面爆破设计和实施，保证开挖轮廓的完整，平顺，降低爆轰波对周壁围岩的损害。
②采用远离周壁围岩掏槽，有效降低掏槽震波对周壁围岩的危害。
③崩落孔采用宽孔距、小排距，环型布孔实施逐排微差起爆，降低爆破震动。
④隧洞底板采用光面爆破，保证了建基面的完整、平顺，降低爆破震动对建基面的损害。
⑤控制单响药量，确保两洞开挖安全和减少对锚喷、衬砌混凝土的影响。
⑥每次炮后及时总结经验，根据爆破效果调整爆破参数，使参数更趋完善。
（5）最大单响药量确定
参数选择同Ⅳ类围岩，综合考虑爆源方向等因素，最大单响药量按照35Kg控制。
（6）爆破试验：
各类围岩洞段施工前均进行爆破试验，根据爆破效果及时优化钻爆参数。
2.2.2循环作业时间安排
III类围岩施工作业循环时间如表2.2.2。
表2.2.2Ⅲ类围岩洞挖施工循环作业时间表
序号
作业名称
作业时间（h）
时间（小时）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
测量
放样
0.5
2
钻孔
4.5
3
装药
爆破
1.0
4
通风
排烟
0.75
5
危石清理
0.75
6
出渣清底
3.0
7
初期支护
1.5
备注：
循环时间合计12小时；掘进循环进尺3.5m，月进尺按200m考虑。
注：
初期支护只考虑顶拱锚喷占用循环时间。
三、存在问题
上述工艺在现场施工过程中发现以下一些问题，对开挖面及开挖质量造成不良影响。
具体如下：
（1）光爆面（IV类围岩）效果较差；
（2）超挖严重（地质原因）；
（3）飞石超出控制距离；
（4）底板平整度问题直接关系到出渣方便与否。
3.1原因分析
发现上述问题后，立即组织相关人员、部门进行讨论，主要归纳出三个方面问题：
（1）对围岩变化情况掌握不够准确；
（2）爆破方案变化不及时；
（3）作业人员未完全按照技术规范布孔。
首先炮孔布置是光爆施工中最基本也是最重要的因素之一，无论从理论计算和实际定点布置上都有着很高的要求，而且准确预知岩石的性质，状况有一定的难处，布孔的多少、间距的大小等因素都给炮孔布置的合理性造成困难。
随之展开要因分析，并细致研究后，确认以下6条主要原因：
a．药量控制不好；
b．装药结构选择不当；
c．药量调整不及时；
d．周边孔光爆参数选择不当；
e．药卷间距控制不好；
f．光爆专用药卷性能不好。
3.2措施
针对以上主要原因制定以下对策：
序号
要因项目
措施
目标
执行人
检查人
限期
1
人员操作
进行操作技能培训
熟练掌握操作要领
工班长
总工
循环施工前
2
技术交底不清
严格执行技术交底制。
管理人员跟班监控
人人明悟技术要领
工班长
质检科长
总工
循环施工前
3
药量控制不好
严格按设计方案装药，未经技术员、管理员同意，不得更改装药量
每孔的药量与设计药量相符
工班长
质检科长
洞长
施工中
4
装药结构选择不当
采用小药卷、间隔不耦合装药结构
杜绝盲炮。
提高光爆效果
质检科长
施工班长
施工中
5
装药调整不及时
根据围岩类别，及时调整药量。
提高围岩类别的预见能力
药量符合光爆效果要求
质检科长
总工
施工中
6
周边孔光爆参数选择不当
根据经验公式计算周边孔单孔装药量
选用合理的光爆参数
质检科长
总工
施工中
7
药卷间距控制不好
周边孔采用竹片绑扎装药
保证正确的药卷间距
工班长
洞长
施工中
8
光爆专用药卷性能不符合要求
采用性能合格的药卷
药卷性能满足要求
工班长
总工
循环施工前
3.3效果检查
通过上述措施在施工过程中严格实施，从安全、质量、进度各方面都取得了明显效果。
对项目施工和项目管理来说，也取得了明显成果，具体表现在以下几个方面：
1．通过研究、讨论活动，积累了隧洞开挖中光面爆破施工的经验，提高了项目管理水平，锻炼造就了年轻人，提高了施工队伍的思想、业务、施工水平，为今后发展打下了坚实的基础。
2．根据质检的前后对比，实施措施后的工序质量一次合格率达到100％，优良率达到88％，质量目标基本得以实现，为创优质工程打下了良好的基础，同时也创造了良好的社会效益。
3．总结出一套布孔、钻孔、清孔、装药、起爆的成功经验，为今后承担类似工程奠定了基础。
4．在质量大检查中光爆效果得到参建各方的一致好评。
四、结语
在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，其次是全断面法。
由于施工机械的开发和辅助工法的采用，施工方法上有向更多地采用全断面法，特别是全断面法与超短台阶法结合的发展趋势。
也就是说施工方法有向全地质型方法转变的趋势。
地质条件是选择施工方法的最基本的一个因素，还要强调的是：
施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。
因此，选择施工方法时，需要考虑的基本因素大体上可归结为：
1）施工条件：
实践证明，施工条件是决定施工方法的最基本因素，它包括施工队伍所具有的施工能力、素质以及管理水平。
目前我国隧洞施工队伍的素质和施工装备水平，有高有低，因此在选择施工方法时，不能不考虑这个因素的影响。
2）围岩条件：
也就是地质条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。
围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着决定性的作用。
3）隧洞断面积：
隧洞尺寸和形状，对施工方法选择也有一定的影响。
4）工期；工期决定了在均衡生产的条件下，对开挖、运输等综合生产能力的基本要求。
5）环境要求：
当隧洞施工对周围环境产生如爆破震动、地表下沉、噪声、烟尘、地下水条件的变化等不良影响时，环境条件也应该成为选择隧洞施工方法的重要因素之一。
二OO六年五月
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