隧洞工程钻爆法施工工艺浅析.docx
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隧洞工程钻爆法施工工艺浅析
隧洞工程钻爆法施工工艺浅析
隧洞工程钻爆法施工工艺浅析
【摘要】：
主要阐述钻爆法施工工艺，技术特点、施工程序。
【关键词】：
输水隧洞钻爆法施工工艺浅析
中图分类号：
U455文献标识码：
A
钻爆法施工条件
工程概况
辽宁省大伙房水库输水隧洞工程位于辽宁省东部山区、本溪市的桓仁县和抚顺市的新宾县两个行政区域内。
该工程为从浑江流域调水至浑河、太子河流域的大型引水工程，用以解决辽宁省中部六大城市的生活和工业用水问题。
输水隧洞全长85.32km、开挖直径8.0m、设计引水流量70m3／s、年平均调水量为17.88×108m3。
其中桩号0＋000.00m～23＋513.70m和58＋676.86m～60＋676.86m采用常规钻爆法施工，其它洞段采用硬岩掘进机（TBM）施工，工程总工期5.5年。
工程地质、水文地质条件
本段地表地形山峦起伏，植被茂密，地面高程为370～620m，属低山地貌类型。
主洞钻爆段洞室在山峦谷壑交迭的山脉底部通过，其轴向为316°，埋深150～300m。
依据地下水赋存条件与分布规律、地下水补给、径流、排泄条件和地下水类型及岩体的富水性等水文地质条件推测对于一般裂隙岩体，在施工开挖过程中洞室多为渗水至滴水状态，隧洞地下水常年流量＜1m3／min·km。
但在个别构造发育部位外水压力较大，有集中涌水问题，推测涌水量一般不超过100L／min。
该地段穿越了中生代燕山晚期侵入体（ξπ53⑴），主要岩性为正长斑岩，呈不规则状侵入于太古代混合岩体中，多呈微风化至新鲜状态，天然重度为24.8～26.3kN／m3，其单轴干抗压强度为51～99MPa、饱和抗压强度为47～73MPa。
根据施工地质设计图,主洞钻爆段只有Ⅱ、Ⅲb类围岩。
主洞钻爆开挖
钻爆开挖工艺原则
洞室开挖将采用以自制凿岩台车和YT-28钻机成孔为主、多臂凿岩台车成孔配合的联合施工作业方式。
针对断层、岩脉、围岩等不良地质洞段，严格按“新奥法”原则施工，钻爆开挖按照“短进尺、弱爆破、强支护、勤观测”的原则、解决好不良地质洞段开挖难度大的问题，施工中制定针对性的施工技术方案。
方案的制定要充分考虑以往的施工经验和其它相似的工程，尽可能全面的考虑到各种可能出现的情况。
同时，开挖中加强地质超前预报工作，在摸清前方工程地质、水文地质的情况下，根据相应的实际情况对施工技术措施作调整后施工，不冒然轻进，防止造成无法预料的局面。
钻爆开挖工艺
钻爆开挖程序
（1）在洞室施工中，采取“新奥法”施工工艺。
（2）在地质条件许可的情况下，尽量滞后支护，以加快工程开挖进度。
不良地质洞段开挖施工严格按照“超前支护预加固、短进尺、小药量、弱爆破、强支护、紧封闭、勤观测”的原则施工。
（3）为便于出渣机械设备快速、安全地抵达工作面，及时将弃渣运输至洞外，以缩短循环时间，加快施工进度，主洞每隔200m设一侧洞，用于洞内相向车辆的避车，车辆的倒车。
结构及断面尺寸见图2－1。
图2－1侧洞布置形式示意图
（4）由于主洞埋置较深，施工支洞洞线较长，通风散烟难度很大，因此，采用强力轴流通风机通风散烟，以增强通风效果，改散洞内施工条件，保证工程施工的顺利进行。
（5）充分考虑不良地质洞段开挖对工程进度的影响，加强技术支持，确保不良地质洞段施工顺利。
（6）采取爆破工程师跟班作业制度，加强现场施工指导，优化爆破参数，加快施工进度。
（7）加强信息化管理，及时调整施工方案和开挖参数。
钻爆开挖工艺
2.2.2.1爆破试验
依据不同围岩类别的工程地质条件和岩石的物理力学性能，在进行爆破施工前，首先在不同类别围岩第一段按照设计的炮孔布置和装药量进行爆破实验，借以调整和修正已设计的爆破参数，使爆破效果达到比较好的结果。
（1）试验目的
①确保边坡开挖的安全稳定，控制爆破振动及飞石影响；
②确定适合地质条件和岩性特征的爆破参数；
③观测爆破对爆破区底部及周边保留岩体的破坏情况，确定岩体保护层厚度或其他有关数据；
④观测爆破对建筑物的破坏影响，判断其安全性，为爆破施工提供依据。
⑵试验内容
爆破材料性能的检测和材料的选择、爆破参数试验、爆破效果检测、对周围已建建筑物及锚喷区的影响等。
2.2.2.2工艺措施
综合考虑本项目洞挖工程的围岩特性、洞挖断面特性、施工进度以及现场施工条件等诸因素，本洞挖工程主要采用自制手风钻台车造孔，多臂液压钻机造孔配合，全断面爆破成型的施工法进行洞身开挖。
⑴测量放线
先对整个洞室施工区进行控制测量，建立导线控制网，使各洞口位置间形成闭合导线网，测量控制点埋设要牢固，并作好保护。
控制测量采用全站仪进行，施工测量采用激光指向仪，每排炮的开挖掌子面均要准确放出中心十字线和周边线。
每个月至少进行一次洞轴线及坡度的测量复查，校准指向仪，以及时纠正测量中的偏差，确保测量的精确度。
所有测量工作均由经验丰富的测量专业人员负责进行。
测量仪器必须经过国家认可的检验机关鉴定后方可使用。
⑵钻孔作业
为确保工程质量，减少超挖、避免欠挖，拟在本工程隧道洞室开挖爆破中采用光面爆破。
根据审批后的施工方案中所设计的炮孔布置图，用手风钻或多臂液压钻机进行造孔。
由于炮孔的分布、角度等均直接影响到爆破效果，所以，要保证爆破质量，首先要保证造孔质量。
因此需要专业的操作手严格按照审批后的设计钻爆图进行钻孔作业，采用手风钻造孔时，各钻手要分区、分部位、定人定位施钻。
各炮孔的孔径、孔深、打设角度都必须与设计图一致，孔位偏差不得超过施工规范要求。
每排炮由值班爆破工程师按“平、直、齐“的要求进行检查（见图2－2）。
图2－2开挖钻孔施工示意图
⑶装药爆破
炮孔经检验合格后，方可根据审批的施工方案及钻爆设计要求进行装药连线，由取得爆破资质的炮工负责进行炮孔的装药、堵塞、引爆线路的连接。
利用装载机做吊篮，人工从上至下装药，电雷管引爆非电雷管起爆。
装药连线完成后，由爆破工程师和专业爆破员分区分片检查验收，起爆前必须确认工作面人员、设备、材料已撤退至安全位置。
爆破顺序为掏槽眼先响，辅助眼次之，抵抗眼再次之，周边眼最后响，周边眼的爆破顺序为顶眼及邦眼等光爆眼先响，底眼再响，起翻渣的作用。
⑷通风散烟、洒水
爆破后利用强力轴流通风机送风至工作面排烟，必要时在开挖面爆破渣堆进行人工洒水降尘。
改善工作环境加快施工进度（见图2－3）。
图2－3爆破、散烟除尘施工示意图
⑸安全处理
通风、除尘之后，便进行爆破后四周围岩的安全处理，以确保进洞人员和设备的安全。
对于掌子面、边墙及拱顶上的浮石，由经验丰富的人员先进入工作面，用长钢钎撬掉。
对于掌子面的哑炮，用高压水冲刷掉或在哑炮周围殉爆距离之内重新钻孔，炮工装药引爆。
⑹出渣
由于隧洞断面较小，支洞坡度较缓，采用50装载机配8t自卸车直接运输至弃渣场（见图2－4）。
图2－4出渣装载与运输示意图
2.2.2.3钻爆施工工艺
⑴爆破设计
采用断面中部掏槽，形成临空面，中间进行崩落爆破，周边布设光面爆破孔。
炮孔布置见图2－5。
图2－5炮孔布置示意图
①掏槽形式
根据地质特性，主洞钻爆段开挖断面以Ⅱ、Ⅲb类围岩为主，拟采用单空孔菱形直孔掏槽的形式。
②炮孔布置
a.周边孔的孔距以（10～15）d（d为孔径，拟用约50mm）控制，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.3之间。
b.掏槽孔布置于断面中部。
c.崩落孔按近似等间距布置，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.2。
各类围岩炮孔布置密度见表2－2。
表2－2炮孔布置密度表
名称围岩类别断面面积
（m2）炮孔数量合计布孔密度
（个／m2）
空孔掏槽孔崩落孔底孔周边孔
主洞钻爆
法施工段Ⅱ50.30147410351242.47
Ⅲb52.90147211381262.38
③爆破参数
a.炮孔的深度及直径
根据不同的围岩类别，采取不同的钻孔深度：
Ⅱ类围岩钻孔深度为3.8m；Ⅲ类围岩钻孔深度为2.5～3.8m；Ⅳ、Ⅴ类围岩钻孔深度为1.3～2.5m。
b.装药量
对于掏槽孔采用Φ25mm药卷，装药系数取0.70～0.85；崩落孔采用Φ25mm药卷，装药系数取0.65～0.75；为保证光爆效果，周边孔采用Φ20mm细药卷，并采用间隔装药结构，装药量控制在（200～300）g／m。
各类围岩炸药消耗量见表2－3。
表2－3炸药消耗量表
围岩
类别断面
面积装药参数
孔数炮孔密度爆破方量总装药量单耗爆破效率进尺
m2个个／m2m3kgkg／m3％m
Ⅱ50.31242.47150.9239.41.59803
Ⅲb52.91262.38105.8115.91.10802
c.爆破方法和爆破顺序
爆破采用由塑料导爆管串、并联形成爆破网络，以毫秒延发雷管实现微差爆破。
起爆顺序：
由掏槽孔→崩落孔→底孔→周边孔的顺序，按毫秒延发按爆破图所示的顺序分段起爆。
d.炮孔堵塞
炮孔堵塞长度一般在（0.7～1.0）抵抗线之间，堵塞材料选用黄泥和砂子的均匀混合料。
⑵Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖工艺及措施
a.开挖工艺流程
Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖工艺流程见图2－4。
b.主要工艺作业措施
测量放线：
控制测量采用激光经纬仪和红外线测距仪作导线控制网。
施工测量采用经纬仪配水准仪进行。
测量作业由专业人员认真进行，确保测量控制工序质量。
钻孔作业：
由熟练的钻手严格按照设计钻爆图进行钻孔作业。
各钻手分区、分部位定人定位施钻，实行严格的钻手作业质量责任制。
每排炮由值班工程师按“平、直、齐“的要求进行检查，偏差不大于5cm。
图2－4Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖施工工艺流程图
装药爆破：
炮工按钻爆设计参数认真进行，炸药选用2＃岩石铵锑炸药或4＃岩石抗水铵锑炸药。
台车水平崩落孔药卷直径32mm连续装药，周边孔选用25mm直径药卷，间隔装药。
装药完成后，由技术员和专业炮工分区分片检查，联结爆破网络，撤退工作面设备、材料至安全位置后，导火索起爆、导爆管传爆，毫秒微差爆破，周边光面爆破。
通风散烟：
爆破后启动强力轴流通风机通风，开挖面爆破渣堆进行人工洒水降尘。
安全处理、清底：
爆破后要用1.0m3挖掘机处理掌子面及拱顶安全。
出渣后再次进行安全检查及处理，并用挖掘机清理工作面积渣，为下一循环钻爆作业做好准备。
支护：
根据地质情况确定支护方法及时段。
出渣：
50装载机配8t自卸汽车出渣，石渣均运至指定堆渣场。
⑶不良地质段施工
根据设计施工图，主洞钻爆段无不良地质地段施工，但出于安全预防，提出以下不良地质地段施工措施。
不良地质地段是指隧洞穿过小断裂密集带、断层等洞段。
这些洞段的施工，除了Ⅳ、Ⅴ类围岩所述施工技术措施以外，还要当遵循以下原则：
a.施工前切实掌握断层的情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧洞轴线与断层构造方向的组合关系（正交、斜交或平行），根据有关施工技术和机具设备条件，选择通过断层的施工方法报工程师审批。
b.当小断裂密集带、断层带内填充软弱状的断层泥或特别松散的颗粒时，采用超前锚杆、小导管预注浆等支护措施超前支护。
c.小断裂密集带、断层地段出现大量涌水时，采取排堵结合的治理措施。
d.通过小断裂密集带、断层地段的各施工工序的施工时段须尽量缩短，减少岩层暴露、松动和地层压力增大。
e.钻爆作业时，严格掌握炮孔眼数、深度和装药量，尽量减少爆破对围岩的震动。
f.断层带的支护宁强勿弱，并经常检查加固。
g.断层带的衬砌应紧跟开挖面进行，尽早封闭开挖面。
预防隧洞塌方安全措施
⑴做好超前地质预报工作，尤其是施工开挖接近设计探明的富水、崩塌及断层破碎带时，认真及时的分析和观察开挖工作面岩性变化，遇有探孔突水、涌泥、渗水增大等现象时，及时改变方案。
⑵严格控制爆破装药量，尽量减少对软弱破碎围岩的扰动。
⑶保证施工质量，超前预注浆固结止水，格栅钢架制作、初期支护和混凝土衬砌混凝土质量符合设计及验收要求。
⑷严格控制开挖工序，尤其是一次开挖进尺，杜绝各种违章施工。
⑸施工期间，洞口常备一定数量的坍方抢险材料，如方木、型钢钢架等，以备急用。
⑹如遇到以下现象发生时，先撤出工作面上的施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理。
①围岩变形速度急剧加快；
②围岩面不断掉块剥落；
③初期支护喷混凝土表面龟裂、裂缝或脱皮掉块，钢架严重变形。
质量保证措施
⑴为搞好地质预报，配一名有经验的地质工程师，监控地质变化，指导现场施工。
⑵注浆施工人员必须经过专门培训，实行岗位责任制，严格按配合比计量，确保注浆质量。
⑶施工前根据设计文件提供的地质资料，对不良地质地段的钻爆参数进行修正，提高爆破效果。
软弱围岩地段，坚持“弱爆破、短进尺、多循环”的施工原则，严格控制装药量，采用控制爆破，减少爆破对围岩的扰动，确保结构稳定和施工安全。
⑷加强初期支护，防止隧洞塌方，衬砌适时紧跟，保证隧洞结构强度。
⑸实行质量负责制，逐级落实到工班，责任到人，增强工人的责任感。
参考文献：
（1）《爆破安全规程》GB6722－2003；
（2）《水利水电工程爆破施工技术规范》DL／T5135－2001；
（3）《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》DL/T5389－2007；
（4）《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》DL／T5099－1999；
（5）《水电水利工程施工地质规程》DL／T5109－1999；
（6）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487－2008）；
（7）《水利水电工程施工测量规范》SL52－93；
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