浅析马蹄形断面隧洞爆破开挖施工技术

燕平

摘 要：文章通过对宁夏固原地区城乡饮水安全水源工程1#北山隧洞的爆破开挖施工，着重介绍了其风、水、电布置、出渣设备配置、爆破开挖控制等施工方法，有效的保证了隧洞掘进进度和施工期质量安全，同时节约施工成本，可供类似工程借鉴。

关键词：马蹄形断面；排气通风；钻爆法；隧洞开挖

1 工程概况

宁夏固原地区城乡饮水安全水源工程1#（北山）隧洞位于泾源县城郊北山上，龙潭水库～中庄水库段的14+954～16+916，总长1962m。隧洞采用马蹄形断面，底拱弦长1.80m，侧拱半径3.505m，圆心角21.77°；顶拱半径1.15m，圆心角180°；最大净高2.45m，最大净宽2.30m；设计水深1.48m，比降i=1/2750。隧洞设计采用C25、F100、W10钢筋混凝土衬砌，顶拱衬砌厚30～35cm，侧拱衬砌厚35cm，底拱找平后的最大衬砌厚43.8cm。隧洞初期支护形式根据围岩类别分为喷锚支护、拱架支护和管棚支护三种方式。受实际地形地貌限制，隧洞不具备支洞施工条件，需从进出口两个工作面掘进，单个工作面掘进长度接近1000m。

工程地质条件：隧洞进口段围岩为第三系始新统砂质泥岩、砾岩，中后段主要为白垩系下统乃家河组、马东山组泥岩夹泥灰岩，为软岩，易软化、崩解和风化。洞长1962m，Ⅴ类围岩长度1221m，约占总长的62.27%；Ⅳ+Ⅴ类围岩长度741m，约占总长的37.73%。围岩条件总体较差，而且隧洞埋深较大。

2 施工布置

2.1 施工道路布置

施工道路可考虑以隧洞基础作为洞内出碴道路，洞外与场区内临时施工道路连接至弃渣场。洞内每间隔200m设置一个错车道方便出渣车辆交错行进。

2.2 开挖施工设备选择

手持式YT-27型气腿式凿岩机钻孔，WZG-80型履带式扒渣机配合2T自卸翻斗车装岩运输出渣。

2.3 施工供风

隧洞用风分施工机械用风和空气对流用风。施工机械用风主要是凿岩机和风钻用风。机械用风采用洞口附近设置一台75kw空气压缩机供风站集中供风，风力输送管采用@125钢管送风。空气对流用风依据洞内的施工设备、施工人员、爆破规模计算洞内通风量为471r/min，在考虑施工距离对通风量的影响，距离增加1km用风量在基础用风量的基础上乘以5的保证系数，既471*5=2355r/min。根据实际用风量采用旋式轴流风1台SDDY/2*22（2900r/min、供风量35000m3/h～22000m3/h），隧洞前500m施工段通风管采用￠600拉链式帆布软管，500m之后采用￠500拉链式帆布软管，经实践证明通风效果良好，完全满足施工需求。

2.4 开挖工作面

根据本工程的实际情况考虑无法打支洞，只能从隧洞进出口两个工作面同时开挖。

3 隧洞开挖

3.1 隧洞总体开挖方案

隧洞开挖采用钻爆法（其工艺流程见图1），I、Ⅱ、Ⅲ类围岩采用全断面开挖，Ⅳ类围岩采用微台阶开挖，光面爆破。采用直线型掏槽，按设计开挖轮廓线布置周边炮眼，间距为45-55cm，辅助眼间距为60-80cm。工作面同时开动3～4台YT-27型气腿式凿岩机钻眼作业。2#岩石硝铵炸药（有水地段采用乳化炸药），周边眼采用中φ25光爆小药卷，8#纸雷管簇联非电毫秒导爆雷管起爆。

3.2 起爆方式

3.2.1 隧洞开挖按光面爆破要求进行钻爆设计，周边眼使用小直径光爆炸药，炮眼间距45-55cm，采用间隔装药，导爆索起爆，孔口堵塞长度足够。炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布，炮孔痕迹I、Ⅱ类围岩保存率达到90%以上，Ⅲ、Ⅳ类围岩保存率达70%以上，保证开挖面与设计轮廓线一致，径向超挖值和开挖岩面的起伏差均小于200mm，平均100mm。围岩中不得有明显可见的爆破震动裂隙，不能有欠挖。

3.2.2 掏槽眼、辅助眼采用连续装药，毫秒延期导爆管雷管起爆，φ32*200、2#岩石销按炸药，装填系数0.7-0.85。

3.2.3 掏槽方式

考虑围岩的夹制力，每循环进尺控制在1.5米左右，掏槽型式采用直线方式，确保掏槽效果。

3.3 钻孔作业

3.3.1 钻孔前准确测画开挖轮廓线，点出掏槽眼和周边眼的位置。

3.3.2 钻孔采用YT-27型风动凿岩机，钻孔深度2.0m，每个工作面配3～4台风钻同时作业，司钻手按设计划定的区域和炮眼顺序钻孔。

3.4 爆破

按照钻爆设计图准备好爆破材料，装药前先用高压风清孔，检查钻孔是否堵塞或坍孔，然后接划定的区域装药连线。装药顺序先上后下，先两侧后中间。导爆管连线采用“一把抓”法，配两个起爆雷管，装药结束经安全检查后起爆，各步骤按《塑料导爆管非电起爆操作原则》进行。（见图2）

3.4.1 装药及其炸药使用性能

掏槽眼：φ32mm2#岩石硝铵炸药

辅助眼：φ32mm2#岩石硝铵炸药

底板眼：φ32mm2#防水乳化炸药

光面眼：φ25mm2#岩石硝铵炸药

施工中遇水现象，将改用防水乳化炸药。

3.4.2 起爆网络

（1）材料：采用MS1～15段非电毫秒导爆管雷管，8#纸质火雷管，导火索、导爆索。

（2）起爆方法：周边眼采用导火索及8#纸质火雷管引爆非电豪秒导爆管雷管。通过导爆索传爆起爆炸药；其它眼采用导火索及8#纸质火雷管引爆非电毫秒导爆管雷管，非电毫秒导爆管雷管起爆炸药。

（3）起爆顺序：为先掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再起爆周边孔，底孔最后起爆。

3.5 钻爆设计endprint