官田隧道出口段控制爆破法施工问题探讨

王文明

（山西路桥第七工程有限公司，山西 晋城 048000）

一、工程概况

官田隧道所在的奉建高速为G6911安康至来凤国家高速公路网的重要联络段，隧道左、右洞分别长3037m和2962m，左右线起讫桩号分别为k17+363～k20+400、yk17+368～yk20+330，属于特长隧道。出口段左右洞分别长1015m和977m，隧洞内按照双向四车道高速公路标准设计，主隧洞建筑限界10.25m×5m，隧洞段最大设计埋深287m，围岩地质超前预报等级为C2级。官田隧道出口段的k19+385～k20+237和yk19+353～yk20+163段围岩等级为Ⅳ级，k20+237～k20+400和yk20+163～yk20+330段围岩等级为Ⅴ级，存在部分滑坡及崩坡积体地质。

二、控制爆破施工方案设计

（一）爆破方案设计

官田隧道出口段实施控制爆破法时，在不稳定程度较严重的Ⅳ级软弱围岩段采用三台阶七步法开挖，如图1所示。采取三台阶分部爆破施工的开挖方式，充分利用分次爆破所形成的临空面控制震速，减弱爆破施工对周围建筑物的不利影响。分次爆破所形成的临空面愈多，则爆破过程受到岩石约束的程度愈小，爆破开挖效果越好。为此，可通过增加临空面数量减轻震动、优化爆破效果，结合爆破施工原理，使掏槽和底板处爆破掘进施工的震动强度至最大。因此官田隧道控制爆破施工时，应尽可能将掏槽孔设置在开挖断面以下距离拱顶较远的位置，既能确保隧道已开挖成形拱顶围岩的稳定性，又能增强爆破掘进施工的工效。各分部断面分台阶、分部、分次爆破掘进，从而增大下部断面开挖施工的临空面，以便形成减震空腔，降低震动，保障周围建筑及施工的安全。

图1 Ⅳ级围岩段采用台阶法施工程序示意

（二）爆破施工参数确定

1.爆破孔数量

结合工程开挖方案设计要求及官田隧道出口段岩石坚固程度，爆破孔直径应确定为φ42mm，爆破孔数量按照1.5个/m2～2.5个/m2的要求确定。官田隧道出口段主要采用多断面开挖，爆破孔数量应根据各部分断面面积确定，在光面爆破的情况下应按10%～15%的比例增设爆破孔数。

2.爆破孔布置

结合规范，类似地质条件的隧道工程装药集中度为0.1kg/m～0.15kg/m，考虑到官田隧道出口段光面炮孔间距设计值为50cm，所以装药集中度设计值应至少为0.15kg/m。在设置掏槽孔时必须考虑到施工的可行性和便捷性而设置在岩面中下位置，保证掏槽孔以上的炮孔均为压顶结孔。结合循环进尺及围岩等级，官田隧道出口段掏槽孔有6种设计形式如表1所示。掏槽孔施工位置必须设置在断面下部和开挖底面相距0.8m～1.0m处，并通过延期段位雷管爆破，将各延期段位时间间隔控制在35ms±5ms，抛渣距离至少20m。

周边孔在隧道出口段开挖轮廓控制方面发挥着重要的作用。周边孔属于光面爆破孔，通过加强周边孔设计施工控制，既能控制围岩超欠挖，又能降低爆破开挖对围岩的不利扰动。结合官田隧道出口段的围岩类型，周边孔孔距按照炮孔直径的10倍～15倍确定，最小抵抗线为周边孔孔距的0.7倍～1.0倍，最终确定的周边孔孔距为50cm，孔径42mm。

表1 开挖爆破掏槽孔设计形式

扩槽孔、内圈孔、底板孔的布置比掘进孔密且比掏槽孔和周边孔稀，为控制爆破对围岩的不利扰动，并优化爆破施工效果，应按照0.6m～0.7m设置内圈孔孔距，并保证炸药量均匀分布于内圈孔带。底板孔因受到积压碴的影响也必须加密，按照掘进孔孔数80%确定底板孔间距，抵抗线则按0.6m～0.7m布置。

3.装药量的确定及分配

隧道出口段控制爆破开挖总装药量Q按式（1）确定：

式中k为单位爆破面积下所需炸药量（kg/m3），k=1.8 (f/s)1/2，其中f为岩石坚固系数，取8～10；l为根据每茬抛孔循环进尺所确定的掘进孔、辅助孔深度（m3）；s为开挖断面实际爆破面积（m3）；η 为炮孔利用程度，取0.8～0.95。

根据炮孔设计孔位及所起的作用，在确定总装药量的基础上分配炸药。上台阶掏槽孔深度1.1m、1.7m、1.8m孔数均为4孔，单孔装药量分别为2.4kg、4.8kg和6.4kg，堵塞段长度均为0.2m，连续装药；扩槽孔、掘进孔、内圈孔、周边孔及底板孔设计孔深均为1.6m，孔数分别为4孔、5孔、18孔、26孔和17孔，单孔装药量为1.6kg、1.6kg、1.2kg、0.3kg和1.6kg，堵塞段长为0.3m、0.3m、0.4m、0.1m和0.1m。二台阶掘进孔、周边孔、底板孔孔深均为1.6m，孔数为18孔、4孔、11孔，单孔装药量1.6kg、0.3kg、1.6kg，堵塞段长度0.3m、0.1m、0.1m。三台阶掘进孔、周边孔、底板孔孔深均为1.6m，孔数为7孔、4孔、11孔，单孔装药量1.6kg、0.3kg、1.6kg，堵塞段长度0.3m、0.1m、0.1m。

此外，隧道开挖必须严格遵守国家有关隧道施工及爆破的规定，根据对保护体及设施、设备的允许最大震动速度要求作出控制和调整。

三、爆破施工控制

（一）爆破振动控制

官田隧道出口段爆破采用减振掏槽爆破技术，通过掏槽孔施工合理控制隧道掘进循环进尺；通过掏槽爆破形成槽腔，发挥岩石夹制作用。官田隧道出口段的爆破开挖应合理确定掏槽方式，并根据爆破开挖施工实际不断优化掏槽孔参数，减小夹角及最小抵抗线，采用无夹制楔形掏槽施工的方式，通过先爆扩大临空面，控制爆破地震效应对围岩及既有建筑的危害。

（二）炮孔堵塞

为保证炸药在受约束条件下充分爆炸并发挥效能，必须按要求将装药段以外的其余段堵塞，避免冲炮或生飞石，光面爆破炮孔堵塞长度20cm～30cm，其余炮孔堵塞长度至少40cm，不得预留间断与空隙。官田隧道出口段爆破孔堵塞采用砂∶黏土∶水=3∶1∶1的黏泥材料。

（三）钻爆开挖施工过程控制

采用三台阶七步法实施不稳定围岩开挖时必须缩短台阶长度，保证初支结构尽快闭合成环，仰拱及拱墙结构及时跟进，确保稳定支护体系尽快形成。

结合隧道断面实际情况、围岩稳定性、台阶数量等要素确定台阶数量和台阶高度，官田隧道出口段台阶开挖高度应控制在2.5m～3.5m，并采用三台阶形式。上台阶钢拱架施作时主要结合拱脚、锁脚锚杆等辅助措施，加强对围岩初支变形的控制。应根据两榀钢拱架间距控制Ⅳ级围岩上下台阶开挖循环进尺，且下台阶单侧拉槽长度应控制在15m以内。待上台阶喷射混凝土实际强度达设计值的70%后开始下台阶开挖，并根据上部台阶稳定控制情况确定下部循环进尺，若上部稳定性较差，则应缩短进尺，在下台阶开挖过程中还应加强初支及仰拱施作，并充分考虑和解决好上下台阶施工干扰问题。下台阶分为左右两部分跳槽开挖，且开挖过程应错开3.0m～5.0m，钢架两侧不能出现悬空情况，且下台阶施工过程中初支钢架结构必须平直、牢固顺接。

仰拱和二衬填充应全幅浇筑，并加强安全步距控制：将Ⅳ级、Ⅴ级以上围岩仰拱和掌子面距离分别控制在50m、40m以内；将Ⅳ级、Ⅴ级以上围岩二衬和掌子面距离分别控制在90m和70m以内。