丁龙DING Long

（中交四公局第十工程有限公司，南宁 530000）

0 引言

目前，随着我国基础建设工程的深入推进，“交通强国”战略的进一步落实，我国偏远地区的道路修建正在蓬勃发展，伴随着的便是隧道建设的迅速发展，隧道长度不断创下新纪录，总体规模越来越大。据统计，截至2019 年我国公路隧道数量为19067 座，隧道总长1896.66 万米，铁路隧道共有16798 座，总长约19630km[1]。我国的隧道建设项目通常采用钻爆法开挖，相较于其他开挖方式钻爆法具有更强的地质适应性，因此被广泛采用[2]。但是钻爆法相较于其他开挖方法而言对隧道围岩的扰动更大，存在一定的安全风险，因此在对隧道进行钻爆法开挖时必须进行精心设计、精心施工，以确保施工项目顺利完成。下面以施工环境较为复杂的东起隧道为例，研究该隧道的爆破施工技术。

1 工程概况

桂林至柳城高速公路路线起于桂林市临桂区柳南高速与包茂高速相交池头互通处，路线由东向西经临桂、永福、融安三县区，终点在融安县潭头乡红岭村与三江至柳州高速公路相接。该标段里程为K80+000-K96+649.198，全长约16.649 公里，按双向四车道高速公路标准设计，设计速度100 公里/小时，整体式路基宽度26m，分离式路基宽度为2×13m。本标段共设桥梁13 座，其中大桥4 座，中桥2 座，立交桥3 座，匝道桥3 座，高架桥1 座；隧道共4座，合计7482m，其中三睦隧道1969m，东起隧道3333m，年洞隧道1184m，红岭隧道996m；互通2 处，分别为湖洞互通和红岭枢纽互通；连接线1 条，采用双车道二级公路标准，路基宽度10m。隧道出口位于大良镇湖洞村，隧道为分离式隧道。

2 开挖方式

经地质勘察，该隧道多为Ⅴ级围岩且处于断层带，围岩较为破碎。隧道洞身部位结合不同级别的围岩条件，在保证安全、施工进度和质量的条件下，采取相应的爆破方法施工，以满足工程要求。钻爆设计施工遵循“短进尺、弱爆破、多打眼、少装药”的原则[3]。本隧道洞身围岩级为V 级，根据设计要求，涉及的开挖方法包括CRD 法、三台阶法[4]。

爆破开挖设计原则：

①选用低密度低爆速、低猛度的炸药，本标段隧道采用乳化炸药。

②根据地质条件灵活采用掏槽方法，并考虑辅助孔的布置均匀。辅助孔是以槽腔为自由面层层布置，交错均匀地分布在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和炮孔密集系数。辅助孔与周边孔孔底在同一垂直面上。

③采用毫秒微差有序起爆。起爆时以能逐次增加自由面，充分发挥各炮孔的爆破作用，提高爆破效果为准。通常按掏槽、辅助、周边孔的顺序起爆。周边孔又按侧墙、顶部、底部孔的顺序进行起爆。

3 爆破设计

隧道掘进中的爆破参数与多种因数有关，如岩石条件、断面大小、爆破材料质量、凿岩爆破的技术水平等等，要根据客观条件选取最适宜的爆破参数，取得该条件下的最佳爆破效果。

每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。如根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距，用药量，特别是周边眼；根据爆破后石砟的块度大小修正装药参数；根据开挖面凹凸情况修正钻孔深度等。

3.1 CRD 法爆破参数设计

炮孔布置依据开挖断面图尺寸，按照已设计好的掏槽眼、周边眼及其它辅助眼的参数，在断面图上进行布眼，以隧中线为轴心对称布置，先布置掏槽眼，然后由里向外弧形布置，同时布置周边眼和拱内圈眼由外向里弧形布置，再布置底板眼，最后适当调整间距。断面图上炮孔布置尽量均匀，图上布置好的炮孔数量应与公式计算的大致吻合，并标明尺寸。现场布置炮孔可对图上布置进行微调。

3.1.1 炮孔深度（L）

爆破设计的炮孔深度主要受爆破振动强度控制，设计炮孔深度根据爆破部位不同进行调整，该隧道围岩环境较差同时还存在涌水情况，因此根据初次衬砌钢架纵向间距为0.6m，上台阶设计开挖一榀支护一榀，故将上台阶爆破进尺设计为0.6m，炮孔长度为0.7～0.8m，中下台阶一次循环进尺为0.6~1.2m，炮孔长度为0.7～1.5m。

3.1.2 掏槽孔布置

为了加大掏槽深度，CRD 法施工爆破采用二层共四排楔形掏槽孔，每对掏槽孔呈完全对称形或近似对称形。每对掏槽孔由浅变深，与工作面的夹角（θ=60°～80°）则由小变大，为保证复式楔形掏槽取得良好的爆破效果，应尽量减小钻孔的偏差。掏槽孔距离隧道地板0.8～1.0m。

3.1.3 周边孔和辅助孔布置

周边孔布置在距开挖断而边缘0.1～0.2m 位置，周边孔的孔底要朝隧道轮廓线方向倾斜，当隧道穿过的岩体坚硬时，孔底可达到或稍稍超出轮廓线位置；岩体中等坚固时，孔底距轮廓线约0.1～0.2m；在松软岩体中，炮孔不必倾斜，孔底距轮廓线的距离与孔口处相同。周边孔之间的距离约为0.4～0.6m，拱形隧道的转角处，炮孔要密一些，孔间距取小值。

图1 CRD 法爆破开挖施工工序断面图

图2 CRD 法爆破开挖施工工序纵断面图

图3 CRD 法爆破开挖炮孔布置示意图

辅助孔均匀地布置在掏槽孔与周边孔之间的范围内，钻孔方向则垂直于隧道开挖面。崩落孔布置在辅助孔与周边孔之间，孔深和孔网参数与辅助孔相同。

经计算CRD 法掘进爆破综合炸药单耗为0.96kg/ m3。最大单响药量控制在3.3kg 以内（见表1），单次起爆总药量：左上、下断面控制在36.6kg 以内，右上、下断面控制在38.4kg 以内，仰拱控制在13.2kg 以内。数码雷管时间设置如表1。

表1 CRD 法爆破参数表

以上爆破参数经试爆后，根据现场实际情况进行适当调整，以达到最佳爆破效果。

3.2 三台阶分步法爆破参数设计

3.2.1 炮孔深度（L）

三台阶分步法主要使用于围岩等级较差的情况下采用，爆破设计的炮孔深度受爆破振动强度控制，设计炮孔深度根据爆破部位不同进行调整，上台阶设计每循环进尺为0.6m，中、下台阶及仰拱进尺为1.2m，取L=0.7～1.5m。

3.2.2 掏槽孔布置

三台阶法施工爆破采用三层楔形掏槽孔，每对掏槽孔呈对称形或近似对称形。每对掏槽孔由浅变深，与工作面的夹角（θ=60°～80°）则由小变大，为保证复式楔形掏槽取得良好的爆破效果，应尽量减小钻孔的偏差。掏槽孔布置在上部台阶底部中间部位，掏槽孔孔距a 取0.5～0.6m。

图4 三台阶法爆破开挖掏槽孔布置示意图

3.2.3 周边孔和辅助孔布置

周边孔布置在距开挖断而边缘0.1～0.2m 位置，周边孔的孔底要朝隧道轮廓线方向倾斜，当隧道穿过的岩体坚硬时，孔底可达到或稍稍超出轮廓线位置；岩体中等坚固时，孔底距轮廓线约0.1～0.2m；在松软岩体中，炮孔不必倾斜，孔底距轮廓线的距离与孔口处相同。周边孔之间的距离约为0.45～0.6m，拱形隧道的转角处，炮孔要密一些，孔间距取小值，辅助孔间距a 取0.7～0.8m。

图5 三台阶法爆破开挖顺序示意图

图6 三台阶法爆破开挖剖面顺序示意图

3.2.4 单位炸药消耗量q

取q=0.7～1.1kg/m3。

3.2.5 炮孔装药量计算

上部台阶炮孔装药量计算。

每个炮孔的装药量可按下式计算，即：Q=r·n·L

式中：n——炮孔装药系数，n=0.58；

L——孔深，取L=1.2m；

r——每米长度炸药量，r=1.0kg。

经计算三台阶法掘进爆破综合炸药单耗为0.81kg/m3。最大单响药量控制在3.6kg 以内（见表2），单次起爆总药量：上台阶控制在20.7kg 以内，左、右中台阶分别控制在24.6kg 以内，左、右下台阶分别控制在20.7kg 以内，仰拱控制在21.9kg 以内。

表2 三台阶法爆破参数表

以上爆破参数经试爆后，根据现场实际情况进行适当调整，以达到最佳爆破效果。

根据地勘资料，该隧道中存在一段岩性以泥质砂岩为主，岩石坚固性较弱，可适当减少周边眼的间距，使用机械辅助控制爆破形式开挖，减少辅助眼的密度，欠挖位置采用机械开挖，减小爆破规模，控制最大同段药量在2.9kg以内。

图7 三台阶法爆破开挖炮孔布置示意图

4 隧道突水处理

但因隧道地质环境较差，大部分区域属可溶性碳酸盐岩区，溶蚀现象较发育。在施工过程中产生突水、涌水现象，经水文地质专项调查采用入渗法预测隧道正常涌水量为28701m3/d，日最大用水量为1382000m3/d，日极端涌水量为2904411m3/d，因此造成施工困难，工期增加。

为解决隧道涌水问题，进行了专项调查，根据调查结果，该隧道突水主要来源于隧道高位洼地，地表径流补给。根据岩溶区地下水宜排不宜堵的原则，截流外导相结合，结合该隧道的地形和水文地质特征，采用泄水洞方案进行排水处理。结合现场地形地貌及洞内溶洞位置，泄水洞初步拟定长度为546m，纵坡采用-0.5%，出口标高约为261.86m；洞口接路基改沟引排。泄水洞断面建筑限界净宽3.2m，净高3.5m；衬砌内轮廓设计为单心圆直边墙结构，上半圆半径为160cm。考虑施工便利性，泄水洞内每隔70m 设置一处错车带，用于洞内施工车辆会车使用，提高施工效率。根据计算该泄水洞排水能力为4072983.609m3/d，能满足最大和极端情况下的排水需求。经处置过后，隧道内可正常进行爆破施工作业。

5 爆破施工效果

在爆破设计中，仔细考虑了该隧道的地质特点进行了精心设计，在现场施工中爆破技术人员与钻孔施工队伍通力合作精心施工，因此该隧道在爆破施工环节完成顺利，施工效果良好隧道安全顺利贯通。

6 结论

以爆破作为技术手段的隧道开挖，在地质环境适应性上相较于其他掘进方法具有显著优势，但是钻爆法在隧道施工中具有较强的专业性，需要从设计到施工到管理上的综合考量。对于围岩较差的隧道，爆破技术设计应当充分考虑围岩特性及不良地质环境的影响，钻孔施工应该严格按照设计要求精心施工，注意安全防护。2021 年东起隧道顺利完工并通过各项验收，证明该隧道的施工经验可以为后续类似工程提供一定参考。