特大断面TBM组装洞室爆破施工技术研究

特大断面TBM组装洞室爆破施工技术研究

祁正荣宋建军

中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明650000

摘要：为确保TBM组装洞室施工安全,通过光面爆破,采用分层分步开挖的方式,在开挖前对爆破孔位的布置、装药参数以及爆破顺序等进行周密的设计,再根据围岩情况和实际爆破效果进行及时的优化,使最终的开挖断面满足设计及规范要求,保证施工安全和质量。本文根据作者多年工作经验，对特大断面TBM组装洞室爆破施工技术进行了详细的分析，旨在为同行提供一些借鉴和参考。

关键词：特大断面；TBM组装；洞室爆破；施工技术

1、引言

洞室爆破是将炸药集中装填于爆破区内预先挖掘的洞室中进行爆破的技术。洞室爆破常用于开挖、采石和进行定向爆破、扬弃爆破、松动爆破以及水下岩塞爆破等。这种爆破方式的优点是:①一次爆破方量大,劳动生产率高；②钻孔工作量少，设备、材料、动力消耗相对较省；③可缩短工期；④不受气候、地形和交通条件限制；⑤易于集中管理和安全监督检查。其主要缺点是：①导洞药室开挖、通风排烟比较困难；②炸药装填和导洞堵塞工作集中，劳动强度大，工作条件差；③爆落岩块不够均匀，大块率高；④爆破对环境影响问题较突出，爆破振动影响范围较大；⑤设计施工较复杂，精度要求较高。

洞室爆破设计要充分掌握地形地质资料，对于地形起伏，冲沟众多和地质构造复杂、有断层、溶洞和滑坡体的地区，尤其要充分注意。药室布置的形式因地而异，常用的形式是以导洞相连的多个集中药室或条形药室。集中药室布置比较灵活，对复杂的地形地质条件适应性强，但导洞开挖和堵塞工作量较大。条形药室一般适用于地面较平整，岩层均匀,地质构造简单的场区,起爆网路敷设连接简便。洞室爆破时个别飞石的抛掷距离较远，尤其在最小抵抗线方向更要注意防避。

2、特大断面TBM组装洞室爆破施工技术

2.1施工方法

整个主机组装洞室分四层六步开挖法，具体如下：

2.1.1开挖方法

隧道3类围岩段采用从上至下分四层开挖。第Ⅰ层层高8m，采用导洞超前、左右两侧跟进扩挖，剩余顶拱部分适时进行反挖的方式；第Ⅱ、Ⅲ层层高均为3.5m，可根据现场实际情况采用全断面开挖或半幅错距跟进开挖；第Ⅳ层为底板保护层，全断面进行控制开挖。

2.1.2施工工序

(1)1层开挖：组装洞Ⅰ层采用导洞超前、左右两侧跟进扩挖，剩余顶拱部分适时进行反挖的方式，在小桩号侧连接洞段Ⅰ层开挖完成后，即可进行组装洞Ⅰ层中导洞升坡开挖，导洞断面为8m（宽）×8m（高），大约开挖至桩号KS270+330处达到组装洞洞顶，而后垫渣进行升坡段顶部剩余部分反挖，左右两侧适时跟进错距开挖。

(2)2、3层开挖：组装洞Ⅱ、Ⅲ层根据现场实际情况采用全断面开挖或半幅侧错距跟进的开挖方式进行开挖。Ⅱ、Ⅲ层层高均为3.5m，左右幅可以错开5-8米距离。

Ⅱ、Ⅲ层开挖周边孔采用手风钻造孔，主爆孔采用多臂钻水平造孔爆破开挖，设计轮廓线光面爆破。

(3)4层开挖：第Ⅳ层为底板保护层，分层高度1.51m，采用手风钻水平弱爆破开挖，及时施作两侧初期支护。

2.1.3施工顺序

施工顺序为：施工准备→测量放线→布眼、钻孔→装药响炮→通风→出碴→找撬顶→初喷砼→初期支护→检查合格后→进入下一循环。

2.2四层六步开挖法作业

每循环及时放出开挖轮廓线，测定隧道中线和标高；1层一次开挖进尺不大于3米（三榀钢架间距），左右两侧适时跟进错距开挖。

2.3爆破钻孔作业

钻眼前，必须对工作面进行检查，对危石进行彻底清理，确保工作面安全时，方可进行钻爆作业。钻眼前，必须根据爆破设计在开挖面布眼，钻眼时必须按照炮眼位置进行钻眼。在钻台炮眼时，应特别注意炮眼的平行度，严禁出现炮孔交叉、相交的现象。在钻周边眼时，严控周边眼的方向，尽量减少外插角，以减少隧道的超挖。钻眼方向以测量放样的中线走向为准，钻眼时，应控制钻眼深度，使开挖面尽量垂直与中线。

2.4爆破装药作业

检查掌子面是否稳定；查看火工品质量、数量是否满足要求；每个炮眼中装一个非电毫秒雷管。除周边眼以间隔装药外、其余炮眼均采用集中装药，非电毫秒雷管装在炮眼长度中部的药卷中。周边眼采用间隔装药结构，把药卷间隔绑在导爆索上，用竹片固定，非电毫秒雷管装在炮眼底部，每个炮眼装一个非电毫秒雷管。

2.5爆破起爆作业

全部炮孔装填完毕后，无关人员全部撤离至安全位置；起爆网络检查应有经验的爆破人员组成，不少于2人；对起爆器进行全面检查；起爆前进行安全警戒，所有人员设备撤离至安全位置；起爆后经原装药爆破人员检查确认无哑炮后，方可解除警戒；爆破后，经通风排烟，爆破员检查无危险后，方可进行出碴作业。

2.6隧洞洞身开挖要求

打眼前必须先放好断面中线，水平，并在开挖面划好轮廓线，按钻爆参数图布置炮眼位置。炮眼的深度、角度、间距按钻爆参数要求确定。掏槽眼间距误差和眼底间距误差不得大于5cm，辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm，周边眼沿隧洞设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm，周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距误差不得大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼宜采用相同的斜率。

掏槽眼布置在开挖断面的中央稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石。周边炮眼应沿设计开挖轮廓线布置，辅助眼应交错均匀地布置在周边眼与掏槽眼之间，并垂直于开挖面打眼，力求爆下的石碴块体大小适合装碴的要求。开挖断面底面两隅处，应合理布置辅助眼，适当增加药量，消除爆破死角。断面顶部应控制装药量，防止出现超挖量。

装药前应将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞密封。周边眼的堵塞长度不宜小于100cm，采用预裂爆破时，应从药卷顶端进行堵塞，不得只堵塞在眼口。钻爆施工中严格控制超欠挖。拱、墙脚以上1m范围内断面严禁出现欠挖。在围岩较为破碎地段周边眼采用双导爆索。软岩类围岩段周边眼采用竹片、导爆索、小直径药卷间隔绑扎装药结构、底部药量适当加强。在较为完整的软岩类，可采用专用小直径光爆炸药的连续装药结构。除周边眼以外，其他炮眼均采用空气间隔装药，装药后将炮泥堵在与装药相接的部位。采用炮棍装药，炮棍材料为木料或塑料。炮棍要直顺，顶端齐平，直径比炮眼直径小些以保证装药时不损坏导爆管或雷管的脚线。填塞炮眼的炮泥应具有可塑料性、易于密实，不易冲破漏气，不得采用小岩块、碎石来作堵塞。填塞炮泥时必须捣紧。炮泥填塞时应拉住雷管脚线，脚线紧贴炮孔的向下侧壁，防止捣坏后难以处理。开挖要求轮廓圆顺，测量误差为1cm，超欠挖误差为3cm；开挖到位后，及时进行初期支护。

2.7锚杆施工技术

2.7.1施工准备

按设计要求进行加工截取。对注浆设备进行检查，检查合格后才能使用。做浆液配合比的试验工作，并在施工过程中进行调整。

2.7.2测量放线，用红油漆画出钻孔的位置

钻空直径应大于锚杆20mm，钻孔深度应大于锚杆长度10mm。钻孔达到设计深度后用高压水冲清锚杆孔，直到无杂物粉尘为止。

2.7.3注浆、插锚杆：砂浆搅拌均匀，随拌随用。

拌合时按施工配合比施工，一次拌合的浆液在初凝前用完。在注浆过程中，为防止浆液沉淀，要不停的进行搅拌。注浆前对注浆机进行试运行。注浆压力不得小于1.5Mpa，直到钻孔注满流出为止。注浆开始后中途暂停超过30分钟时，用水润滑注浆管及其管路。注浆管应插至距孔底5～10cm时随水泥砂浆的缓慢匀速拔出，当浆液满时随即迅速将锚杆插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%，锚杆插入到设计深度后立即采用锚垫板封堵密实；若插入时孔口无浆液流出，应将杆体拔除重新注浆。

3、结束语

TBM在隧洞内组装，受场地、空间限制，对组装进度影响很大，因而组装洞室设计与施工、关键设备选型、组装方案、场地布置等就愈发显现其重要性；同时由于组装洞室断面大、工程量大、施工工艺复杂、施工质量要求高，因而需要予以高度重视。

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