高速铁路隧道钻爆法施工技术研究

高速铁路隧道钻爆法施工技术研究

廖敏栋

（中铁三局集团第五工程有限公司  山西省晋中市 030600）

摘要：钻爆法即是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。采用光面爆破，控制开挖轮廓，减少超欠挖，同时减少对围岩的扰动，软弱围岩采用机械开挖或微震爆破开挖。

关键词：高速铁路；隧道；钻爆法施工技术；研究

1.钻爆法概述

(1)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。

(2)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，周边眼沿隧道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。

(3)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。

(4)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20cm，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。

(5)钻爆施工中严格控制超欠挖。当岩层完整、岩石抗压强度大于30Mpa并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分欠挖，隆起量不得大于5cm。拱、墙脚以上1m范围内断面严禁出现欠挖。

2钻爆开挖作业程序

钻爆开挖作业程序：钻爆设计→测量布眼→按布眼钻孔→装药联线→起爆→通风除尘→排险撬顶→出碴。

2.1钻爆设计

本隧道主要围岩为灰岩、硅质灰岩等。详见图1《全断面开挖钻爆设计图》和图2《上下台阶法钻爆设计图》。隧道开挖常用的炸药药卷直径有两种，每m重量见表1所示：

表1隧道开挖常用炸药每m重量一览表

全断面开挖时,各孔药量分布见图1《全断面开挖钻爆布置图》所示。在Ⅱ级围岩全断面开挖、断面积117㎡时，每排炮爆破开挖长度3.3～3.5m，钻孔196个左右，炸药用量指标0.62～0.70 kg/m3，一个循环炸药用量230～280kg，灰岩用药量选低值，硅质灰岩用药量选高值。用于灰岩时，掏槽眼数量略有减少。上下台阶炮孔布置见图2《上下台阶法钻爆设计图》。在Ⅲ级围岩上下台阶开挖、断面积131㎡时，上台阶每循环进尺2.5m，钻孔136个左右，下台阶每循环进尺3.0m，钻孔44个。其中上台阶断面掏槽眼20个，平均装药2.6kg；辅助眼80个，装药0.4kg；周边眼33个，装药0.4 kg；底板眼3个，装药3.0 kg。下台阶辅助炮眼32个，装药1.6kg；周边眼12个，装药0.4kg。炸药用量指标0.45～0.60 kg/m3（硅质灰岩用药量较高）。光面爆破参数主要参考《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）第6.3.6条光面爆破参数表，选用值如下表2所示：

表2 光面爆破参数表

图1  Ⅱ类围岩全断面开挖钻爆法炮眼布置图

图2  Ⅲ类围岩台阶法开挖钻爆法炮眼布置图

2.2开挖作业

2.2.1钻孔作业

钻眼前，钻工要熟悉炮眼布置图，严格按钻爆设计实施。特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及数量，未经主管工程师同意不得随意改动。定人定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。准确定位凿岩机钻杆，使钻孔位置误差不大于5cm，保持钻孔方向平行，严禁相互交错。周边眼钻孔外插角度控制:眼深3m时外插角＜3°,眼深5cm时外插角＜2°,使两茬炮接口处台阶不大于15cm。同类炮眼钻孔深度要达到钻爆设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。

（1）炮眼布置原则

掏槽眼：正洞围岩采用斜眼掏槽。

周边眼：根据光面爆破的周边眼间距，严格控制外插角以减少超欠挖。周边眼的装药结构是实现光面爆破的重要条件，严格控制周边眼装药量，采用合理的装药结构，尽量使炸药沿孔深均匀分布。施工时采用不耦合装药结构，不耦合装药系数一般控制在1.4～2.0范围内。

内圈眼：内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼的孔距稍大于周边眼抵抗线（w）。

辅助眼：掘进炮眼，其炮孔间距，视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎程度的要求等因素而定，一般取0.4～0.8m，岩石坚硬取小值，反之取大值。

底板眼：底板眼沿开挖轮廓底线布置，并适当增加药量起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。

（2）钻孔标准

掏槽眼的形式采用直形陶槽(每茬炮进尺3米左右)和楔形掏槽(每茬炮进尺1.5米左右)两种形式。周边眼要沿隧道开挖轮廓线布置。辅助炮眼要交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间。周边炮眼与辅助炮眼的眼底要在同一垂直面上，掏槽炮眼要加深15～30cm。现场采用手持凿岩机钻眼时，掏槽眼眼口间距和眼底间距的允许误差为士5cm;辅助眼眼口间距允许误差为土10cm；周边眼眼口位置允许误差为土5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。开挖面凹凸较大时，按实际情况调整炮眼深度及装药量，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，对不符合要求的炮眼要重钻，经检查合格后方可装药。周边轮廓线的放样允许误差控制在土2cm。通过减小周边眼间距，爆破后轮廓成形好。装药结构均匀分布，眼底可相对加强一些。周边眼开眼位置视围岩软硬稍作调整:硬岩在轮廓线上;软岩可向内偏移5～10cm。

准：钻孔按设计布眼钻孔，当受节理、裂隙影响时稍稍移动孔位，但顶眼只能左右移动，帮眼只能上下移动，周边眼轮廓的放线误差控制在±1cm，眼口开眼误差：Ⅱ级围岩可从轮廓线偏内3cm，周边眼外插角的角度以0.03的斜度外插，方向与轮廓线法线方向一致。

直：直线段上，炮眼先钻上方标准孔，插上炮杆，使边墙孔在同一条垂线上。

平：周边炮眼要相互平行。

齐：各炮眼底落在垂直隧道轴线的同一平面上，掏槽眼加深10～20cm，钻孔深度根据掌子面的起伏“凸”加，“凹”减。

2.2.2装药作业

掏槽眼首段采用正向装药起爆,其它眼采用反向装药起爆。掏槽眼爆破段间隔时间为50～75ms，后继炮眼的爆破段间隔时间尽量到达200-300ms。

装药集中度以装药长度的平均装药密度计，一般为0.04～0.4kg/m,过大易破坏光爆壁面，施工中根据乳化炸药的爆破试验确定。爆破工装药前，施工、技术值班人员与班组长对装药开挖工作面附近及炮眼等进行全面检查，对检查出的问题:炮眼内岩粉未清理干净、炮眼缩孔、炮眼坍塌或有裂缝等时不得装药。验孔合格后，爆破工必须按作业规程、爆破设计规定的炮眼装药量、起爆段位进行装药。装药作业与钻孔作业不能在同一开挖工作面进行。装药时要一手抓住雷管的脚线，另一手用木质或竹质炮棍将放在眼口处的药卷轻轻的推入炮眼底，使炮眼内各药卷间彼此密接，推入时，用力要均匀。

清孔:装药前用高压风清孔，吹干净孔内积水及碴粒。

装药:装药前核对雷管段数，使之与设计相符，同时按钻爆设计的装药结构及药卷规格药量装药。装药时，药装到孔底，起爆药包用炮棍缓慢送入，防止拉雷管或破损导爆管。

装药检查:装药时，将雷管段数标于孔外导爆管上，由检查人员对雷管段数进行复核，确保准确无误，同时核对药卷规格及装药长度，使每孔装药符合设计要求，检查后做好记录。

堵塞:所有炮眼装药后，用炮泥进行堵塞，其长度为30cm。炮泥用机械加工，用炮棍顶进，堵塞做到封孔严密。

2.3爆破作业

光面爆破：掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。

连结网络:连结时尽可能靠近眼孔，孔外网路尽量短，使连结整齐，便于直观检查网路。连结系统尽量短，但不拉细、打结，避免导爆管、连结块受损坏等。每个簇联或连结块内都有引爆雷管。

Ⅳ级围岩三台阶开挖钻爆设计图

2.4掘进方式

2.4.1全断面掘进法

整个开挖断面一次钻孔爆破，开挖成型，全面推进。在隧洞高度较大时，也可分为上下两部分，形成台阶，同步爆破，并行掘进。在地质条件和施工条件许可时，优先采用全断面掘进法。

2.4.2导洞法

先开挖断面的一部分作为导洞，再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大,由于地质条件或施工条件,采用全断面开挖有困难时,以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大，以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面，有利于探明隧洞的地质和水文地质情况，并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件，确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后，扩挖可以在导洞全长挖完之后进行，也可以和导洞开挖平行作业。

2.4.3分部开挖法

在围岩稳定性较差，一般需要支护的情况下，开挖大断面的隧洞时，可先开挖一部分断面，及时做好支护，然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞，通常从第一序钻孔开始，经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序，到开始第二序钻孔，作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间，以加快掘进速度。

3结束语

隧道钻爆法施工技术比较灵活，可以很快地开始开挖施工。可以开挖各种形状、尺寸、大小的地下洞室。即可以采用比较简单便宜的施工设备，也可以采用先进、高效、比较贵的设备。可以适应坚硬完整的围岩，也可以适应较为软弱破碎的围岩，与明挖法比较，可以极大地减少对地面交通和商业活动的影响，避免大量的拆迁。从综合效益观点出发，是比较经济的一种方法。

参考文献：

[1]高海拔条件下隧道钻爆法施工技术研究[J].高剑波.工程技术研究. 2023,8(21)

[2]浅埋高铁隧道下穿建筑群钻爆法开挖设计与优化[J].贺伟奇.价值工程. 2023,42(26)

[3]钻爆法隧道下穿既有双连拱隧道施工技术研究[J].段伟；韩通；龙葳.施工技术(中英文).2024,53(01)