隧道开挖方法

摘 要 钻爆法是传统的隧洞施工工法，通过在岩体上钻凿出一定孔径和深度的炮眼，并装上炸药进行爆破，从而达到开挖的目的。据我们所知，已经建成或在建的广蓄、二滩、万家寨、太平驿、天荒坪、大朝山、三峡、棉花滩、洪家渡、构皮滩、锦屏一、二级、小湾、糯扎渡、龙滩、溪洛渡、向家坝以及引大入秦、南水北调引水隧道等除个别外都是由钻爆法设备施工建设。显然，对于占50%以上交通隧道中短隧道、部分长隧道工程，大空间、大直径的水电隧洞工程，非圆形断面隧洞工程，地质与水文地质条件极差（如溶洞多、断层多、渗水、涌水、泥石流，长距离破碎带）的工程，钻爆法设备施工具有明显的应用优势。

关键词 隧道 开挖 钻爆

中图分类号：U455.41 文献标识码：A

1钻爆法开挖作业程序

1.1钻孔

要先设计炮孔方案，然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖，采用钻孔台车配备中型凿岩机，钻孔深度约为2.5～4.0米。双线隧道全断面开挖采用大型凿岩台车配备重型凿岩机，钻孔深度可达5.0米。炮孔直径约为4～5厘米。炮孔分为掏槽孔（开辟临空面）、掘进孔（保证进度）和周边孔（控制轮廓）。

1.2装药

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。装填炸药率约为炮眼长度的60%～80%，周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间，可把硝胺炸药制成长的管状药卷，以便填入炮眼；也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。

首先，根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。次要严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。并且注意周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装药结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。另外边孔直径小于等于50mm。

1.3施工通风

排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机。产生的氮氧化物及一氧化碳，同时排除烟尘，供给新鲜空气，借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。通风可分主要系统和局部系统。主要系统可利用管道（直径一般为1～1.5米，也有更大的）或巷道（平行导坑等），配以大型或中型通风机；局部系统多用小型管道及小型通风机。巷道通风多采用吸出式，将污浊空气吸出洞外，新鲜空气由正洞流入。新鲜空气不易达到的工作面，须采用局部通风机补充压入。

1.4施工支护

隧道开挖必须及时支护，防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等，现在使用钢支撑者逐渐加多。喷锚支护是20世纪50年展起来的一种支护方法，其特点是支护及时、稳固可靠，具有一定柔性，与围岩密贴，能给施工场地提供较大活动空间。中国在一些老黄土隧道中应用喷锚支护也获得成功。喷射混凝土工艺分为干喷和湿喷。现多采用干喷法，即将干拌混凝土内掺入一定数量的速凝剂，用压缩空气将混凝土由管内喷出。在喷口加水射到岩石面上，一次可喷3～5厘米厚度。在喷射混凝土中掺入一些钢纤维，或在岩面挂钢丝网可提高喷锚支护的强度。钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内，其长度和间距视围岩性质而定，一般长度为2～5米，通常用树胶和水泥浆沿杆体全长锚固。在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到足够的支护强度。在围岩坚硬稳定的地段也可不加支撑。在软弱围岩地段喷锚可以联合使用，锚杆应加长，以加强支护力。

1.5装碴与运输

在开挖作业中，装碴机可采用多种类型，如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式和大铲斗内燃装载机等。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等，运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等。运输线分有轨和无轨两种。

2钻爆法开挖的方法

上导坑法适用于软弱岩层、衬砌顺序是先拱后墙。中国短隧道一般用这种方法。中央导坑法是导坑开挖后向四周打辐射炮眼爆破出全断面或先扩大上半部。下导坑法即下导坑领先的方法。其中包括：

盾构法采用盾构作为施工机具的隧道施工方法。1825年在伦敦泰晤士河水下隧道首先试用盾构，并获得成功。此后，松软地质多采用盾构法开挖。盾构是一种圆形钢结构开挖机械，其前端为切口环，中间为支撑环，后端为盾尾。开挖时，切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作；支撑环是承受荷载的主要部分，其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械；盾尾随着上述两部分前进，保护工人安装铸铁管片或钢筋混凝土管片。盾构法适用于松软地层，施工安全，对地层扰动少，控制围岩周边准确，极少超挖。日本丹那铁路隧道曾采用盾构法施工。

发展趋势在隧道工程中，喷锚支护有可能取代构件支撑。喷锚支护的主要优点是支护及时，安全可靠，并能大量节约木材和钢材。欧洲一些国家在较弱地层的大断面爆破后，采用长锚杆结合喷混凝土做支护，已获得成功。中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。自喷锚支护发展后，对较弱岩层也可进行全断面开挖，以全断面开挖取代分部开挖。

在岩石地层中采用全断面开挖及喷混凝土衬砌，其质量好坏首先取决于光面爆破。运用新奥法原理，考虑围岩自身承载能力，可在坑道爆破后尽早采用单喷或喷锚作初期支护，随即连续量测位移，判定围岩基本稳定时间，再进行二次支护，这样可以建成较经济的衬砌结构。