隧道工程微台阶浅孔爆破技术施工方法与流程

本发明涉及隧道工程爆破，尤其涉及隧道工程微台阶浅孔爆破技术施工方法。

背景技术：

1、岩溶(又称喀斯特karst)是指可溶性岩层，如碳酸盐类岩层(石灰岩、白云岩)、硫酸盐类岩层(石膏)和卤素类岩层(岩盐)等受水的化学和物理作用产生沟槽、裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌陷使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称在本发明中所提到的岩溶主要指岩溶溶洞，是指在隧道建设中处于隧道围岩之中，对隧洞的施工产生一定影响的岩溶洞穴。而处于此类地质条件下的隧道称之为岩溶隧道。

2、随着中国工程技术的高速发展以及交通等基础设施见着标准的提高，工程线路选线中不可避免的选择隧道方式穿越复杂地形，使隧道在线路中的占比越来越大，长大隧道越来越多，地质情况也更加复杂多变。特别是在岩溶发育区的隧道建设中，岩溶隧道量大面光，灾害频发。在岩溶隧道建设中，无论围岩的稳定性如何，采用长台阶法施工，都难以满足上述工序安全距离的强制性规定。普通台阶法所有炮孔均为水平向炮孔，每个循环进尺不足2米，效率低，效果不好。因此，需要设计一种隧道工程微台阶浅孔爆破技术施工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供隧道工程微台阶浅孔爆破技术施工方法，解决普通台阶法所有炮孔均为水平向炮孔，每个循环进尺不足2米，效率低，效果不好的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、隧道工程微台阶浅孔爆破技术施工方法，所述方法包括如下步骤：

4、步骤1：利用声波测试仪和地质雷达设备，开展地质物探综合分析，实现地质预报；

5、步骤2：进行测量放线处理；

6、步骤3：进行拱部超前支护；

7、步骤4：分步开挖施工；

8、步骤5：爆破开挖施工；

9、步骤6：清渣运输，上台阶采用挖掘机翻渣，下部台阶采用挖装机装渣，自卸汽车运渣，形成挖装运作业线，施工中合理调整工序，实现钻爆、装渣、运输的机械化流水作业；

10、骤7：初期支护，采用砂浆锚杆、钢筋网、钢架及系统支护喷射混凝土共四种初期支护方式，完成施工。

11、进一步地，步骤1的具体过程为：

12、步骤1.1：收集地质资料：基于工程前期的地勘资料与现场地质踏勘，收集与分析资料为隧道施工的设计、施工方法提供指导，内容具体包括：工程区域内的宏观地质环境、大型构造发育分布情况，工程围岩处存在的具体构造类型、特征及位置，现场取样室内力学测试确定岩体力学性质，通过取岩芯确定岩体完整性，分析现场地下水状态，掌握全隧道地质背景，发现存在不良地质条件的地段与地段内的问题类型，分析各地段围岩稳定性，预判最可能地质灾害的位置及可能发生的灾害的类型、规模，并提出预防措施；

13、步骤1.2：施工地质编录：对已开挖区域的地质条件现状进行真实的描述记录，超前预报提供重要依据，具体编录内容包括：岩石岩性、岩石完整性、断层及破碎带情况、节理裂隙发育情况和地下水状况；

14、步骤1.3：围岩特性测试：根据现场实际情况，在工程需要时需展开岩石物理力学性能测试试验，需要展开的测试包括：岩石点荷载强度、岩石回弹值、岩体弹性模量和软弱面剪切强度，对于存在地应力问题的情况，还需要补充初始地应力与二次地应力场测试；

15、步骤1.4：地球物理探测：在施工过程中，每隔30m应进行一次隧道工作面前方地质条件的物理力学性质的综合物探测试，采用声波反射法和地质雷达探测法；

16、步骤1.5：地质物探综合分析：对地质和物理探测资料进行整理和综合分析，最后做出施工面前方不良地质问题的预测预报。

17、进一步地，步骤2的具体过程为：

18、步骤2.1：复测：施工前期首先应对控制网进行复测，控制网复测根据实际情况，采用全网复测或局部网点复测方式，复测的精度不低于建网时的精度；

19、步骤2.2：轮廓点放样：根据放样的需要逐步加密、补充控制点，使施工放样直接在控制点或其加密点上进行，以提高轮廓点放样的精度及其可靠性；

20、步骤2.3：导线点布设：洞内施工导线点布设满足开挖施工中放样的需要，50～100m选埋一点，施工导线必须注意校核，并每间隔数点与基本导线附和后，更正其施工导线坐标，控制测量按设计导线长度并结合洞内施工特点和条件进行测量，杜绝错误的发生；

21、步骤2.4：平面控制测量：

22、①洞内导线布设形式：分别沿隧道一侧布设双导线，每4～6条边形成闭合导线环，导线边长应根据测量设计的要求并考虑到洞内实际通视和观测条件，选择长边平均400m～500m，为与贯通测量共用的基本导线，圆弧段拉长，相邻边长保持一致，长度比不得小于1:3，桩点埋设选择洞底，基岩上钻孔铁芯锚固，埋设时应低于隧道底部平面5～10cm，上面加盖铁板或厚木板以防止车辆或机械的损坏，为便于找点使用，在边墙上用红油漆注明点号，并以箭头指明桩位，导线点兼作高程点使用，标心顶面高处桩面5mm；

23、②洞内基本导线的观测：洞内导线测角均采用方向观测法，因为洞口内外温差大，空气密度变化较剧烈，测角时目标成像即不稳定，影响照准精度，而且折光影响，给测角带来困难，测角应安排在最有力的时间进行，选择大气稳定的夜间和阴天，同时应特别注意仪器的对中误差和目标的偏心误差，在测角时应采用若干次置中整平，按照设计的导线精度控制各项限差；

24、步骤2.5：高程控制测量：洞内高程由洞外高程控制点传算，洞内应每隔200～500m设立一堆高程控制点，与平面控制点共用；

25、步骤2.6：控制测量精度：洞内基本导线的测量精度为：测边精度边长相对中误差不得低于1/100000，短边不低于1/50000，测角精度不得低于±1.8"，按三等导线的测量精度控制洞内基本导线的测角中误差，导线平差计算采用平差方式进行平差，且要求采取两人各自独立计算结果相互核对确保数据的正确性，洞内导线测量前必须做好仪器校验检查和相应的准备工作，保证仪器状态正常，观测前设定停工期，以避免施工产生的烟雾、粉尘影响到观测条件，制作专用的洞内照明设备辅助测量施工，对已接收的控制桩点和自行测设的施工控制点，检查发现损坏或位移时，应及时按相同精度进行补设。

26、进一步地，步骤3的具体过程为：

27、采用超前小导管法进行拱部超前支护施工，小导管规格为φ42mm钢管，在前部管壁按照梅花形布置溢浆孔，孔径为10mm，间距30cm，呈梅花形，顶部成尖锥状，尾长不小于30cm，每2.4m设置一环，用风枪打入，环向间距、外插角、纵向相邻两排的水平投搭接长度按设计要求施工，注浆管的外露端支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。

28、进一步地，步骤4的具体过程为：

29、步骤4.1：上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心区域，核心区域长度为3～5m，宽度为隧道开挖深度的1/3～1/2，台阶开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m；

30、步骤4.2：左右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度为1.8～3.0m，左右侧台阶错开2～3m；

31、步骤4.3：左右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度为2.0～3.0m，左右侧台阶错开2～3m；

32、步骤4.4：开挖后立即初喷3～5cm砼，上台阶开挖失跨比大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。

33、进一步地，步骤5的具体过程为：

34、步骤5.1：曲面台阶爆破设计参数：对拱形断面隧道的上台阶，或是圆形断面的上下台阶，由于隧道壁形状为明显的弧形，因此需要采用水平炮孔爆破方法，具体过程如下：

35、①循环进尺1.2～3.0m，台阶法半断面截面积越大，自由面条件越好，循环进尺取大的值；

36、②炮眼直径：35～42mm，岩体完整性好条件下取大的值；

37、③炸药单耗：掏槽孔、辅助孔取值为0.4～0.8kg/m3，岩体完整性越好越坚固取值越大；

38、④炮眼深度：在循环进尺长度基础上，掏槽孔增加10～20％作为超深，硬岩取大的值；

39、⑤周边眼：在围岩风化、破碎的地质条件下，采用光面爆破、轮廓线钻眼法、预留光爆层或风镐开挖修边，周边眼间距：e＝(8～18)d，抵抗线：w＝(10～20)d，不耦合系数：d＝(1.25～2.0)d，线装药密度：q＝0.04～0.4kg/m；

40、⑥装药结构：软岩采用竹片捆扎设定直径药卷间隔装药，底部药量加强，完整的软弱岩层采用光爆炸设定直径药连续装药；

41、⑦延时间隔：岩石间隔取值50～100ms；

42、步骤5.2：垂直浅孔爆破台阶爆破设计参数：在隧道壁为垂直或弯曲度接近直线的范围内采用垂直浅孔爆破台阶爆破进行爆破，具体过程如下：

43、①台阶高度h：如果是隧道壁为垂直的情况，根据爆破安全校核确定的安全允许药量确定单孔药量，基于单孔药量设计台阶高度，在药量允许的情况下只设一个台阶，如果因为震动控制需要则设置若干个台阶爆破施工减小振动危害效应，如果是弧形隧道壁，则需要采用更小的台阶高度，要求是台阶高度下隧道壁接近直线，有利于确保光面爆破质量；

44、②循环进尺r：循环进尺与围岩条件有关，围岩条件好时设计若干排炮孔，围岩条件差时，应减小炮孔排数；

45、③炮眼直径d：35～90mm，岩体完整性好条件下取大的值；

46、④炸药单耗q：浅孔取值为0.3～0.5kg/m3，岩体完整性越好越坚固取值越大；

47、⑤炮眼深度l：超深取0.2～0.4m。

48、⑥光面爆破：炮眼深度与浅孔相同，间距e＝(8～18)d，抵抗线w＝(10～20)d，不耦合系数d＝(1.25～2.0)d，线装药密度：q＝0.04～0.4kg/m；

49、⑦装药结构：采用连续耦合装药，如果根据爆破安全校核结果，需要采取措施进一步控制爆破振动时，则采用间隔装药爆破，间隔位置放置在装药中部，采用pvc管间隔，上部装药量占单孔药量30％；

50、⑧起爆顺序与延时间隔t：满足爆破安全校核要求时采用v型起爆法，排间延时间隔80～100ms，需要控制爆破振动时采用逐孔爆破法，延时间隔取值30～60ms；

51、步骤5.3：钻孔，具体步骤如下：

52、①为控制超挖，允许开挖轮廓线向内移动10cm作为实际开孔位置，要求外插值不大于20cm；

53、②钻孔必须做到准、平、直和齐，孔口位置误差要求：掏槽孔≤3cm，其余炮孔≤10cm，孔底位置误差要求：掏槽孔≤10cm，其余炮孔不大于5cm；

54、③钻孔前，先检查开挖断面中线、水平和断面轮廓以及炮眼布置与设计相符后再进行施工，钻孔从上往下施工，过程中需注意避免掉落碎石堵塞炮孔，钻孔完成后应用高压风清孔并根据设计检测炮孔钻孔质量并做好记录，不合格炮孔应重新钻孔，并经检查合格后方可装药爆破；

55、④浅孔爆破台阶施工时，通过左右分步施工，首先对一侧的一半台阶进行钻孔施工，另一侧用于其余台阶人员、设备、清渣的工作通行，待该侧施工完成后，对炮孔采用覆盖保护后转到另一侧进行钻孔施工，已完工的一侧供其余工序施工通行；

56、步骤5.4：爆破施工：爆破施工安排在其余台阶开展支护工序时进行，通过预先在其余台阶处堆放好支护材料设备，以及装药堵塞施工首先留出一侧供通行管理措施，减少对其余工序平行施工的影响，药卷要求在洞外专用加工坊进行加工后再运进孔内使用，并按照爆破设计图参数装药与联网，爆破前将钻孔设备、管道、作业照明器材线路的设备设施撤离工作面，所有人员撤离至安全地点后方可起爆，爆后需等待20min，待炮烟散尽后方可前往工作面，检查爆破情况，若发现盲炮应及时处理，若当班不能处理则应及时报告并做好记录，设置警告标志与警戒。

57、进一步地，步骤7的具体过程为：

58、步骤7.1：砂浆锚杆施工：采用22mm砂浆锚杆，钻孔直径φ42mm，钻孔前根据设计要求定出孔位，径向锚杆钻孔尽量保持与岩面垂直，超前锚杆外插角取值10°～15°，并根据岩体节理产状确定锚杆的最佳方向，锚杆采用螺纹钢筋制作，长度3.5m，间距1.2m×1.2m，钻孔应圆而直，孔口岩石平整，岩面与钻孔方向垂直，并在施工完成后吹出孔内杂物，用注浆泵将钻孔内压注早强水泥浆，注浆时要求将注浆管插入距离孔底5～10cm处，并随着水泥浆注入缓慢匀速拔出，确保注浆饱满无中断，注浆完成后，立即将锚杆迅速插入，轻轻锤击锚杆使深入孔底，插入孔内长度不得小于设计长度的95％，若孔口无砂浆溢出，需要将锚杆拔出后重新注浆；

59、步骤7.2：钢筋网施工：采用φ8mm钢筋，按设计预先在洞外加工成型，网格间距20cm×20cm，环筋φ8cm，纵筋φ8cm，搭接长度为1～2个网格，网片必须挂在钢架的背面，钢筋保护层不得小于2cm，钢筋网根据初喷混凝土面的实际起伏铺设，并与受喷面间隙不大于3cm，钢筋网与钢筋网、钢筋网与锚杆、钢筋网与钢架联结筋点焊接在一起，使钢筋网在喷射时不晃动，钢筋网制作前应进行校直、除锈、除油污处理，安装前，岩面初喷4cm厚度混凝土形成钢筋保护层，喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时应及时清除；

60、步骤7.3：钢架施工，钢架采用i22，间距0.5m，是为使围岩保持稳定而沿隧道开挖轮廓线布设的钢格栅、型钢、钢轨等制作成的支护骨架结构，钢架要求预先在孔外结构件厂加工成型，再在洞内用螺栓连接成整体，洞内安装在初喷混凝土后进行，与定位系筋焊接，型钢钢架间设纵向连接筋，钢架间以喷射混凝土填充，钢架拱脚必须安放在稳固的基础上，拱脚两侧设锁脚锚杆，架立时垂直隧道中线，当钢架和围岩之间间隙过大时设置混凝土楔形垫块或橡胶垫块，混凝土喷填；

61、步骤7.4：系统支护喷射混凝土施工，采用c25混凝土，厚度35cm。必须使用湿喷方法进行初期支护，喷射前应检查喷射机，确保仪器状态满足要求，通过参考类似工程或试验测试，确定合理的喷射用混凝土水胶比、砂率、石子级配，保证喷射混凝土的和易性和早期强度，喷射混凝土前应检查开挖面，确认无侵限后进行作业，喷射前对受喷面进行清理，保证受喷面清洁，对超长锚杆尾端进行切除，喷射混凝土应分段分片依次进行，喷射从上至下，分段长度不大于6m，拍摄管宜垂直于受喷面，距离受喷面0.8～1.2m，喷射压力宜控制在0.15～0.2mpa，分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若前一层混凝土终凝超过1h，复喷前应对受喷面进行压风、水清洗，然后再进行复喷，对于涌水、渗水、潮湿的工作面，先处理后再进行喷射混凝土施工，严禁重使用回弹料再喷射作业，喷射后应对混凝土进行必要的养护，并进行复核规范要求的监控测量。

62、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

63、(1)本发明采用垂直孔进行爆破，具有与露天爆破相同的良好工作空间，可以充分发挥设备的工作能力，可以实行多人平行钻孔、装药、堵塞等施工工作，从而显著提升工作效率与工作质量，爆破施工工序可以基本不影响支护、清渣等施工工序，从而实现多台阶多工序的平行有序进行，具有相比全断面法更好的自由面条件，因此爆破效果可以得到有效提升；

64、(2)采用垂直孔进行岩石破碎爆破与光面爆破，且一次台阶爆破进尺可达数米至十余米。隧道爆破微台阶浅孔爆破法通过在隧道爆破中结合地下爆破的特点，基于台阶法提供的工作面条件，运用露天浅孔爆破技术进行隧道爆破施工。相比普通的台阶法爆破，隧道爆破微台阶浅孔爆破法具有施工效率更高，爆破效果更好等优点。