一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工工程技术领域，具体涉及一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法。

背景技术

在当前的隧道工程施工中，石质围岩开挖工艺多采用传统的钻爆法，即按照爆破设计在岩体上钻凿出一定孔径和深度的炮眼，炮眼设置有掏槽眼、扩大眼、辅助眼、底板眼和周边眼，并进行装药、连线和引爆，从而达到开挖的目的。

但在传统的钻爆法开挖施工中，影响隧道开挖施工质量和施工成本的关键因素——超欠挖问题却一直存在于工程实际中，特别是拱顶及拱肩的周边眼在钻孔过程中，受钻孔设备均存在一定外插角、隧道围岩地质情况较差等客观因素和作业人员钻孔角度控制随意等主观因素影响，导致隧道开挖轮廓爆破效果差，超欠挖严重，进而造成初期支护喷射混凝土消耗量过大。

为做好超欠挖控制，目前各专业爆破单位多采用的举措有严格钻爆设计，动态调整爆破参数，严控周边眼钻孔角度和成孔质量，合理确定炮眼布置、数目、深度、角度、装药量、装药结构、起爆方法及起爆顺序等，但上述系列举措仍未能解决隧道拱顶及拱肩的周边眼受钻孔设备存在一定外插角影响导致超挖严重的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服隧道拱顶及拱肩的周边眼受钻孔设备存在一定外插角影响导致超挖严重的问题，从而提供一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，对钻爆法施工工艺进行优化，将钻爆法施工工艺的单排周边眼，优化调整为长短结合的一排周边眼和一排周边眼外辅助眼。

进一步优化技术方案，包括以下步骤：

S1.确定周边眼的具体钻孔位置；

S2.确定周边眼外辅助眼的具体钻孔位置，使周边眼外辅助眼位于周边眼外围；

S3.确定辅助眼、掏槽眼、底板眼、扩大眼的钻孔位置；

S4.控制周边眼和周边眼外辅助眼的钻进深度，并使周边眼的钻进深度大于周边眼外辅助眼的钻进深度，使若干周边眼和周边眼外辅助眼构成长短双排眼；

S5.按照确认好的钻孔位置，对周边眼、周边眼外辅助眼、辅助眼、掏槽眼、底板眼和扩大眼进行钻孔；

S6.钻孔完成后，按照爆破设计进行装药。

进一步优化技术方案，所述步骤S1中，根据围岩地质情况所确定的循环进尺延米量，并按照施工规范中隧道超欠挖要求，经模拟制图计算，得出周边眼的具体钻孔位置。

进一步优化技术方案，所述步骤S2中，根据模拟制图计算结果，得出周边眼外辅助眼的具体钻孔位置。

进一步优化技术方案，在进行所述步骤S4前，在完成周边眼和周边眼外辅助眼的测量放样工作基础上，按照确定好的周边眼钻孔位置，并控制周边眼钻孔角度和成孔质量，确保实际钻孔外插角接近客观外插角。

进一步优化技术方案，所述步骤S6中，周边眼外辅助眼采用小直径药卷间隔装药。

进一步优化技术方案，所述步骤S6中，按照爆破设计进行装药时，控制周边眼装药不耦合系数、装药量、装药结构、起爆方法及起爆顺序。

进一步优化技术方案，还包括以下步骤：

施工过程中注重根据围岩情况，动态调整爆破参数，合理确定炮眼布置、数目、深度、角度、装药量、装药结构、起爆方法及起爆顺序。

进一步优化技术方案，所述周边眼和周边眼外辅助眼在打孔时分别向远离掌子面中心处倾斜打孔。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，在传统的钻爆法施工工艺基础上，通过优化改变周边眼的钻孔方式，从而提升隧道拱顶及拱肩开挖质量控制水平，达到预期的开挖轮廓效果。

2.本发明提供的一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，解决了隧道爆破开挖施工中，因钻孔设备存在一定外插角导致隧道超挖严重的问题，特别是每循环接茬处，超挖值由传统的15cm-25cm，优化为5cm-10cm，且采用该方法，欠挖值均满足规范要求，有着显著的提升。通过采用该方法大幅提升了隧道爆破开挖质量控制水平，降低了喷射混凝土超耗量，节约了施工成本，且施工操作简单便利。

3.本发明提供的一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，通过采用该方法，突破了传统的中硬岩单循环进尺3m左右的常态，实现了中硬岩单循环进尺达4m以上，通过加大单循环进尺，大幅提升了隧道开挖施工工效，大幅降低了隧道整体施工工期，节约了施工成本。

4.本发明提供的一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，随着隧道开挖质量的提升，避免了对于这些超挖部分，在完全堆砌以后会形成大小不一的缝隙或者空洞，使隧道岩层的稳定性下降，给隧道带来的安全隐患。大幅改善了拱顶拱肩因超欠挖的挖掘轮廓而更加容易形成应力集中，对岩层的稳定带来严重负面影响，从而直接降低隧道工程的使用寿命等情况。

5.本发明提供的一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，周边眼和周边眼外辅助眼在打孔时分别向远离掌子面中心处倾斜打孔，并使得周边眼外辅助眼位于周边眼外围，进而可分别在周边眼和周边眼外辅助眼内填装炸药，可降低周边眼的外插角，即降低周边眼的倾斜程度，降低周边眼的最外端距离开挖轮廓线之间的间距，进而来降低隧道的超挖量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为隧道初期支护衬砌横断面示意图；

图2为传统钻爆法拱顶及拱肩周边眼施做时图1的A-A向剖视图；

图3为本发明长短双排眼钻爆法拱顶及拱肩周边眼施做时图1的A-A向剖视图；

图4为传统钻爆法拱顶及拱肩周边眼钻孔布置示意图；

图5为本发明长短双排眼钻爆法拱顶及拱肩周边眼钻孔布置示意图。

附图标记：

1、开挖轮廓线，2、周边眼，3、周边眼外辅助眼，4、辅助眼，5、掏槽眼，7、底板眼，8、扩大眼，9、掌子面，10、支护衬砌。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

需要说明的是，“超欠挖”，是以设计开挖轮廓线为基准，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖”；“外插角”是在钻头钻进过程中出现的位置偏差；“掌子面”，指的是开挖坑道(采煤、采矿或隧道工程中)不断向前推进的工作面；“周边眼”，是布置于井巷四周靠近岩壁的炮眼，其作用是形成井巷断面形状；“掏槽眼”的作用是将开挖面上某一部位的岩石掏出一个槽，以形成新的临空面，为其他炮眼的爆破创造有利条件；“辅助眼”的作用是进一步扩大掏槽体积和增大爆破量，并为周边眼创造有利的爆破条件。

在传统的钻爆法开挖施工中，影响隧道开挖施工质量和施工成本的关键因素——超欠挖问题却一直存在于工程实际中，如图2所示，在钻孔过程中受支护衬砌10的影响，钻孔设备在钻孔时需要倾斜向外在掌子面上钻孔，存在一定外插角，特别是拱顶及拱肩的周边眼在钻孔过程中，受钻孔设备均存在一定外插角、隧道围岩地质情况较差等客观因素和作业人员钻孔角度控制随意等主观因素影响，导致隧道开挖轮廓爆破效果差，超欠挖严重，进而造成初期支护喷射混凝土消耗量过大。

为做好超欠挖控制，目前各专业爆破单位采用的举措仍未能解决隧道拱顶及拱肩的周边眼受钻孔设备存在一定外插角影响导致超挖严重的问题。经大量调研统计，当前各专业爆破单位每循环拱顶接茬处的最大超挖值基本都达15-25cm，特别是当加大循环进尺时，拱顶接茬处的超挖量将更大。因此，如何进一步提高隧道开挖质量，降低喷射混凝土的超耗量，并实现降低成本，提高施工工效的目的，是隧道开挖施工的重中之重。

为解决隧道开挖施工中，拱顶及拱肩的周边眼受钻孔设备存在一定外插角影响导致超挖严重的问题，进一步提高隧道开挖质量控制水平，降低喷射混凝土的超耗量，并实现加大循环进尺，提高施工工效的目的，本发明提供了一种大幅提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，简称长短双排眼施工方法。

如图1、图3、图5所示，本实施例公开了一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，该方法是对传统的钻爆法施工工艺(如图4所示)进行优化，将钻爆法施工工艺的单排周边眼，优化调整为长短结合的一排周边眼2和一排周边眼外辅助眼3。长短双排眼施工方法是在传统的钻爆法施工工艺基础上，通过优化改变周边眼的钻孔方式，从而提升隧道拱顶及拱肩开挖质量控制水平，达到预期的开挖轮廓效果。该方法的主要原理是将传统钻爆法的单排周边眼，优化调整为长短结合的周边眼和周边眼外辅助眼。

一种提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，具体包括以下步骤：

S1.确定周边眼2的具体钻孔位置。具体方法为：根据围岩地质情况所确定的循环进尺延米量，并严格按照施工规范中隧道超欠挖要求，经模拟制图计算，得出周边眼2的具体钻孔位置，即掌子面周边眼钻孔位置需沿着掌子面开挖轮廓线1向隧道掌子面中心内收的距离。例如，根据围岩地质情况确定本循环进尺4m，经制图模拟计算，最适宜周边眼的具体钻孔位置为沿着掌子面开挖轮廓线向隧道掌子面中心内收20cm。

在本步骤中，周边眼2设置有若干个，分别沿掌子面开挖轮廓线的方向间隔布置。相邻的两个周边眼2之间的间距为0.7mm。

S2.确定周边眼外辅助眼3的具体钻孔位置，使周边眼外辅助眼3位于周边眼2外围。具体方法为：根据模拟制图计算结果，得出周边眼外辅助眼3的具体钻孔位置，即掌子面周边眼外辅助眼3钻孔位置需沿着掌子面开挖轮廓线向隧道掌子面中心内收的距离。例如，根据围岩地质情况确定本循环进尺4m，经制图模拟计算，最适宜周边眼外辅助眼的具体钻孔位置为沿着掌子面开挖轮廓线向隧道掌子面中心内收5cm。

在本步骤中，周边眼外辅助眼3设置有若干个，分别沿掌子面开挖轮廓线的方向间隔布置。相邻的两周边眼2与周边眼外辅助眼3之间的间距为0.2mm。

周边眼2和周边眼外辅助眼3在打孔时分别向远离掌子面9中心处倾斜打孔，并使得周边眼外辅助眼3位于周边眼2外围，进而可分别在周边眼2和周边眼外辅助眼3内填装炸药，进而可降低周边眼2的外插角，即降低周边眼2的倾斜程度，降低周边眼2的最外端距离开挖轮廓线之间的间距，进而来降低隧道的超挖量。

S3.确定辅助眼4、掏槽眼5、底板眼7、扩大眼8的钻孔位置。隧道开挖施工中，辅助眼4、掏槽眼5、底板眼7、扩大眼8均采用传统钻爆设计。

S4.在完成周边眼2和周边眼外辅助眼3的测量放样工作基础上，严格按照确定好的周边眼2钻孔位置，并严格控制周边眼钻孔角度和成孔质量，确保实际钻孔外插角接近客观外插角。

控制周边眼2和周边眼外辅助眼3的钻进深度，并使周边眼2的钻进深度大于周边眼外辅助眼3的钻进深度，使若干周边眼2和周边眼外辅助眼3构成长短双排眼。

周边眼的钻进深度为循环进尺延米量，简称长短双排眼施工方法中的长眼，如上述举例，周边眼的钻进深度为4m。周边眼外辅助眼的钻进深度基本为循环进尺一半左右，简称长短双排眼施工方法中的短眼，如上述举例，周边眼外辅助眼的钻进深度为1.14m。

S5.按照确认好的钻孔位置，对周边眼2、周边眼外辅助眼3、辅助眼4、掏槽眼5、底板眼7和扩大眼8进行钻孔。

S6.钻孔完成后，按照爆破设计进行装药。注重严控周边眼装药不耦合系数、装药量、装药结构、起爆方法及起爆顺序等。不耦合系数是在控制爆破中是一个很重要的参数，是指炮孔直径与装入炮孔的药包直径的比值，此值反映药包在炮孔中与孔壁接触的状况；当不耦合系数的值为1时，药包的爆轰波可直接传递给岩石，且效率最大；当此值增大时则存在着爆炸能量的无益消耗，爆压也将随着大大降低。

周边眼外辅助眼3采用小直径药卷间隔装药，确保隧道开挖轮廓受爆破扰动少、炮眼残存率高、爆破效果好。

隧道开挖施工中，注重根据围岩情况，动态调整爆破参数，合理确定炮眼布置、数目、深度、角度、装药量、装药结构、起爆方法及起爆顺序等。

经现场实践验证，采用长短双排眼施工方法进行隧道爆破开挖施工，具有以下优点：

1.解决了隧道爆破开挖施工中，因钻孔设备存在一定外插角导致隧道超挖严重的问题，特别是每循环接茬处，超挖值由传统的15cm-25cm，优化为5cm-10cm，且采用该方法，欠挖值均满足规范中“当岩石完整、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，每1m2内欠挖面积不宜大于0.1m

2.通过采用该方法，突破了传统的中硬岩(II级、III级围岩)单循环进尺3m左右的常态，实现了中硬岩(II级、III级围岩)单循环进尺达4m以上，通过加大单循环进尺，大幅提升了隧道开挖施工工效，大幅降低了隧道整体施工工期，节约了施工成本。

3.随着隧道开挖质量的提升，避免了对于这些超挖部分，在完全堆砌以后会形成大小不一的缝隙或者空洞，使隧道岩层的稳定性下降，给隧道带来的安全隐患。大幅改善了拱顶拱肩因超欠挖的挖掘轮廓而更加容易形成应力集中，对岩层的稳定带来严重负面影响，从而直接降低隧道工程的使用寿命等情况。

经现场实践应用，通过采用长短双排眼爆破开挖施工方法，操作简单，施工便利，同传统工艺相比较，在质量、经济性、安全性、施工工效等方面均有着显著的成效，特别是每循环接茬处，超挖值由传统的15cm-25cm，优化为5cm-10cm，喷射混凝土超耗比降低约25％左右。通过采用发明的提升隧道超欠挖控制水平的爆破开挖施工方法，大幅提升了隧道爆破开挖质量控制水平，降低了喷射混凝土超耗量，加大单循环进尺，提升了隧道开挖施工工效，节约了施工成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。