一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法

摘要

本发明公开了一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，采用上下台阶法由后向前对所施工岩石隧道的隧道洞口段进行开挖；对隧道洞口段进行开挖时，过程如下：一、上台阶开挖及上部初期支护施工：对隧道洞口段的上部土体进行开挖时，由后向前分多个开挖节段进行开挖，各开挖节段的开挖方法均相同且均采用机械掏槽与弱爆破相结合的方法进行开挖；对任一个开挖节段进行开挖时，过程如下：测量放线、掏槽眼机械掏槽施工、钻爆施工和出碴运输；二、下台阶开挖及下部初期支护施工。本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本低且实现方便、使用效果好，能简便、快速完成隧道洞口段开挖过程，并能有效减小爆破有害效应。

说明书

技术领域

本发明属于隧道开挖施工技术领域，尤其是涉及一种浅埋大跨度岩石隧 道洞口段弱爆破开挖施工方法。

背景技术

近年来，由于城市建设发展的需要，不少地方政府投资建设了大量的 市政隧道工程，由于工程所处特殊地理位置环境的要求，往往处于城市、 风景区、森林保护区中的隧道洞口段，采用钻爆法施工时公安机关、环保 部门和建设主管部门对其产生的爆破有害效应控制更加严格，甚至不予批 准使用爆破作业。爆破有害效应主要有爆破震动、爆破冲击波、爆破噪音、 爆破粉尘、有害气体以及爆破产生的飞石。常规的安全防护措施为阻挡、 躲避和安全警戒。为减小爆破有害效应、改善山岭隧道洞口段的爆破效果， 目前从施工方法上尚无可借鉴的优化调整后的施工先例。

随着目前人们对工程施工安全技术、环境影响的要求不断提高，隧道 洞口段施工爆破产生的有害效应尤其被人诟病，特别是山岭隧道处于风景 区、稀有树种保护林区或其他敏感位置，选择一个合理的施工方法，使飞 石、振动、烟尘处于《爆破安全规程》范围内，并获得爆破作业安全许可 至关重要。现如今，没有成熟的爆破防护安全要求及对应的爆破防护方法， 经常采用低功效、费用高的非爆破技术回避高风险作业或者冒险作业后善 后修复损毁的方法。因而，需设计一种方法步骤简单、设计合理、投入成 本低且实现方便、使用效果好的浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施 工方法，能简便、快速完成隧道洞口段开挖过程，并能有效减小爆破有害 效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其方法步骤简单、设 计合理、投入成本低且实现方便、使用效果好，能简便、快速完成隧道洞 口段开挖过程，并能有效减小爆破有害效应。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种浅埋大跨度岩石 隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征在于：采用上下台阶法由后向前 对所施工岩石隧道的隧道洞口段进行开挖，所述隧道洞口段的隧道断面分 为上下两个开挖断面；对所述隧道洞口段进行开挖时，过程如下：

步骤一、上台阶开挖及上部初期支护施工：沿所施工岩石隧道的纵向 延伸方向，由后向前对所述隧道洞口段的上部土体进行开挖，开挖过程中 由后向前对开挖成型的所述隧道洞口段的隧道洞上部进行初期支护；

其中，对所述隧道洞口段的上部土体进行开挖时，由后向前分多个开 挖节段进行开挖，各开挖节段的开挖方法均相同且均采用机械掏槽与弱爆 破相结合的方法进行开挖；对任一个开挖节段进行开挖时，过程如下：

步骤101、测量放线：在隧道掌子面上对当前所开挖节段的开挖轮廓 线分别进行测量放线，并对当前所开挖节段的开挖断面上需开设炮眼的数 量和各炮眼的外轮廓线分别进行确定；

当前所开挖节段的开挖断面为当前开挖断面且其为所述隧道洞口段 的上开挖断面，当前所开挖节段的开挖轮廓线为当前开挖断面的外轮廓 线；

当前开挖断面上开设有一个掏槽眼、一圈沿当前开挖断面的外轮廓线 由前至后布设的周边眼和一圈或多圈布设在掏槽眼与一圈所述周边眼之 间的辅助眼，所述掏槽眼位于当前开挖断面的中部下方；多圈所述辅助眼 由内至外进行布设；所述掏槽眼为矩形槽且其槽深D＝1m～1.5m，所述掏槽 眼的开槽面积其中S为当前开挖断面的面积，L 为掏槽眼的长度，H为掏槽眼的宽度，且L＞H；

步骤102、掏槽眼机械掏槽施工：根据步骤101中所确定掏槽眼的外 轮廓线，沿槽深方向由后向前分多个掏槽节段对掏槽眼进行掏槽施工；各 掏槽节段的掏槽施工方法均相同；

对任一个掏槽节段进行掏槽施工时，均采用破碎器由左至右分多次进 行掏槽施工；每一次对掏槽眼进行掏槽施工时，均采用所述破碎器由上向 下进行敲凿，敲凿方向为由上至下逐渐向右倾斜且向右倾斜角度A＝15°～ 20°；

步骤103、钻爆施工：根据步骤101中所确定的各辅助眼和各周边眼 的外轮廓线，采用钻孔设备对辅助眼和周边眼分别进行钻孔，再分别在钻 孔成型的各辅助眼和各周边眼内装药，装药完成后起爆进行爆破；

步骤104、出碴运输：采用运碴车将步骤103中爆破后产生的碴石运 送至所施工岩石隧道的隧道洞口外，完成当前开挖节段的开挖过程；

步骤105、下一个开挖节段开挖：按照步骤101至步骤104中所述的 方法，对下一个开挖节段进行开挖；

步骤二、下台阶开挖及下部初期支护施工：步骤一中进行上台阶开挖 及上部初期支护施工过程中，采用钻爆法由后向前对所述隧道洞口段的下 部土体进行开挖，开挖过程中由后向前对开挖成型的所述隧道洞口段的隧 道洞下部进行初期支护。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤101中所述的L＝H+Δh，其中Δh＝15cm～100cm。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤101中所述辅助眼和周边眼的钻眼深度均相同且其钻眼深度 d＝D-Δd，其中Δd＝10cm～20cm；步骤一中多个所述开挖节段的长度均为d。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：所述隧道洞口段的上下两个开挖断面分别为弓形和长方形；步骤101 中所述当前开挖断面为弓形，所述当前开挖断面的面积S＝70m²～80m²且其 底部宽度为30m～40m；一圈所述周边眼包括多个沿所述当前开挖断面的拱 部边缘线由左至右布设的第一周边眼和多个沿所述当前开挖断面的底部 边缘线由左至右布设的第二周边眼，多个所述第一周边眼呈均匀布设且相 邻两个所述第一周边眼之间的间距为1m～1.2m，多个所述第二周边眼呈均 匀布设且其均布设在同一直线上，相邻两个所述第二周边眼之间的间距为 1.7m～1.9m；所述当前开挖断面的拱部边缘线为拱线L1；

所述辅助眼的数量为三圈，三圈所述辅助眼由内至外布设，三圈所述 辅助眼由内至外分别为布设在拱线L4、拱线L3和拱线L2上的内圈辅助眼、 中圈辅助眼和外圈辅助眼；每圈所述辅助眼均包括多个由左至右布设在同 一拱线上的辅助眼；所述中圈辅助眼中的多个所述辅助眼呈均匀布设且相 邻两个所述辅助眼之间的间距为1.7m～1.9m，所述外圈辅助眼中的多个所 述辅助眼呈均匀布设且相邻两个所述辅助眼之间的间距为1.5m～1.7m；所 述内圈辅助眼中包括两个位于掏槽眼左侧的左侧辅助眼和两个位于掏槽 眼右侧的右侧辅助眼，两个所述左侧辅助眼与两个所述右侧辅助眼呈对称 布设，两个所述左侧辅助眼之间的间距为1.8m～2.2m；拱线1与拱线2 之间的间距为1.3m～1.5m，拱线2与拱线3之间的间距为1.7m～1.9m， 拱线3与拱线4之间的间距为2.2m～2.4m。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤102中采用破碎器由左至右分多次进行掏槽施工时，多次掏槽施 工的敲凿方向均相同且其敲凿宽度均相同。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤102中进行掏槽眼机械掏槽施工之前，先采用超前小导管对当前 开挖节段的拱部进行注浆加固。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤101中所述掏槽眼底部与当前开挖断面底部之间的间距为10cm～ 15cm。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤103中在钻孔成型的各辅助眼和各周边眼内装药时，采用的装药 形式均为间隔装药，且均采用不耦合装药方式进行装药；装药完成后起爆 进行爆破时，先对各辅助眼进行爆破，再对各周边眼进行爆破；对辅助眼 和周边眼进行爆破时，采用的爆破方式均为松动爆破，且均采用微差爆破 方法进行爆破。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：步骤一中对开挖成型的所述隧道洞口段的隧道洞上部进行初期支护 时，先由后向前布设多个钢拱架，再采用锚网喷联合支护方法进行支护。

上述一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法，其特征 是：所施工岩石隧道的埋深为12m～15m且跨度为16m以上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、施工方法步骤简单、设计合理且投入成本低，实现方便。

2、所采用的施工设备简单，设备投入成本低且操控简易。

3、使用效果好且实用价值高，对隧道洞口段的上部土体进行开挖时， 采用机械掏槽与弱爆破相结合的组合开挖方法进行开挖，开挖方法简单、 实现方便且开挖施工质量易于控制，同时能使非爆破作业费用降低，并能 使爆破作业有害效应减小，提高功效，因而可快速解决爆破安全评估阶段 的评估等级设置、爆破作业阶段的安全防范措施等方面存在的问题，尤其 是能解决风景区或其他敏感区域隧道洞口段爆破的飞石、振动、烟尘问题， 采用机械辅助爆破开挖，综合调整掏槽和装药参数，降低单段起爆药量， 降低噪音、振动，减少飞石。实际施工时，使用挖掘机破碎器敲凿完成钻 爆设计中掏槽眼爆破范围的岩体，机械开挖完成掏槽后形成爆破临空面， 辅助眼和周边眼采用不耦合间隔装药，微差松动爆破。经机械掏槽后，爆 破眼位、火工材料使用量较现有钻爆施工方案相应减少，则爆破时的危害 效应影响也相应减少。采用本发明公开的机械掏槽辅助弱爆破开挖方法 后，降低了单段起爆药量，降低噪音、振动，有效地控制爆破危害效应的 影响范围，很快解决了爆破安全评估的现场验证、爆破作业阶段的安全防 范要求。

由上述内容可知，采用机械掏槽与弱爆破相结合的组合开挖方法进行 爆破时，使爆破区域形成封闭空间，对城市、风景区、稀有树种保护林区 内的隧道洞口进行施工时，能有效降低爆破有害效应、提高作业功效、节 约费用效果明显。如对洞口段位置敏感且洞口段25m范围内不允许爆破作 业的隧道洞口段进行开挖施工时，采用机械开挖成本大、功效低、工程质 量难以保证；而采用本发明公开的机械掏槽与弱爆破相结合的方法进行施 工时，爆破有害效应达到了景区苛刻的安全评估要求，施工效率提高了3 倍，费用降低了60％以上，能实现安全、可靠、环保进洞开挖掘进，达到 预先要求的工期、质量要求，实现了周边环境影响零投诉施工。

4、推广使用前景广泛，能有效确保隧道洞口段施工期间的安全、质 量、进度和成本，减小了爆破施工对周边环境的影响，具有安全、节能、 环保等优点；经核算，同单用破碎器敲凿进行开挖相比，降低了开挖施工 的费用，同时缩短了洞口段的施工工期，实现了风景区、稀有树种保护林 区洞口段施工零投诉，值得在景区隧道洞口段施工进一步推广和运用。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本低且实现方便、 使用效果好，能简便、快速完成隧道洞口段开挖过程，并能有效减小爆破 有害效应。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明进行上台阶开挖时的施工方法流程框图。

图2为本发明上开挖断面上的炮眼布设位置示意图。

图3为本发明掏槽眼的敲凿状态示意图。

附图标记说明:

1—掏槽眼；2—周边眼；3—辅助眼。

具体实施方式

如图1所示的一种浅埋大跨度岩石隧道洞口段弱爆破开挖施工方法， 采用上下台阶法由后向前对所施工岩石隧道的隧道洞口段进行开挖，所述 隧道洞口段的隧道断面分为上下两个开挖断面，详见图2；对所述隧道洞 口段进行开挖时，过程如下：

步骤一、上台阶开挖及上部初期支护施工：沿所施工岩石隧道的纵向 延伸方向，由后向前对所述隧道洞口段的上部土体进行开挖，开挖过程中 由后向前对开挖成型的所述隧道洞口段的隧道洞上部进行初期支护；

其中，对所述隧道洞口段的上部土体进行开挖时，由后向前分多个开 挖节段进行开挖，各开挖节段的开挖方法均相同且均采用机械掏槽与弱爆 破相结合的方法进行开挖；对任一个开挖节段进行开挖时，过程如下：

步骤101、测量放线：在隧道掌子面上对当前所开挖节段的开挖轮廓 线分别进行测量放线，并对当前所开挖节段的开挖断面上需开设炮眼的数 量和各炮眼的外轮廓线分别进行确定；

当前所开挖节段的开挖断面为当前开挖断面且其为所述隧道洞口段 的上开挖断面，当前所开挖节段的开挖轮廓线为当前开挖断面的外轮廓 线；

如图2所示，当前开挖断面上开设有一个掏槽眼1、多个均布设在掏 槽眼1外侧的辅助眼3和多个沿当前开挖断面的外轮廓线由前至后布设的 周边眼2，所述掏槽眼1为当前开挖断面的中部下方，多个所述辅助眼3 均布设在掏槽眼1与多个所述周边眼2之间；所述掏槽眼1为矩形槽且其 槽深D＝1m～1.5m，所述掏槽眼1的开槽面积其中 S为当前开挖断面的面积，L为掏槽眼1的长度，H为掏槽眼1的宽度，且 L＞H；

步骤102、掏槽眼机械掏槽施工：根据步骤101中所确定掏槽眼1的 外轮廓线，沿槽深方向由后向前分多个掏槽节段对掏槽眼1进行掏槽施工； 各掏槽节段的掏槽施工方法均相同；

结合图3，对任一个掏槽节段进行掏槽施工时，均采用破碎器由左至 右分多次进行掏槽施工；每一次对掏槽眼1进行掏槽施工时，均采用所述 破碎器由上向下进行敲凿，敲凿方向为由上至下逐渐向右倾斜且向右倾斜 角度A＝15°～20°；

步骤103、钻爆施工：根据步骤101中所确定的各辅助眼3和各周边 眼2的外轮廓线，采用钻孔设备对辅助眼3和周边眼2分别进行钻孔，再 分别在钻孔成型的各辅助眼3和各周边眼2内装药，装药完成后起爆进行 爆破；

步骤104、出碴运输：采用运碴车将步骤103中爆破后产生的碴石运 送至所施工岩石隧道的隧道洞口外，完成当前开挖节段的开挖过程；

步骤105、下一个开挖节段开挖：按照步骤101至步骤104中所述的 方法，对下一个开挖节段进行开挖；

步骤二、下台阶开挖及下部初期支护施工：步骤一中进行上台阶开挖 及上部初期支护施工过程中，采用钻爆法由后向前对所述隧道洞口段的下 部土体进行开挖，开挖过程中由后向前对开挖成型的所述隧道洞口段的隧 道洞下部进行初期支护。

本实施例中，所施工岩石隧道的埋深为12m～15m且跨度为16m以上。

本实施例中，所述掏槽眼1的横断面呈水平布设。

本实施例中，步骤101中所述辅助眼3和周边眼2的钻眼深度均相同 且其钻眼深度d＝D-Δd，其中Δd＝10cm～20cm。

并且，步骤101中所述的L＝H+Δh，其中Δh＝15cm～100cm。

本实施例中，步骤101中当前开挖断面的面积S＝73m²。并且，所述掏 槽眼1的长度L＝3m、宽度H＝2.8m且其槽深D＝1.2m。因而，Δh＝20cm。

本实施例中，步骤101中所述掏槽眼1底部与当前开挖断面底部之间 的间距为10cm～15cm。

实际施工时，可根据具体需要，对掏槽眼1的长度L、宽度H和其槽 深D的大小以及所述掏槽眼1底部与当前开挖断面底部之间的间距分别进 行调整。

本实施例中，所述辅助眼3和周边眼2的布置方式与常规钻爆法中采 用的布置方式相同。

本实施例中，所述隧道洞口段的上下两个开挖断面分别为弓形和长方 形。步骤101中所述当前开挖断面为弓形，所述当前开挖断面的面积 S＝70m²～80m²且其底部宽度为30m～40m；一圈所述周边眼2包括多个沿所 述当前开挖断面的拱部边缘线由左至右布设的第一周边眼和多个沿所述 当前开挖断面的底部边缘线由左至右布设的第二周边眼，多个所述第一周 边眼呈均匀布设且相邻两个所述第一周边眼之间的间距为1m～1.2m，多个 所述第二周边眼呈均匀布设且其均布设在同一直线上，相邻两个所述第二 周边眼之间的间距为1.7m～1.9m；所述当前开挖断面的拱部边缘线为拱线 L1。

所述辅助眼3的数量为三圈，三圈所述辅助眼3由内至外布设，三圈 所述辅助眼3由内至外分别为布设在拱线L4、拱线L3和拱线L2上的内圈 辅助眼、中圈辅助眼和外圈辅助眼；每圈所述辅助眼3均包括多个由左至 右布设在同一拱线上的辅助眼3；所述中圈辅助眼中的多个所述辅助眼3 呈均匀布设且相邻两个所述辅助眼3之间的间距为1.7m～1.9m，所述外圈 辅助眼中的多个所述辅助眼3呈均匀布设且相邻两个所述辅助眼3之间的 间距为1.5m～1.7m；所述内圈辅助眼中包括两个位于掏槽眼1左侧的左侧 辅助眼和两个位于掏槽眼1右侧的右侧辅助眼，两个所述左侧辅助眼与两 个所述右侧辅助眼呈对称布设，两个所述左侧辅助眼之间的间距为1.8m～ 2.2m；拱线1与拱线2之间的间距为1.3m～1.5m，拱线2与拱线3之间的 间距为1.7m～1.9m，拱线3与拱线4之间的间距为2.2m～2.4m。

实际施工时，所述辅助眼3和周边眼2的孔径均为4cm～8cm。

本实施例中，步骤一中多个所述开挖节段的长度均为d。

本实施例中，步骤二中由后向前对所述隧道洞口段的下部土体进行开 挖，开挖进度比步骤一中对所述隧道洞口段上部土体进行开挖的开挖进度 慢。并且，步骤二中由后向前对所述隧道洞口段的下部土体进行开挖时， 由后向前分多个开挖节段进行开挖。

本实施例中，步骤102中进行掏槽眼机械掏槽施工之前，先采用超前 小导管对当前开挖节段的拱部进行注浆加固。

实际施工时，采用超前小导管对当前开挖节段的拱部进行注浆加固 时，采用常规的超前小导管注浆加固方法进行注浆加固，施工中注意控制 钻眼深度以及所采用超前小导管的长度、间距、外插角、搭接长度等参数。

本实施例中，采用超前小导管对当前开挖节段的拱部进行注浆加固 时，采用注浆机的型号为HHV-5D。

本实施例中，步骤102中所述破碎器为液压破碎器，也称液压破碎锤； 所述破碎器的动力来源是挖掘机、装载机或泵站提供的压力。

本实施例中，所述破碎器安装于日本小松PC200-6挖掘机上的液压破 碎器，且该破碎器为小松挖掘机破碎锤PC200。

实际施工时，也可以采用其它型号的挖掘机和破碎器。

本实施例中，步骤102中采用破碎器由左至右分多次进行掏槽施工时， 多次掏槽施工的敲凿方向均相同且其敲凿宽度均相同。

本实施例中，所述掏槽眼1施工完成后，形成爆破的临空面。

本实施例中，步骤103中在钻孔成型的各辅助眼3和各周边眼2内装 药时，采用的装药形式均为间隔装药，且均采用不耦合装药方式进行装药； 装药完成后起爆进行爆破时，先对各辅助眼3进行爆破，再对各周边眼2 进行爆破；对辅助眼3和周边眼2进行爆破时，采用的爆破方式均为松动 爆破，且均采用微差爆破方法进行爆破。

本实施例中，步骤103中进行钻爆施工时，由于掏槽眼1没有进行爆 破作业，因而单个开挖节段最大装药量减少1/3。实际，施工过程中可根 据围岩情况调整循环进尺的长度。其中，循环进尺的长度与步骤一中所述 开挖节段的长度相同。

本实施例中，步骤104中进行出碴运输时，采用常规的无轨运输方式 进行出碴运输。

出碴运输过程中，采用装载机的型号为ZL50C。

本实施例中，步骤一中对开挖成型的所述隧道洞口段的隧道洞上部进 行初期支护时，先由后向前布设多个钢拱架，再采用锚网喷联合支护方法 进行支护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是 根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构 变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。