钻爆法隧道施工技术浅析

钻爆法隧道施工技术浅析

冯星良

中铁二局第四工程有限公司四川成都610300

摘要：随着高速公路、高速铁路等建设工程的快速发展，隧道工程数量急剧增加，隧道工程施工技术也随之得到了大力发展，本文系统总结分析了钻爆法隧道施工技术的发展现状、开挖技术及支护技术，以期为隧道工程施工提供参考。

关键词：综述；隧道工程；施工技术；钻爆法

0引言

随着社会经济水平的持续发展和人们对生活质量要求的不断提高，中国的交通运输及工程建设规模与数量在总体上呈现出不断增长的趋势。隧道作为地下通道的工程建筑物，具有某些其他工程无法比拟的优势，因此也呈现出了明显的增长趋势，具体表现为里程数不断增加，特长和长大隧道以及大规模隧道群不断涌现，以隧道方式跨越水域的工程日益增加[1]。

1钻爆法施工技术现状

钻爆法是以钻孔、装药、爆破为开挖手段，以围岩-结构共同作用为支护设计理论，采用复合式衬砌结构，以钻爆开挖作业线、装渣运输作业线、初期支护与防排水作业线、二次模筑衬砌作业线、辅助施工作业线为特点的重要、应用极广、首选的隧道施工方法。

在20世纪60年代之前，中国隧道开挖普遍采用了传统的钻爆法。20世纪60年代以来，隧道机械化施工水平的进一步提高和以岩体力学理论为基础的新奥法的引入，全断面液压凿岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道钻爆法施工[2]。

20世纪90年代以后，中国隧道工程建设事业有了较快的发展，这与隧道爆破技术的进步密切相关。大量的锚喷支护工程实践和岩石力学的迅速发展，导致了现代支护理论的建立，在此基础上出现了新奥法、挪威法、新意法等更有效的施工方法；冲击钻头改进及全液压钻孔台车的出现，大能力装渣、运渣设备的开发，新型爆破器材的研制及爆破技术的完善，超前地质预报等新技术的应用，改善围岩条件及支护技术的进步等，极大地改良了施工环境，提高了掘进速度，使得钻爆法的掘进技术得到更新[3]。当前中国隧道施工中广泛采用的是与新奥法原理相结合的钻爆法。

2隧道钻爆开挖技术

中国隧道爆破作业在20世纪60年代由原始的钢钎凿岩、打孔方式转变为手持气动冲击钻进行钻孔作业，并在1965年首次采用了光面爆破技术。70年代以后，手持风钻改进为气腿支撑式手持高性能风钻，70年代后期光面爆破基本取代了传统的爆破方法。在20世纪80年代，中国在隧道开挖爆破技术上取得了跨越式的技术进步。自20世纪60年代以来，中国对钻爆法开挖隧道进行了持续不间断的研究。从爆破方法及爆破模式的改善、光面爆破装药结构等多方面进行了研究[4-5]。目前，选择合理的掏槽形式（比如楔形掏槽）、严格控制单段最大装药量、确定合适的循环进尺和台阶长度等技术措施，能有效控制爆破震动效应对隧道稳定性的影响[6]。20世纪90年代后，在众多的隧道工程项目施工中，使用拼装式简易台架进行隧道施工钻岩、支护等作业是值得肯定的技术改进，其代价低廉，极大地促进了隧道施工能力和综合效益的提高。

在开挖方法的选择上，钻爆法中常用的有全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、双（单）侧壁导坑法、CD法、CRD法等开挖方法，这些技术己日渐成熟。每种工法具有不同的特点，对于不同的地质条件很难做到完全兼顾[7]。目前在钻爆法施工的隧道中通常采用的超前支护方法有超前锚杆、超前小导管、超前管棚等。

3隧道支护技术

钻爆法是通过各种支护技术、加固技术、预加固技术和辅助施工技术，来提高围岩的自承能力，确保隧道开挖和后续作业时结构的稳定[8]。

在钻爆法施工中，针对不同的围岩级别，采用相应的支护形式，由初期支护与二次衬砌组合成的复合式衬砌最为常用，是隧道结构的主要承载单元。其中初期支护通常采用由喷射混凝土、钢筋网、钢架及锚杆组成的组合结构，而二次衬砌常常采用模筑混凝土作为安全储备来进行设置。传统坑道开挖后的支护方法，大致可以分为钢木构件支撑（传统矿山法）和锚杆喷射混凝土支护（新奥法）2类。中国从20世纪60年代开始应用锚杆和喷射混凝土技术，近几十年来，通过工程实践积累了丰富的在不良地质等困难条件下用钻爆法修建隧道工程的成功经验。传统施工方法中初期支护采用钢木构件支撑，构件支撑在模筑整体式衬砌时通常应予以拆除，即不作为永久承载构件，被称为临时支撑。目前在隧道工程施工中，初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢拱架、钢筋网等及它们的组合组成，使用最多的组合形式是锚杆（主要指系统锚杆）加喷射混凝土（素喷或网喷）。因此，初期支护可以称为锚喷支护。

初期支护施作后即成为永久性承载结构的一部分，它与围岩共同构成了永久的隧道结构承载体系。当前常用的永久衬砌形式有：整体衬砌、复合式衬砌、拼装衬砌、锚喷衬砌4种[9]。喷射混凝土技术的发展在隧道工程支护技术发展中占有很重要的地位，目前锚喷支护技术的发展趋势主要集中在全面推行湿喷技术、钢纤维喷射混凝土和聚丙稀纤维喷射混凝土推广并应用、隧道喷射混凝土单层衬砌将成为隧道永久性衬砌3个方面。

4小结

隧道修建技术的进步为长大隧道工程的发展和开发利用地下空间奠定了基础；同时，大规模地下工程的建设也必将对隧道修建技术提出新的更高要求。为了适应今后隧道工程大规模发展的需要，展望钻爆法隧道施工的发展方向，在以后的发展中应加强施工中隧道地质勘探工作，施工中的地质超前预报技术的开发与完善和发展多种勘探手段，进而迅速及时地获得尽量多的地质信息资料，保证施工的安全。

参考文献：

[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京人民交通出版社，2010.

[2]郭陕云.隧道掘进钻爆法施工技术的进步和发展[J].铁道工程学报，2007（9）：67-74.

[3]申志军.越江隧道钻爆法施工技术[J].地下空间与工程学报，2005，1（6）：976-978.

[4]中国铁道科学研究院.客运专线大断面隧道控制爆破技术试验研究[R].北京：中国铁道科学研究院，2009.

[5]毛建安.光面爆破技术在向莆铁路青云山特长隧道工程中的应用[J].现代隧道技术，2011，48（5）：134-138.

[6]陈贵，高文学，刘冬，等.浅埋隧道开挖爆破震动监测与控制技术[J].现代隧道技术，2014，51（5）：193-198.

[7]彭立敏，刘小兵.交通隧道工程[M].长沙：中南大学出版社，2003.

[8]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[9]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京：科学出版社，2005.