钻爆法隧道施工技术要点

钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的隧道施工方法。从早期的人工手把钢钎、锤击凿孔、火雷管引爆，发展到现代采用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等先进爆破技术。钻爆法施工由超前地质预报、钻爆施工、隧道掘进爆破、机械开挖、出渣运输、支护衬砌等环节组成，各环节紧密衔接，共同保障隧道施工的安全与质量。

一.超前地质预报

超前地质预报是指利用钻探和现代物探等手段，探测隧道开挖面前方的地质情况，掌握前方岩土体结构、地下水及瓦斯赋存、地应力等信息，避免施工过程中发生涌水、瓦斯突出、岩爆、大变形等地质灾害。

1.1 预报目的与内容

超前地质预报的目的包括：

• 进一步查清工作面前方工程地质和水文地质条件，指导施工顺利进行
• 降低地质灾害发生的概率和危害程度
• 为优化工程设计提供依据
• 为编制竣工文件提供基础资料

预报主要内容涉及四大项目：

• 地层岩性预报：软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土
• 地质构造预测预报：断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况
• 不良地质预测预报：岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况
• 地下水预测预报：岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况

1.2 预报长度划分

按预报长度分为三类：

• 长距离预报（100m以上）：采用地质调查法、地震波反射法及100m以上的超前钻探等
• 中距离预报（30100m）：采用地质调查法、弹性波反射法及30100m的超前钻探等
• 短距离预报（30m以内）：采用地质调查法、电磁波反射法（地质雷达探测）及小于30m的超前钻探等

1.3 预报方法

（1）地质调查法：包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描。地表补充地质调查贯穿整个施工期间，对隧道所处区域地质条件进行进一步调查与核实；隧道内地质素描则记录地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点等信息。

（2）超前钻探法：在隧道开挖面沿前进方向施作超前地质钻孔，包括超前地质钻探（利用钻机获取地质信息）和加深炮孔探测（利用风钻或凿岩台车钻小孔径浅孔）。

（3）物探法：利用声波法、电测法、电磁波反射法、地震波反射法和红外探测法等物理原理进行勘探，具有快速、超前探测距离大、对施工干扰小的优点。

（4）超前导坑预报法：以超前导坑中揭示的地质情况，通过地质理论和作图法预报正洞地质条件，分为平行超前导坑法和正洞超前导坑法。

（5）综合超前地质预报方法：遵循"以地质分析为核心，综合物探与地质分析结合，洞内外结合，长短预测结合，物性参数互补"的原则，采用多种方法综合分析。

综合预报的核心原则：以地质分析为核心贯穿始终，物探解译与地质分析紧密结合，长距离预报指导下的短距离精确预报。

二.钻爆施工关键技术

钻爆施工包括钻孔、装药、堵塞、起爆以及爆破后问题处理等工序。隧道爆破通常要求每一循环进尺尽可能大，但也要防止过高估计爆破效果带来的困难。

2.1 钻孔与装药

目前广泛采用的钻孔设备为凿岩机和钻孔台车。施钻前应由专门人员根据设计布孔图现场布设，标出掏槽孔和周边孔位置，严格按照炮孔的设计位置、深度、角度和孔径施钻。

装药前应将炮孔内残渣、积水排除干净。隧道爆破常采用的装药结构有：

• 连续装药：按雷管位置分为正向起爆和反向起爆。反向起爆有利于克服岩石挟制作用，能提高炮孔利用率、减小岩石破碎块度，爆破效果较好，但装药要求严格，有水条件下易受潮拒爆
• 间隔装药
• 不耦合装药

周边孔一般采用小直径药卷连续装药或普通药卷间隔装药结构，岩石很软时也可用导爆索装药结构，孔深小于2m时可采用空气柱装药结构。

2.2 堵塞起爆与起爆顺序

炮孔堵塞材料一般为砂子和黏土的混合物，砂子占40%~50%，黏土占50%~60%。当炮孔直径为φ25mm和φ50mm时，堵塞长度不能小于18cm和45cm。堵塞长度通常不能小于最小抵抗线。

起爆顺序要求：

• 除预裂爆破的周边孔最先起爆外，起爆顺序由内向外逐层起爆
• 各层炮孔之间的起爆时差越小，爆破效果越好，常采用40~200ms的微差爆破
• 内圈炮孔先起爆、外圈炮孔后起爆，顺序不能颠倒
• 同圈孔必须同时起爆，尤其是掏槽孔和周边孔
• 深孔爆破时，掏槽炮与辅助炮之间的时差应稍加大，保证掏槽炮将石渣抛出槽口

起爆网络多采用导爆管起爆系统。目前多采用孔内控制微差爆破，将迟发雷管装入孔内药卷中实现微差爆破。当雷管段数不够时，可采用孔内、孔外混合及串联、并联混合网络。

2.3 盲炮的预防与处理

盲炮是指炮孔内炸药因故未发生爆炸的现象。

预防措施：

• 爆破器材妥善保管、严格检查，禁止使用不符合要求的器材
• 同一串联支路电雷管电阻差不应大于0.8Ω，重要工程不超过0.3Ω
• 提高爆破设计质量，必要时进行网路模拟试验
• 电力起爆网路接地电阻不得小于0.1MΩ

处理原则：

• 浅孔盲炮：可重新起爆；打平行孔装药爆破（平行孔距盲炮孔口不小于0.3m）；用木制工具掏出填塞物诱爆
• 深孔盲炮：网路未破坏可重新连线起爆；距盲炮口不小于10倍炮孔直径处打平行孔；非抗水炸药可灌水失效处理
• 盲炮应在当班处理，不能处理完毕应现场交接清楚

2.4 超欠挖控制

隧道允许超欠挖值因围岩级别而异：

• 拱部：I级围岩平均10cm（最大20cm），IIIV级平均15cm（最大25cm），VVI级平均10cm（最大15cm）
• 边墙、仰拱、隧底：平均10cm
• 隧道不应欠挖，拱脚和墙脚以上1m范围内严禁欠挖

超欠挖的原因包括地质条件、钻孔设备、炸药品种及装药结构、爆破设计不当、施工操作等因素。防止或减少超欠挖的措施：

• 优化每循环进尺，钻孔深度控制在4m以内
• 选择与岩石波阻抗相匹配的炸药品种
• 利用空孔导向或异型钻头
• 合理利用装药不耦合系数或间隔装药方式
• 提高施工人员素质，加强岗位责任制

三.隧道掘进爆破技术

隧道掘进中常采用周边爆破（又称轮廓爆破），主要形式为光面爆破。周边爆破的目的是使爆破后设计开挖轮廓线形状规整、光滑，更重要的是爆破轮廓线以外的岩石破坏小，保持原有强度和稳定性。

3.1 光面爆破

光面爆破多用于隧道掘进和矿山巷道掘进。

设计步骤：

• 收集基本资料（断面大小、循环进尺、岩石种类及物理力学性质等）
• 确定施工顺序（全断面开挖或预留光爆层的分次开挖）
• 选择合理的光面爆破参数（炮孔间距、线装药密度、周边孔抵抗线等）
• 确定炮孔装药结构
• 确定起爆方法及网路连接形式

施工要求：

• 所有周边孔应彼此平行，深度一般不比其他炮孔大
• 周边孔向外倾斜角一般取3°~5°
• 开孔位置偏差值不大于30mm，周边孔应位于断面轮廓线上

3.2 预裂爆破与定向断裂爆破

预裂爆破多用于地面开挖的台阶爆破，其施工步序为：施工准备→钻孔→药包加工→装药、堵塞和起爆。

岩石定向断裂爆破是更先进的爆破技术，采用特殊方法在周边炮孔之间连线方向上首先形成初始裂纹，为炮孔间裂纹贯通定向，从而提升周边断裂面的光滑程度。主要有三类：

• 切槽孔岩石定向断裂爆破
• 聚能药包岩石定向断裂爆破
• 切缝药包岩石定向断裂爆破

四.辅助作业

4.1 机械开挖

• 土质围岩应采用机械开挖，软弱破碎围岩宜优先采用机械开挖
• 应根据隧道结构特点、围岩特性、断面大小等因素选择合适的机械和开挖参数
• 机械开挖应及时施作初期支护

4.2 装渣运渣与弃渣

• 出渣运输宜采用汽车无轨运输方式，困难时可选用有轨运输、皮带运输或混合运输
• 出渣运输设备选型应与开挖能力相适应，装渣机械应具有移动方便、污染小的特点
• 装渣前及装渣过程中应观察围岩稳定情况，发现松动岩石或塌方征兆应先处理后装渣
• 弃渣场的支挡结构、坡面防护、排水沟等应符合设计要求

五.支护与衬砌

支护与衬砌的强度、形状和尺寸应保持围岩稳定、满足设计要求：

• 隧道喷锚支护应紧随开挖及时施作
• 喷射混凝土施工宜采用湿喷工艺
• 系统锚杆宜在下一循环开挖前完成，锁脚锚管在钢架安装就位后立即施作
• 钢筋网铺设在初喷混凝土后进行，每个交点和搭接段均应绑扎或焊接
• 钢架分节段制作，在初喷混凝土后安装
• 拱、墙混凝土应一次连续浇筑，不得采用先拱后墙浇筑
• 混凝土应从两侧边墙向拱顶、由下向上依次分层对称浇筑，两侧混凝土浇筑面高差不应大于1.0m，同一侧高差不应大于0.5m
• 衬砌施工应结合超前地质预报和现场监测结果，与设计配合合理调整支护结构

钻爆法施工时，应编制爆破方案，并应符合《爆破安全规程》GB6722—2014的相关规定，确保施工安全。

总结

钻爆法作为隧道开挖的核心工法之一，其施工质量直接关系到工程安全与进度。从超前地质预报把脉前方地质风险，到钻爆施工严格把控钻孔、装药、起爆各环节参数，再到光面爆破与定向断裂爆破等先进技术提升开挖轮廓质量，以及机械开挖、出渣运输、支护衬砌等辅助作业的有序衔接，每一环节都需科学设计、精细施工。掌握各工序的关键参数与控制要点，是确保钻爆法隧道施工安全、高效、优质的根本保障。