甄运涛1 王 刚2 伍 伟3
1.2.3中国水利水电第三工程局有限公司 西安 710016
摘要：介绍了某隧洞工程TBM组装洞室开挖时，采取控制爆破技术的措施和实践经验。通过合理的开挖分层、现场原位爆破试验、导向样架精准造孔和预锚固等措施，有效地预防爆破对保留岩体的扰动，防止了爆破导致原生岩体结构张裂，确保了岩台的成型质量。
关键词：TBM；组装洞室；爆破技术
1 工程概况
新疆某引水隧洞工程TBM辅助洞室包括过渡段、连接洞段、组装洞段、步进洞段以及始发洞段，全长655m，其中连接段5m，连接洞段长50m，组装洞段长80m，步进洞段长500m，始发洞段长20m。TBM组装洞室分顶拱层和槽身段，其中顶拱层宽16m，高3.2m，槽身段高9.2m，宽12.3m，顶拱层和槽身段之间采用岩台过渡，岩台左右两侧对称布置，宽1.85m。TBM组装洞室断面图见图1。
图1 TBM组装洞室断面图
2 施工方法
2.1 施工原则
本工程TBM组装洞室为大跨度洞室，主要工艺原理在于通过选择合理的分层、分区和分序，为减小对保留岩体的爆破振动影响，保证边墙稳定，施工均采取手风钻水平钻孔、光面爆破方式进行。岩台以上洞室顶拱层采取中导洞领先，两侧耳洞跟进的施工顺序，并在岩台顶面预留水平保护层；岩台以下采取中槽领先，岩台预留侧向保护层跟进，最后施工洞室底板预留水平保护层的顺序，施工中严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则进行。
2.2 开挖分层
根据TBM组装洞室的设计体型和施工特点，将本TBM组装洞室自上而下分为四层进行施工。第Ⅰ层为顶拱层，分左、中、右三个分区，其中Ⅰ1为中导洞，Ⅰ2和Ⅰ3为两侧耳洞。第Ⅱ层为岩台层，分为五个分区，其中Ⅱ1为上中槽区、Ⅱ2区为岩台侧向保护层区，左右两侧各一分区，Ⅱ3为为岩台顶部水平保护层区，左右两侧各一分区。第Ⅲ层为槽身层，分左、中、右三个分区，其中Ⅲ1为中槽区，Ⅲ2为侧向保护层区，左右两侧各一分区。第Ⅳ层为槽底水平保护层。TBM组装洞室开挖分层见图2。
图2 TBM组装洞室开挖分层图
2.3 施工程序
总体工艺程序为：爆破工艺试验→顶拱层中导洞开挖支护（Ⅰ1）→两侧耳洞开挖支护（Ⅰ2）→岩台上中槽（Ⅱ1）→上中槽侧向保护层开挖（Ⅱ2）→岩台深层锚固→岩台水平保护层开挖（Ⅱ3）→岩台中槽开挖（Ⅲ1）→中槽侧向保护层开挖（Ⅲ2）→岩台周边系统加固→洞室底板水平保护层开挖（Ⅳ1）。
各分区开挖施工工艺流程如下：测量放线→样架安装（Ⅱ2、Ⅱ3）→样架精调（Ⅱ2、Ⅱ3）→造孔施工→验孔→ 样架拆除→爆破参数设计及装药爆破→出渣清底→爆破效果检查。
TBM组装洞室开挖施工程序透视图见图3。
图3 TBM组装洞室开挖施工程序透视图
3 施工方案
3.1 工艺性实验
工艺性试验结合现场生产进行试验，试验可分2~3次进行，可选取在TBM通过洞段顶拱、边墙和底板位置。通过试验确定相关部位的爆破参数、钻孔精度控制方法及岩台边角保护措施。
3.2 测量放样
根据已确定的分层分块设计图尺寸，放样各个断面的外部轮廓线，并采用红色喷漆进行标记。尤其是周边光爆孔，严格按照爆破设计的间距逐孔放样，并在后方2.5m~2.8m处标记孔向方位角，便于钻孔孔向精准控制。样架安装前，必须先放样开挖控制线，确定导向管下横杆的具体位置。
3.3 样架安装
在进行岩台光爆开挖时，为保证岩台棱角能完整的保留，提高爆破效果，采用φ50mm钢管搭设钻孔样架，样架整体稳定性须满足稳固要求。样架在初装阶段，导向管应有可调节余量，待精调后再加以固定。导向管下横杆距离岩面不宜大于20cm，上横杆距离岩面不宜大于40cm，导管长度不宜大于50cm，上横杆严禁作为钻孔操作平台受力杆。搭设钻孔操作平台，铺设马道板，另行采用脚手架进行搭设。
安装完成后进行样架调整，导向管底部距离岩石面3cm-5cm为宜，在每个导管的孔口标明每个钻孔孔底距离导向管管口的深度，以保证钻孔孔底标高一致（误差±5cm）。
3.4 钻孔施工
采用手风钻进行垂直孔钻孔，垂直钻孔需要套钻实施，并且钻孔深度不宜大于2.5m，超过2.5m不宜将钻杆拔出，造成钻杆卡住，只能置于孔内，不仅造成钻孔报废，而且造成钻杆、钻头不能再利用。鉴于上述问题，可优化为水平钻孔或上斜孔，在样架能实施的情况下便于深孔操作。
4 爆破设计
TBM组装洞室开挖爆破施工重点部位为岩台，其他部位的开挖爆破同地下洞室常规爆破，仅是岩台部位施工进行爆破设计。
4.1 钻孔参数
根据工艺性试验取得的成果，结合岩台部位开挖体型，在上中槽开挖完成后先进行上中槽侧向保护层开挖（Ⅱ2）开挖，然后进行岩台水平保护层（Ⅱ3）开挖，由于Ⅱ2区和Ⅱ3区开挖体型较小。采取YT-28型手风钻钻孔，按照工艺试验确定的最优钻孔参数。Ⅱ2区钻孔参数见表2，Ⅱ3区钻孔参数见表3。岩台部位Ⅱ2区、Ⅱ3区钻孔布置见图5。
表2 Ⅱ2区钻孔参数表
图4 岩台部位Ⅱ2区、Ⅱ3区钻孔布置图
4.2 爆破参数
根据生产性试验取得的成果，为了提高岩台的成型，每一爆块长度按20m进行控制，并采用面装药密度控制直立面和垂直面的线装药密度大小。
光爆孔药卷均事先按照爆破设计确定的装药结构采用竹片绑扎好，入孔时竹片靠洞室轮廓线一侧，药卷朝向最小抵抗线方向，爆破孔采用粘土或细砂袋进行炮孔的堵塞，堵塞长度不小于炸药的最小抵抗线。
岩台Ⅱ2区垂直垂直主爆孔采取φ25药卷连续装药，线装药密度为 q=500g/m。光爆孔线装药密度按 q=100g/m 控制。
岩台Ⅱ3区垂直光爆孔线装药密度按 q=55g/m 控制，垂直孔面装药密度 157g/m2；水平光爆孔线装药密度按 q=70g/m 控制，水平孔面装药密度 200g/m2。
岩台Ⅱ2区爆破参数见表4。岩台部位Ⅱ3区爆破参数见表5。
表4 岩台Ⅱ2区爆破参数表
4.3 爆破效果检查
爆破结束后，现场技术人员、专职质检人员及专职安全人员必须及时到现场检查爆破效果，收集相关数据，测量人员采用全站仪对岩面超欠挖情况进行检查形成测量体型图，另外检查岩台棱角的破坏情况及超欠挖情况，检查并统计残孔率及半孔率，炮孔间岩面的平整度，垂直孔与斜面孔对应是否整齐。根据检查结果及收集的数据，及时与质量标准相比较分析，并不断优化和调整爆破相关参数。
5 质量控制措施
（1）根据爆破设计图在开挖断面上标注出爆眼位置，定人、定区、定量钻孔。
（2）岩台部位钻孔时应搭设钻孔样架，精准定位后方可开钻。
（3）严格按布孔施钻，注意“飘钻”，保证炮孔质量。钻孔精度按设计施工，并检查验收，当开挖面凹凸较大时，按实际情况调整炮眼深度使所有炮孔底部在同一垂直面上。
（3）周边孔沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不应大于5cm，炮孔外偏斜率不应大于50mm/m；其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。
（4）光面爆破炮孔痕迹应在开挖轮廓面均匀分布；
（5）炮孔痕迹保存率：完整岩石在80%以上，较完整和完整性差的岩石不少于50%，较破碎和破碎岩石不少于20%；
（6）爆破作业排烟结束后，安装专人对爆破效果进行检查，排险。
（7）施工过程中应严格执行施工工艺流程，抓好每个环节。未经工程技术负责人批准，现场作业人员无权变更施工方案、工艺。严格按设计要求和施工技术规范进行。
6 结语
通过成功实施新疆某引水隧洞TBM组装洞室开挖，表明通过合理的开挖分层、现场原位爆破试验、导向样架精准造孔和预锚固等措施，能够有效预防爆破对保留岩体的扰动，确保了岩台的成型质量，为TBM的组装和桥机安全运行奠定了良好的基础。
参考文献：
[1]李新平等.地下厂房岩锚梁爆破参数优化设计与效果，武汉理工大学学报，2005（12）.
[2]赵志强.某隧道地下TBM组装间扩大洞室设计与施工技术[J].西部探矿工程.2006（11）
[3]汪旭光. 中国爆破新进展[M]. 北京：冶金工业出版社，2014.
[4]张正宇等. 水利水电工程精细爆破概论[M]. 北京：中国水利水电出版社，2009.
作者简介：
1.甄运涛（1973-），男，汉族，陕西人，工程师，中国水利水电第三工程局新疆某工程项目经理。
2.王 刚（1969-），男，汉族，陕西人，正高级工程师，从事水利水电工程施工工作。
3.伍 伟（1987-），男，汉族，陕西人，工程师，中国水利水电第三工程局新疆某工程项目总工。
论文作者:甄运涛1,王刚2,伍伟3
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/17
标签：钻孔论文; 保护层论文; 水平论文; 参数论文; 部位论文; 密度论文; 分区论文; 《防护工程》2019年16期论文;