2隧道开挖爆破

一．编制依据

《公路隧道设计规范》（JTG070-2004 ） 《公路隧道施工技术规范》（JTGF60－2009） 《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）

二．隧道开挖爆破施工

新奥法施工

新奥法即奥地利隧道施工新方法，是以喷射混凝土和锚杆支护作为主要主要支护手段，通过监测控制围岩变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。采用新奥法施工的公路隧道，应视其规模、地质条件以及安全要求、并充分利用现场监控、量测信息指导施工，严格施工程序，不得有任何省略。新奥法的特征之一是采用现场监控、量测信息指导施工，即通过对隧道施工中量测数据和对开挖面的地质观察等进行预测、预报和反馈。并根据已建立的量测为基准，对隧道施工方法（包括特殊的、辅助的施工方法）、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、坑道围岩稳定、工程质量和支护结构的经济性等。

1.隧道开挖方法的选定

隧道开挖主要有全断面法、台阶法，以及环形开挖留核心土、中隔壁法、双侧壁导坑法及中导洞法等其他施工方法。应根据隧道长度、断面大小、结构形式、工期要求、机械设备、地质条件等，选择适宜的施工方案，并应具有较大适应性。变换开挖方法时应有过度措施。下面列举石质隧道主要的两种开挖方法：

1）环形开挖留核心土法

环形开挖预留核心土法，又称台阶分部开挖法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩段。施工工序见图1《环形开挖预留核心土法施工横》。

环形开挖预留核心土施工工序说明： 1.环形开挖上断面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ； 2.施做上断面初期支护①； 3.开挖上断面核心土Ⅳ；

4.跳槽开挖下断面Ⅴ、Ⅵ； 5.施作下断面初期支护②、③； 6.施作仰拱（初期支护）④； 7.施作仰拱⑤； 8.仰拱回填⑥； 9.整体浇注二次衬砌⑦。

注：下断面跳槽开挖，初期支护双侧交错落底，避免上断面两侧拱脚同时悬空，单侧每次落底长度视围岩情况而定，一般不大于3m；

施工过程中应加强监控量测，根据量测信息指导隧道施工，若围岩级别与设计不符，应立即调整施工方案。

图1环形开挖预留核心土法横向施工工序示意图:

5.3台阶法

先开挖上半断面,待开挖至一定长度后同时开挖下半断面,上下半断面同时并进的施工方法。主要应用于Ⅳ级围岩的施工。施工工艺流程见图3《正台阶法

施工工艺流程图》，施工工序见图2《正台阶开挖法施工工序图》。

超前地质预报 测量放线

上部初期支护 围岩监控量测 拱部超前支护 上导坑开挖、出碴 围岩稳定性评判、 修正施工方案，确定二次衬砌施作

正台阶法施工工序说明：

仰拱填充施工 围岩监控量测 下一工序 下导坑开挖、出碴 下部初期支护 围岩监控量测 仰拱 图2 正台阶法施工工艺流程图

第1部：开挖①部后及时进行上台阶喷、锚、网系统支护，架设钢架并复喷砼至设计厚度，形成较稳定的承载拱。

第2部：在滞后①部一段距离后开挖②部，并进行下导初期支护。 第3、4部：及时施作仰拱砼、填充混凝土，及早封闭成环。 第5部：根据围岩量测结果，适时施作二次衬砌。

5.4施工方法的相互转换

隧道开挖方法的合理转换，是隧道开挖作业安全的一个重要因素，在接近开

挖方法变换里程时，应提前计划，确定合理的临时支撑参数。转换时应不减弱设计支撑参数。

6 综合超前地质预测预报

本线隧道地质情况复杂，存在断层、冲沟、岩石隧道破碎带等不良地质，需结合施工地质工作予以查明。为此，要求针对本线隧道具体情况，开展综合超前地质预测预报，并将综合超前地质预测预报纳入施工工序。尤其是岩石隧道存在破碎带时，必须提前做好超前地质预报工作，确保隧道安全通过。

针对隧道具体的工程特点，采用地貌、地质调查与地质推理相结合的方法，进行定性预测。具体采取的措施有：对开挖全过程进行综合预测、预报，方法有地质素描法(常规地质法)、超前水平探孔近距离预报、TSP长期预测预报等。

隧道综合超前地质预测预报的工作流程如下图：

综合超前地质预测预报工作流程图

施工中应该将几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证。综合监测结果，及时提出对不良地质的处理措施，以降低施工风险，确保工程质量和运营安全。

超前地质预报若发现前方地质情况与设计不符时要及时通知设计单位到现场核实，以便及时采取有效的设计变更方案。

补 充 地 质 调 查 掌子面地质调查与素描 长距离探测：TSP203,预报距离150m左右 短距离探测：超前水平钻孔，探测距离30m。 探测资料判释，提出探测意见和工程措施意见

6.1 常规地质法

常规地质法适用于为近期开挖、支护提供预报。开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过开挖后利用地质罗盘仪、放大镜、皮尺等简单工具对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质情况，据以指导施工。 观察中应具体记录以下各项内容，并描绘掌子面地质素描图： 1） 地质状况及其分布、性质和掌子面自稳性； 2） 围岩的软硬、裂隙间距及方向等围岩状态； 3） 断层的分布、走向、粘土化程度等 4） 出水地点、涌水量及其状态； 5） 软弱层的分布。

有必要时采用数码相机，拍摄掌子面图片。

根据掌子面地质素描及围岩监测情况，及时对评定的围岩级别进行支护方案进行评价。

6.2 超前水平钻孔

采用超前水平钻机钻进过程中钻速和钻碴的变化对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。通过超前钻探取芯测定含水率为主要手段确定下一步施工方案。在软弱破碎围岩施工中，每循环钻孔作业时选1～3个钻孔加深4～5m，根据钻孔速度的变化和出浆的情况，也可分析前方地质情况的变化。

对富水隧道应及时探明地下水的储量及分布，探水的方法主要采用钻探法。

6.3 TSP203地震波法

隧道地震波法（Tunnel Seismic Prediction简称TSP），其原理是通过小药量爆破所产生的地震波信号沿隧道方向以球面波的形式传播，在不同岩层中地震波以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接收，通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等、最终显示屏上显示各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离、并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。该法适用于划分地层

界线、查找地质构造、探测不良地质体的厚度和范围。但仪器在作业过程中对环境的要求较高，若噪音过大则会影响采集数据的准确性。TSP预测原理见下图

层 面周围地质情况预报开挖掌子面不良地质体接收器爆炸点前方地质情况预报 隧道地震波法（TSP）预报原理

7 爆破施工

石质隧道的爆破作业，应采用光面爆破或预裂爆破。爆破作业应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺和爆炸材料进行钻爆设计。钻爆设计应根据爆破效果不断优化爆破参数。硬岩宜采用光面爆破，软岩宜采用预裂爆破，分部开挖时可采用预留光面层进行爆破。

钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等。钻爆设计图应包括炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要经济指标和必要的说明。爆破参数应通过试验确定。

7.1.光面爆破

光面爆破是通过正确确定周边眼的各爆破参数，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整性和稳定的爆破技术。其主要标准：开挖轮廓成型，无明显的爆破裂隙；围岩壁上均匀留下50%以上的半边炮眼保存率（见后附照片）。光面爆破的成功与否主要取决于爆破参数的确定。其主要参数包括：周边炮眼的间距、光面爆破层的厚度、周边炮眼密集系数和装药集中度等。

采用光面爆破时，应满足以下技术要求： 1）

根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线；

2） 3）

严格控制周边眼的装药量，并使药量沿炮眼全长合理分布。 周边眼宜采用小直径和低爆速炸药。可借助传爆线以实现空气间隔

装药； 4）

采用毫秒雷管微差顺序起爆，应使周边爆破时产生临空面。周边眼

同段的雷管起爆时差尽可能小； 5）

各光面爆破参数如：周边眼间距（E）、最小抵抗线（V）、相对距（E/V）

和装药集中度（q）等，应采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，无条件试验时，可按表选用：

光面爆破诸参数表

参数 岩石种类 硬 岩 Rb＞60MPa 中硬岩 30＞Rb＞60MPa 软岩 Rb＜30MPa 装药不耦合系数 D 1.25-1.50 周边眼间距E (mm) 550-700 周边眼最小抵抗线V(mm) 700-850 相对距 E/V 0.8-1.0 周边眼装药集中度（kg/m） 0.30-0.35 1.50-2.00 450-600 600-750 0.8-1.0 0.20-0.30 2.00-2.50 300-500 400-600 0.5-0.8 0.07-0.15 注：不耦合系数：炮眼直径与装药直径之比 周 边 眼：沿隧道断面周边布置的炮眼

最小抵抗线：光面层就是周边炮眼爆破的那一部分岩层。其厚度就

是周边炮眼的最小抵抗线。

7.2预裂爆破

预裂爆破实质是光面爆破的一种，其爆破原理与光面爆破相同，只

是分区起爆的顺序不同。起爆顺序为周边眼-陶槽眼-辅助眼-底板眼。

预裂爆破的周边眼间距E、预留内圈岩层厚度、装药量及装药集中度

均较光面爆破要小，但相应增加了周边眼数量和钻眼工作量。

预裂爆破只要求先在周边眼之间炸出贯通裂缝，即预留光面层，因

而单孔装药量可较少，炸药分布较均匀，对围岩的破坏扰动更小。由于贯通裂隙的存在，使得主体爆破产生的应力波在向围岩传播时受到大量衰减，从而更有效地减少了对围岩的扰动，预裂爆破适用于稳定性较差的软弱破碎岩层。

7.3超欠挖控制

1）当岩层完整、岩层抗压强度大于30MPa并确认不影响衬砌结构稳

定性和强度时，允许岩石个别突出部位（每1m2内不宜大于0.1m2）欠挖，但其隆起量不得大于50mm。

2)根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数。一般讲，硬岩隧

道宜采用光面爆破，软岩隧道宜采用预裂爆破，分部开挖时宜采用预留光面层爆破较好。

3)光面爆破应使用低密度、低猛度、、高爆力的炸药。要合理选用起

爆雷管段数，掌握好内圈炮眼的爆破效果。

4）测量放样要正确。必须画出隧道开挖轮廓线和炮孔位置。用激光

导向时，拱顶、拱腰、起拱线均应设置激光点。

5）加强钻孔技术管理，提高钻孔精度。严格控制开孔位置、外插角

和孔底位置。加强钻孔管理，提高钻孔人员素质。

6）建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度。严格按照设计标

准施工和验收。

8 劳力、机械设备的配置

人员、机械设备应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置。配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。

隧道单口施工，根据开挖方法配置15～20台YT27风钻作业，另备2台装载机进行装碴施工，大型自卸汽车不宜少于4辆， 20m3/min空压机一般不应少于3台。

9 安全、质量控制措施

9.1 加强对技术及施工人员的培训，提高全体参建人员的安全、质量意识。 9.2 岩石隧道坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则

组织施工。

9.3 严格按照设计文件规定的开挖方法进行施工，否则应按照变更程序申

请改变施工方案。

9.4 在隧道开挖前，对隧道地表中线附近范围进行勘察，对地表冲沟、深

井、滑塌、陷穴、地表附着物等不良地质情况进行统计，并按里程桩号逐一登记、

拍照，施工中应加强监控量测工作，严格按设计方案施工，确保隧道安全、顺利通过。

9.5 每循环进行测量放样，严格控制超欠挖。定期对测量控制点进行检查、

复核，避免由于隧底下沉、上鼓、不均匀变形及人工或机械碰撞等原因对控制点的损害。

9.6 边墙、仰拱或底板等的地基承载力必须满足设计要求。软弱地基处理

方法和施工质量应符合设计要求。隧底开挖前应进行施工工艺设计。

9.7 开挖后应按设计要求的量测项目及频率进行围岩量测，及时反馈量测

信息。

9.8 隧道开挖中，应在每次开挖后及时观察、描述围岩裂隙结构状况、岩

体软硬程度、出水量大小，核对设计情况，判断围岩的稳定性。

9.9 制定安全施工应急预案，日常做好应急物资储备。 9.10 洞口工程施工，宜避开雨季和严寒季节。

9.11洞口施工前，应先检查边、仰坡以上山坡稳定情况，清除悬石，处理

危石，施工期间实施不间断监测和防护。

9.12 施工前应做好洞顶、洞门及洞口防排水系统。洞门及洞内排水沟应

进行铺砌，砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。地层含水量大时，上台阶掌子面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部纵向排水沟排出洞外，以免浸泡拱脚。必要时应配合井点降水等措施将地下水位降至隧道二次衬砌底部以下，确保施工顺利进行。

9.13 隧道明洞段施工时，边仰坡应分层分段开挖，并按设计及时做好防

护。临时边仰坡应进行适当放坡。

9.14明洞段因地基加固等施工的振动可能造成边坡失稳时，应预先在边坡

上设置观测桩进行监测，并派专人检查边坡的稳定情况。发现边坡有开裂、变形现象时，应立即对边坡体进行加固处理，确保安全后方可继续进行施工。

9.15 爆破作业时，所有人员应撤离至不受有害气体、振动及飞石伤害的

安全地点。安全地点至爆破工作面的距离，在独头坑道内不应小于200m，当采用全断面开挖时，应根据爆破方法与装药量计算确定安全距离。当相对开挖工作面相距40m时，两端施工应加强联系，统一指挥。当两开挖工作面相距10～15m时，应从一端开挖贯通。设置放炮前的安全检查员，及时检查现场的安全情况，以确定是否可以起爆，爆破后经专职安全员检查，排除瞎炮等安全隐患后，其他人员方可进入施工现场。

10 其他注意事项

10.1 暗洞分部开挖时，在满足设计规范及安全质量要求的前提下，应尽

量采用适合机械化作业的施工工艺，分部尺寸划分合理，各分部尽量平行作业，从而达到快速施工的目的。

10.2 弃碴时要由专人指挥、堆放整齐、边坡平整，弃碴场需设置挡墙。

施工过程中杜绝随意倾倒弃碴和弃土。施工完毕后，对弃碴场及时平整，并做好绿化、防护，避免水土流失。

10.3 隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：

10.3.1 空气中氧气含量，按体积计不得小于20%；

10.3.2 粉尘永许浓度，每立方空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg，每立方空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg；

10.3.3 有害气体最高允许浓度：

a 一氧化碳的最高允许浓度为30mg/m3，在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得大于30min；

b 二氧化碳按体积计不得大于0.5%； c 氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下； C 隧道内气温不得高于28℃； D 隧道内噪声不得大于90Db。

10.3.4 施工独头掘进长度超过150m时，应采取机械通风，确保洞内每人供应3 m3/min的新鲜空气。

10.4 便道及施工现场要注意撒水防尘，减少对周围环境的破坏。

10.5 隧道施工作业地段必须保证足够的照明。不安全因素较大的地段应

加大照度。在主要交通道路、洞内抽水机站应设置安全照明，漏电地段照明应采用防水灯头和灯罩。