特大断面隧道的双侧楔形掏槽分布结构的制作方法

本实用新型属于隧道岩体掘进爆破工程技术领域，尤其涉及应用于特大断面山岭隧道爆破开挖施工中的掏槽分布结构。

背景技术：

因地形和线路走向等条件的限制，宽大公路穿越山岭时为满足通行要求，隧道断面面积往往要达到100m²以上，属特大断面隧道；钻爆法作为最为经济和高效的岩体隧道掘进方法，目前正广泛应用于各类岩土隧道的开挖掘进之中；针对大断面隧道及特大断面隧道目前采用的是中心掏槽的方式进行爆破开挖。

鉴于隧道掘进爆破开挖时一般仅有一个自由面，并不利于隧道内岩体的破碎开挖，因此，必须于隧道开挖掌子面上设置掏槽眼，并先于其它类型炮眼进行起爆，以为其它后续炮眼爆破时岩体碎胀提供足够空间。当前采用的中心掏槽的方式是在断面中心位置附近布置一个掏槽区域，但当隧道开挖断面过大时仅布置一个中心掏槽区域并不能提供足够的岩体碎胀空间，导致蹦落眼及周边眼爆破时的岩体夹制作用增大，炮孔利用率降低，难以达到设计循环进尺，易导致隧道施工工期滞后，隧道施工工程费用将大幅增加。

技术实现要素：

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种特大断面隧道的双侧楔形掏槽分布结构，以期针对特大断面隧道形成足够大的腔体，避免后续辅助眼等爆破夹制作用增大，提高炮眼利用率低，保证设计进尺。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型特大断面隧道的双侧楔形掏槽分布结构的特点是：

将待开挖特大断面隧道划分为上台阶和下台阶，对于隧道上台阶待开挖岩体设置双侧楔形掏槽，所述双侧楔形掏槽是指在上台阶掌子面中心线两侧的中下部对称布置两侧掏槽区域，各掏槽区域是平面形状呈楔形的竖向柱状区域，使掏槽爆破形成的槽腔能够为后续各类炮眼爆破提供足够的碎胀空间。

本实用新型特大断面隧道的双侧楔形掏槽分布结构的特点也在于：设置两侧掏槽区域的掏槽眼对称于隧道中心，各掏槽区域的掏槽中心与隧道中心线的水平距离为4.0-4.5m，掏槽眼与掌子面间夹角为60°-65°；在掏槽区域的外侧与掏槽眼相邻设置为辅助掏槽眼，所述辅助掏槽眼与掌子面间夹角为65°-80°；周边眼与开挖轮廓面的夹角为2°，周边眼眼底落于开挖轮廓面外侧，且两者间净距控制不大于0.1m；在周边眼与邻近的辅助掏槽眼之间设置辅助眼，在两个掏槽区域之间也设置有辅助眼，在上台阶的底边设置底板眼，各辅助眼和底板眼垂直于掌子面钻设；所述掏槽眼、辅助掏槽眼、辅助眼和周边眼各自在竖向成排设置，所述底板眼沿上台阶的底边成排设置。

本实用新型特大断面隧道的双侧楔形掏槽分布结构的特点也在于：所述掏槽眼、辅助掏槽眼、辅助眼和底板眼均采用连续装药结构。

本实用新型特大断面隧道的双侧楔形掏槽分布结构的特点也在于：所述周边眼采用轴向不耦合装药结构，药卷沿轴向切割为4-5cm的各小节，相邻小节以40-50cm的间隔放入周边眼内，周边眼内炸药采用导爆索进行起爆，各周边眼内导爆索在孔口外与主传导爆索呈“T”连接并进行传爆，起爆雷管设置在主传导爆索上。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型能有效防止特大断面隧道爆破过程中因一次开挖爆破岩体方量过大而无法达到设计开挖进尺，同时用于特大断面隧道岩体爆破开挖时，能确保掏槽爆破时能形成具有足够体积的掏槽腔体，为后续炮眼爆破提供足够的岩体碎胀空间，有效提高炮眼利用率和隧道围岩的完整性与自稳能力，有效提高隧道施工效率，降低施工成本。

附图说明

图1为本实用新型应用于特大断面隧道开挖时上台阶和下台阶纵剖示意图；

图2为本实用新型应用于特大断面隧道开挖时上台阶和下台阶断面示意图；

图3为本实用新型应用于特大断面隧道掘进爆破时炮眼布置立面示意图；

图4为本实用新型应用于特大断面隧道掘进爆破时炮眼布置剖面示意图；

图5为本实用新型应用于特大断面隧道掘进爆破时炮眼装药示意图；

图6为本实用新型应用于特大断面隧道掘进爆破时炮眼起爆顺序示意图；

图7是本实用新型应用于特大断面隧道掘进爆破时周边光面爆破眼装药结构示意图；

图中标号：11上台阶开挖区，12下台阶开挖区，13上台阶掌子面，14下台阶掌子面，15上下台阶分界面，21上台阶开挖轮廓，22下台阶开挖轮廓，30掏槽眼，31辅助掏槽眼，32辅助眼，33底板眼，34周边眼，40掏槽眼堵塞段，41掏槽眼装药段，42辅助掏槽眼堵塞段，43辅助掏槽眼装药段，44辅助眼堵塞段，45辅助眼装药段，50主传导爆索，51药卷，52炮眼内导爆索，53起爆雷管，54周边眼堵塞段。

具体实施方式

本实施例中特大断面隧道的双侧楔形掏槽掘进爆破方法是：

如图1和图2所示，将待开挖特大断面隧道划分为上台阶和下台阶进行施工，对于台阶的划分是首先在待开挖特大断面隧道上确定出上下台阶分界面15，利用上下台阶分界面15划分出上台阶开挖区11和下台阶开挖区12，以此确定上台阶开挖轮廓21和下台阶开挖轮廓22；其中，上台阶高度为7-9m，下台阶高度不小于4.5m，上台阶掌子面13和下台阶掌子面14间之间拉开20m，具体实施中视围岩条件、支护条件和施工水平等进行综合调整。

对于隧道上台阶待开挖岩体设置双侧楔形掏槽及分段毫秒延迟爆破的方法进行开挖，所述双侧楔形掏槽是指在上台阶掌子面中心线两侧的中下部对称布置两侧掏槽区域，各掏槽区域是平面形状呈楔形的竖向柱状区域，使掏槽爆破形成的槽腔能够为后续各类炮眼爆破提供足够的碎胀空间；所述分段毫秒延迟是指在排间设置毫秒延迟爆破进行各类炮眼的起爆，提高各类炮眼的利用率，减小雷管段别不足对隧道掘进爆破的负面影响，从而提高隧道单次爆破循环进尺，削弱因雷管段位数量不足而导致的振动负面效应，提高隧道围岩稳定性，确保隧道施工的顺利进行，并有利于控制和降低隧道施工成本。

参见图3、图4、图5和图6，设置两侧掏槽区域的掏槽眼30对称于隧道中心，各掏槽区域的掏槽中心与隧道中心线的水平距离为4.0-4.5m，掏槽眼30与掌子面间夹角为60°-65°；在掏槽区域的外侧与掏槽眼相邻设置为辅助掏槽眼31，辅助掏槽眼31与掌子面间夹角为65°-80°；周边眼34与开挖轮廓面的夹角为2°，周边眼眼底落于开挖轮廓面外侧，且两者间净距控制不大于0.1m；在周边眼34与邻近的辅助掏槽眼31之间设置多排辅助眼32，在两个掏槽区域之间也设置有辅助眼31，在上台阶的底边设置底板眼33，各辅助眼32和底板眼33垂直于掌子面钻设；掏槽眼30、辅助掏槽眼31、辅助眼32和周边眼34各自在竖向成排设置，底板眼33沿上台阶的底边成一单排设置；由于上台阶掌子面为拱形面，在上台阶掌子面的中上部位置处还设置有多排上部辅助眼35。

设置起爆顺序为：首先为掏槽眼30；随后依次为辅助掏槽眼31、辅助眼32、上部辅助眼35；再后为底板眼33，且不含两侧边墙位置处的底板眼；最后为周边眼34，且包含两侧边墙位置的底板眼；各排辅助眼32的起爆顺序由掏槽区域中心朝向外围逐步起爆；各排上部辅助眼35的起爆顺序由上台阶掌子面中心朝向外围逐步起爆，最底层一排上部辅助眼和最外侧一排辅助眼同时起爆，图6中以①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧和⑨依序表征为各炮孔的起爆顺序。

设置掏槽眼、辅助掏槽眼、辅助眼、底板眼各排起爆时排间延时不小于50ms，周边眼与最后起爆炮眼间的延时不小于100ms；对于上台阶开挖轮廓21进行光面爆破，对于下台阶开挖区12采用水平浅孔拉槽爆破，对于下台阶开挖轮廓22进行光面爆破。

具体实施中，设置隧道爆破的循环进尺3.0-3.5m；

掏槽眼的深度较循环进尺深20-30cm，掏槽眼排距45cm-55cm，掏槽眼眼底距20-30cm，掏槽眼眼口距4.0-5.0m；辅助掏槽眼的深度较循环进尺深20-30cm；周边眼眼口位于隧道开挖边界上，周边眼眼底距开挖边界10-15cm，周边眼眼深与循环进尺一致，周边眼眼间距0.45-0.55m，周边眼光爆层厚度0.6-0.8m；底板眼眼口位于隧道上台阶与下台阶分界面上，底板眼眼底距距开挖边界10-15cm，底板眼间距1.0-1.1m，爆破厚度0.9-1.1m；辅助眼间距0.9-1.1m，辅助眼排距0.8-1.0m。

如图4和图5所示，本实施例中掏槽眼、辅助掏槽眼、辅助眼和底板眼均采用连续装药结构，炮眼直径为40-42mm，药卷是规格为φ32mm×300mm的2号岩石乳化炸药，孔口用炮泥填塞，起爆管雷管设置于炮眼底部，雷管均采用毫秒延期导爆管雷管于炮眼底部进行反向引爆；图4中所示各掏槽眼中的掏槽眼装药段40由掏槽眼堵塞段41进行封堵；各辅助掏槽眼中辅助掏槽眼装药段43是由辅助掏槽眼堵塞段42进行封堵；各辅助眼中辅助眼装药段45是由辅助眼堵塞段44进行封堵。

如图7所示，本实施例中周边眼采用轴向不耦合装药结构，药卷是规格为φ32mm×300mm的2号岩石乳化炸药，将导爆索沿周边眼全长放入并于孔口留有40-50cm，利用快刀将药卷沿轴向切割为4-5cm的各小节，相邻小节以40-50cm间隔放入周边眼内，纵向不耦合系数为5.8-6.0，周边眼内炸药采用导爆索进行起爆，即将药卷51均匀分布地捆绑在炮眼内导爆索52上，各周边眼内导爆索52在孔口外与主传导爆索50呈“T”连接并进行传爆，起爆雷管53设置在主传导爆索50上，周边眼堵塞段54为不少于40cm的炮泥。

本实用新型用于特大断面隧道掘进施工按如下步骤进行：

步骤1：根据隧道开挖断面，确定隧道上台阶开挖区11和上台阶开挖轮廓21，以及下台阶开挖区12和下台阶开挖轮廓22；

步骤2：在上台阶开挖区进行眼间毫秒延时掘进爆破，对上台阶开挖边界实行光面爆破；

步骤3：在下台阶开挖完成后，对于下台阶开挖区进行水平浅孔拉槽爆破并对下台阶边界实行光面爆破。

本实用新型方法能有效保证掏槽爆破时形成有效的掏槽腔体，为后续爆破时岩体的碎胀提供足够的膨胀空间，提高各类炮眼利用率和隧道围岩的完整性与自稳能力，增加了隧道单次掘进爆破进尺，提高隧道施工效率并降低了施工成本。本实用新型方法已成功地运用在济南二环南路东延工程的控制性工程浆水泉隧道的施工之中，隧道左线全长3101m，隧道右线全长3085.4m，单侧隧道按四车道设计，最大开挖宽度19.8m，开挖高度达12.95m，开挖断面面积为208.43-219.78m²，其中上台阶开挖高度约为8.2m，开挖断面面积约为121m²。洞身穿越地层主要为上更新统粉质黏土，奥陶系和寒武系灰岩、白云质灰岩及生物碎屑灰岩，围岩级别划分为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩，隧道采用分离式结构型式，左右幅相距约14-31m。采用本实用新型方法进行浆水泉特大断面隧道施工，设计开挖进尺为3.5m，爆后实测进尺达到3.36m，炮眼有效利用率达到96％以上，在爆破后隧道围岩较为光滑平整，爆渣块度较为均匀利于装运。