[科普中国]-隧道掘进爆破

隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程。随着铁路建设的发展和科技的进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法和掘进机法。由于钻爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，因此钻爆法仍是当前国内外常用的隧道开挖方法。1

特点隧道掘进与矿山平巷掘进方法基本相同，但与矿山平巷掘进方法相比，其特点是：

①隧道断面尺寸较大，其高度和跨度一般在8.0 m左右，双线隧道跨度大于10.0m，要求在爆破作业中尽量减少爆破对围岩的破坏。

②隧道多处在地质条件复杂多变地段，尤其对于浅埋隧道（埋深小于2倍跨度的隧道），岩石风化破碎，受裂隙水和地表水影响较大。因此，应充分考虑岩层的节理、裂隙、软弱夹层、滴漏水等对钻孔和爆破效果的影响。

③隧道服务年限长，造价昂贵，且维修和养护时常需中断、停止隧道的使用，这对运营很不利，因此在施工中必须确保良好的工程质量。

④隧道爆破对钻孔质量要求高。既要使隧道方向正确，满足精度要求，又要使爆破后隧道断面达到设计标准，不允许欠挖和超挖过大。因此，必须保证钻孔位置、方向和深度准确，才能达到设计开挖要求。1

方法隧道开挖方法与隧道爆破方案之间有着密切关系。隧道开挖方法主要根据隧道地质条件、机械设备、技术水平及工期确定，目前有以下几种常用的方法。

全断面开挖法全断面开挖法是在地质条件较好的隧道施工中，以凿岩台车和钻孔、装药、堵塞、起爆网路连接，一次完成整个断面开挖，并以装碴、运输机械完成出碴作业的方法。

全断面开挖法施丁场地宽敞，工作面空间大，能充分发挥机械的效能，便于大型机械作业；只有一道开挖工序，干扰少，工序集中，开挖工效高，施工进度快，最大限度地减少了开挖过程中对隧道围岩的扰动；开挖断面大，受岩石夹制作用小，有利于较大规模的爆破作业，能充分发挥隧道深孔钻爆的作用；管理方便，通风、排水及管线布置简单，运输方便。国内铁路隧道如秦岭隧道施工采用全断面开挖法，成功地实现了月掘进量达350 m以上，最高达450 m以上。实践表明，全断面开挖法是隧道掘进合理、先进的开挖方法。

台阶开挖法台阶开挖法是先以上半断面或弧形导坑快速贯通，或掘进到一定里程时停止前进，然后用大型机械一次扩大为全断面的开挖方法。应用半断面和弧形导坑可以实现快速掘进，从而起到提早探明地质，提早处理特殊地质，提早贯通以利通风排水的作用；将全断面分两次爆破，可以起到降低震动影响，创造临空面，减少正洞钻孔数量，改善爆破效果，提高掘进速度等作用。台阶开挖法在工期紧、地质复杂的短、中等长度隧道施工中广泛应用。当上半断面超前下半断面时，称为正台阶法，反之则称为倒台阶法。

台阶开挖法的特点是：

①在不太松软的岩层中采用正台阶法施工较安全，并且施工效率较高。

②对地质条件适应性较强，变更容易。

③断面呈台阶式布置，施工方便，有利于顶板的维护，并且下台阶爆破效率较高。

④若使用铲斗装岩机，则上台阶要人工扒碴，劳动强度较大。

⑤上、下台阶工序配合要严格，不然易产生干扰。

分部开挖法当岩层比较松软或地质条件复杂，隧道断面特大或涌水量较大时，可采用分部开挖法。

分部开挖法就是在隧道断面内先以小型断面进行导坑掘进，然后分多步逐渐扩大到设计断面的开挖方法。

分部开挖各部的位置、尺寸、顺序及开挖间距可根据围岩情况、机械配备、施工习惯等灵活掌握，但必须遵循以下原则：

①各部开挖后周边轮廓都应尽量圆顺，以避免应力集中。

②各部底标高与钢拱架接头一致，以便接腿，一般取2.5 -3.0m，这可使开挖比较方便。

③分部开挖时，要保证隧道周边围岩稳定，及时做好临时支护工作。

④各部尺寸大小应能满足风、水、电等管线布设需要。1

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张尉 - 副教授 - 西南大学