宋永乐（身份证号：13244019801116161X中铁十五局集团第二工程有限公司）
摘要：结合林长高速公路西垴隧道G209灵宝八道河至卢氏界段改建工程一标的红土坡1号隧道、红土坡2号隧道和石门隧道的施工，介绍了隧道施工爆破中掏槽技术的重要性，对在隧道施工中经常遇到的各种情况下的爆破施工所选用的掏槽方式进行了研究分析，以便于在隧道爆破施工时选择参考。
关键词：隧道；爆破；掏槽；施工技术
随着国民经济的不断发展，道路交通工程也在不断的深化和加强，在近些年来隧道在道路交通工程中所占的比重越来越大，隧道的长度和断面不断在加大，由原来的单车道隧道、双车道隧道、向三车道或四车道的隧道发展，隧道内设置了人行洞、车行洞、设备洞室、紧急停车带等，也出现了不的隧道改扩建工程，隧道的开挖施工主要采用钻爆法，在爆破开挖前掌子面只有一个临空面，为了提高爆破的效果，则需要增加爆破的临空面，也就是我们再采取爆破手段时采取掏槽的方式，合理的掏槽方式是加快隧道的开挖进度和降低施工成本的重要手段，本文结合工程实例，对各种不同的情况下爆破开挖所选用的掏槽技术进行介绍，总结了不同条件下适宜的掏槽方式。
1前言掏槽技术是关乎隧道爆破开挖成败的关键技术之一，因为掏槽的深度直接影响着整个爆破循环的进尺，可以说掏槽有多深进尺就会有多大，也就是说掏槽的成功与否是形成良好的爆破效果的一个关键因素，在平时进行隧道爆破开挖时我们十分重视掏槽方式的选择，掏槽眼的形式主要可以分为三大类：斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽，掏槽形式的选择与现场的地质条件、爆破断面的大小、形状等有直接的关系，选择合适的掏槽形式是掏槽能否成功的关键所在。
2.一般掏槽方式2.1斜眼掏槽斜眼掏槽一般有单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽三种形式2.1.1单向掏槽，即掏槽眼沿同一方向倾斜进行的掏槽方式，主要适用于断面较小的开挖断面，比如小断面隧道或隧道内的人行横洞、综合洞室等的掏槽爆破，斜眼掏槽的钻孔尽量与断面岩层的节理以大角度相交以达到最好的效果，眼底向断面内岩层较薄弱的一侧倾斜。见图2.1-1单向掏槽部眼形式。
一般情况下采用垂直楔形掏槽较多，主要是钻孔方便，当遇到水平岩层或是近水平岩层时或者是中间有水平薄弱带及滑层时则采用水平楔形掏槽。在隧道的断面较大时可以采用两层或三层掏槽的方式，掏槽眼逐层加深，以达到进尺的目的。
2.2直眼掏槽直眼掏槽就是掏槽眼垂直于隧道的开挖面进行布设，其中部分钻眼不装药为空眼，空眼作为一个小的临空面来提高爆破掏槽的效果，直眼掏槽的炮眼的起爆要依次起爆临近空眼的炮眼，直眼掏槽的形式有：直线形、菱形、五梅花形、螺旋形等几种形式。
2.2.1直线形掏槽，直线形直眼掏槽也称为龟裂直眼掏槽，掏槽眼布置在一条直线上，炮眼采取隔眼儿装药，利用空眼作为一个小的临空面，（见图2.2-1）最终爆破在断面上形成一个条形槽口，从而为崩落眼形成临空面，直线形掏槽的炮眼间距一般为15-20cm，装药系数一般取0.75-0.9。
2.3混合掏槽混合掏槽也就是直眼掏槽和斜眼掏槽的混合，这样在一些情况下可以综合两种掏槽的优点，其首先是在掏槽区域中间采用直眼掏槽，在直眼掏槽的周围采取斜眼辅助掏槽，一方面可以减少全部直眼掏槽的钻眼工作量，减少爆破物品的使用量，同时也可以避免斜眼掏槽的一些弊端，混合掏槽的形式根据现场围岩和条件进行选择，常见的形式见图2.3-1.
图2.3-1混合掏槽布置形式2.4各式掏槽适用条件2.4.1直眼掏槽的优缺点直眼掏槽不受断面的限制，大小断面均可以进行，尤其是小断面在没有空间进行斜眼掏槽时可以使用，钻孔的深度可以根据设计的循环进尺去钻设，而不受开挖断面宽度和高度的限制，从而达到一次爆破较大进尺的目的，在进行钻眼时炮眼垂直于掌子面钻进，可以布置较多的钻机同时作业而不互相干扰，同时垂直于断面钻眼不论是角度还是钻孔的深度工人都容易掌握，在爆破时由于炮眼垂直爆破后洞碴的抛掷距离较近，从而对掌子面前方的施工机具、台架、设备等有一定的保护。缺点是爆破时需要的炮眼数较多，从而增加了钻眼作业的时间和火工品的数量，同时钻眼较多也比较集中需要使用的雷管段数较多，在有些地方火工品的供应只有常规使用的段数，对于较大的段数采购较困难。
2.4.2斜眼掏槽的优缺点斜眼掏槽各种地质条件均可以使用，由于钻孔的角度倾斜，容易形成较好的掏槽作用，斜眼掏槽中间间距较大从而可以钻设较少的炮眼，减少了施工现场的钻孔时间，同时也可以节约火工品的数量，由于整个断面可以由于斜眼掏槽的设置减少了崩落眼和的层数从而需要的雷管段数较少，在施工现场可以较容易的协调雷管段数。缺点就是较适用于较大断面，对于小断面受断面的影响较大，而无法钻设深孔，并且在钻眼时周边眼和崩落眼为直眼，掏槽眼为斜眼，钻眼机具会互相干扰，在爆破时洞碴的抛掷距离也比较大，在掌子面前距离较小时不宜采用。
3.各式掏槽在现场的应用在具体的施工应用中要根据现场的实际情况来不断调整和优化爆破作业的掏槽方式，在林长高速公路西垴隧道G209灵宝八道河至卢氏界段改建工程一标的红土坡1号隧道、红土坡2号隧道和石门隧道的施工中，根据以上理论和现场做了如下应用。
3.1大断面掏槽形式一般目前隧道断面均为两车道或三车道的大断面，在围岩较好的Ⅱ级、Ⅲ级围岩，采用全断面光面爆破法施工，断面较大，便于钻眼等操作施工，一般采用V形掏槽，即多重斜眼楔形掏槽，在西垴隧道施工时最初设计采用二级复式楔形掏槽，设计参数见表3.1-1，炮眼布置形式见图3.1-1表3.1-1掏槽眼装药参数表
设计掘进循环进尺为3m，设计崩落眼排距为90cm，长度3.7米，在最初的Ⅲ级围岩进行施工时，现场发现进尺基本可以达到2.7-3米左右，没有达到最初设计目的，同时爆破后洞碴过大出碴装车困难，个别还需要二次解炮，从而增加了出碴时间，鉴于此对于爆破参数进行了优化设计，将崩落眼的排距缩短到80cm，但这样第一排崩落眼距离掏槽区距离稍大一点，进尺在2.5-2.8米左右，于是对掏槽眼的布设采取了在原来的基础上在掏槽区域顶部增加一排水平的单向掏槽眼，炮眼向下以60°角度倾斜钻进，炮眼间距80cm，深度4米，爆破效果有了明显的改善，洞碴的粒径均匀，基本无大块，每循环进尺在3.0-3.5米之间。调整后的掏槽眼布置图见图3.1-2.
图3.1-3调整后掏槽布置形式经过对爆破设计的优化后，爆破效果有了明显的改善，洞碴的粒径均匀，基本无大块，每循环进尺在3.0-3.4米之间，起到了较好的效果。
在断面较大时有时采用三级复式楔形掏槽，特别是在隧道加宽段或是三车道的隧道施工过程中，一般采取三级掏槽或是四级掏槽的形式，其现场采用几级掏槽及优化过程与上述情况类似在此不再赘述。
3.2小断面掏槽形式隧道施工时有不少小的断面，比如铁路隧道中一般每隔250米一个综合洞室，在高速公路中的长大隧道每隔一定距离设置的人行横洞和车行横洞，隧道施工的斜井以及双联拱隧道的中隔墙等，断面都不大，小的洞室采用楔形掏槽受到的空间的限制不好操作，一般情况下载宽度不大于4米是采用直眼掏槽或是斜眼掏槽的单向掏槽方式，在断面宽度大于6米时采用斜眼掏槽或是混合掏槽的方式。
林长高速公路西垴隧道的人行横洞设计开挖宽度为3.1米，最初采用的直眼掏槽的螺旋掏槽方式，经施工螺旋掏槽加上四周四个辅助眼的情况下其掏槽区域为80cm，见图3.2-1，在岩质硬度不大时可以起到较好的掏槽作用，同时螺旋掏槽的起爆为掏槽眼逐个起爆可以起到减轻震动的作用，对于岩质较软围岩相对较差是可以起到硬顶的稳定作用，在钻孔深度为3.0米的情况下可以达到平均爆破进尺为2.5米左右。
在围岩较好的Ⅱ级围岩采用此掏槽方式时效果不是很理想，主要是每次的爆破进尺太小，后来在1号眼的上方增加了一个空眼同样效果不明显，于是现场改为了五梅花掏槽，布置形式见图3.2-2，同样掏槽区域为80cm方形，但掏槽效果明显，爆破进尺有了明显的加大。
图3.2-2五梅花掏槽布置图采用五梅花形直眼掏槽相对于螺旋直眼掏槽来说需要多钻设一个炮眼，但在爆破时1号眼周围的四个炮眼可以同时起爆，在螺旋掏槽时需要5个段别的雷管进行掏槽爆破而五梅花形只需要三个段别的雷管，同时五梅花形的掏槽进尺较好也较稳定，但两种掏槽方式各有适用，螺旋掏槽的逐眼起爆，爆破震动较小，对于岩体节理发育，岩质较软的岩层比较适用，五梅花形掏槽在围岩较硬，围岩整体性较好的情况下比较适用。在岩层水平或近水平岩层施工时，当围岩不是很好时水平钻眼困难，同时爆破效果也不理想，爆破时爆生气体易顺节理层的裂隙形成串气情况，在此时西垴隧道的人行横洞采用了斜眼掏槽的单向掏槽效果也是不错的。
林长高速的车行横洞设计断面宽度为5.8米，采用了斜眼掏槽方式的单级楔形掏槽及四棱锥形掏槽后又使用了四棱锥与菱形组合掏槽，经过施工对比四棱锥形掏槽适用性较差，掏槽效果一般，单级楔形掏槽的方式略好于锥形掏槽，但楔形掏槽钻孔数量较多，如果单级楔形掏槽只钻设两排眼就是一个四棱锥行掏槽的变化形式，在宽度6米左右的断面采用四棱锥与菱形组合掏槽的方式取得的效果是最好的，掏槽的进尺较深同时爆破的效果较好。
3.3特殊情况的掏槽形式3.3.1围岩半好半坏的掏槽形式209国道项目红土坡2号隧道由出口方向进洞施工，出口段山势陡峭，为偏压段，进洞方式采用半明半暗进洞，半明半暗进洞长度为30米，30米后进入全断面开挖进洞施工，但是由于山体陡峭，暗洞在主山体一侧围岩较好，围岩判定为Ⅲ级,但在靠近边坡的一侧围岩风化破碎，在整个断面上采用常规的二级楔形掏槽比较困难，一是在围岩较差的一侧，由于围岩风化破碎、节理密集，风枪钻孔困难，一直出现卡钻现象，成孔后有塌孔现象。二是装药量不容易控制，药量小了掏槽出不来，药量大了又形成大的超挖，同时造成围岩扰动过大存在塌方的隐患。为此针对现场的具体情况对于掏槽的方式进行了改变，掏槽眼采用斜眼掏槽，炮眼布置为扇形，主要集中在围岩较好的一侧，布置形式见图3.3-1.
图3.3-1扇形掏槽炮眼布置图扇形掏槽在209国道红土坡2号隧道出口的开挖施工中得到较好的应用，在围岩较好的一侧钻眼，容易成孔，并且操作工人在围岩较好的一侧施工安全系数较高，同时开挖避免了对较差一侧围岩产生较大的扰动，降低了较差一侧发生危险的可能性。
3.3.2减小抛掷的掏槽方式209国道的石门隧道，由于进口段位置较高且与桥梁连接，进洞施工困难，现场施工从隧道出口开始进洞施工，洞口即为Ⅲ级围岩，209国道灵宝至卢氏界段为改建工程，石门隧道洞口与原路进行顺接，洞口位置距离原来老路不足10米，洞口现场情况见图3.3-2.
图3.3-2洞口现场情况而且209线车流量十分大，当地部门和业主要求只有在爆破时可以断行，断行时间不得超过30分钟，其他时段要保证原路的正常通行，但是装药时间及在装药后连接起爆器，安全人员安排断行至爆破后查看断面有无哑炮的时间大约在半个小时左右，爆破后基本没有清理洞碴的时间，也就是要求在爆破后就要开放交通，爆破的洞碴不得占据道路，有很少量的洞碴可以及时安排人员设备进行清理。现场采用了组合掏槽的方式，原209国道在新建隧道的右侧，隧道左侧荒坡，在进行爆破设计的掏槽眼设置时在断面的左侧采取五梅花形直眼掏槽，在右侧断面设置四排斜眼单向掏槽，使掏槽产生的洞碴向线路左侧抛掷，从而起到掏槽的作用又不至于有大量的洞碴崩落到路上而影响交通，布置形式见图3.3-3.
图3.3-4隧道交叉平面布置图的爆破设计，一般情况下由于掏槽爆破只有一个临空面，掏槽眼都是以最大的装药密度来来保证将岩石破碎并抛掷出去来给崩落眼创造临空面，顾一般爆破时最大的震动来源为掏槽爆破，所以做好掏槽爆破的减震措施意义尤为重要，理论上来说临空面越多起爆的药量越小则爆破的震动越小，同时斜眼掏槽的震动相对直眼掏槽的震动要小，炮眼逐个起爆比同时起爆的震动要小，但在施工现场要考虑现场的实际情况、工期要求、经济情况等各种因素，在综合考虑各种条件的情况下红土坡2号隧道选择了几种掏槽分方式，其中最理想的就是锥形掏槽加多级楔形掏槽组合的方式，布置形式见图3.3-5.
其实就是在掌子面进行了两个掏槽，一个是锥形掏槽，一个是楔形掏槽，锥形掏槽在爆破时为了减轻震动，在1号起爆眼的两侧和三棱锥的中心各钻设一个大直径的空眼，作为其爆破的临空面来减轻其爆破震动，1号起爆眼起爆后所崩落的面作为2起爆号眼的一个临空面，同时在2号起爆眼上方与3号起爆眼之间钻设一个空眼作为上方的临空面，在1号和2号起爆眼起爆后所产生的空间作为3号起爆眼的临空面，这样在爆破开挖前只有掌子面一个临空面的情况下，通过锥形掏槽在断面上增加一个临空面，为后续楔形掏槽创造了爆破条件，在爆破震动不大的情况下实现了快速开挖施工。
4.结束语通过对隧道爆破施工掏槽方式的介绍分析，并在几条隧道中的实际的应用和优化改进，总结了一般在各种断面和围岩条件以及现场实际情况下可以选择的掏槽方式，掏槽方式的选择是隧道爆破施工能否成功的关键，在进行掏槽方式的选择是一般要考虑以下几点：掏槽眼的形式选择主要是根据现场条件来定的主要考虑的因素有：开挖断面的形式、高度、宽度；开挖断面的围岩情况，即节理分发育程度、围岩的坚硬程度、有无软弱结构面等各种情况；施工现场所采用的机具及工人的爆破、钻眼技术水平；现场的各种爆破要求，如薄弱覆盖层的减轻震动爆破、洞口临近建筑的减少洞碴抛掷距离的爆破等；施工工期的影响因素；经济因素的考虑；同时施工时需注意的是要控制好各眼的距离，钻孔时要避开节理面。掏槽眼要尽量的放低，以减小爆破对周边围岩的扰动，掏槽眼的眼底间距要小于岩体的最小抵抗线，可以在掏槽眼的中间打设孔眼来减低掏槽眼的实际间距，达到最好的掏槽效果。斜眼掏槽要控制好钻孔的角度，以达到最好的掏槽效果，在有大型节理的断面钻眼方向尽量与节理面大角度相交，若角度过小，钻杆在钻至节理面时容易沿着钻进造成孔位偏差。
参考文献：[1]齐景岳等编.隧道爆破现代技术.北京：中国铁道出版社.1995.[2]朱永全.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2005.[3]蔡福广编.光面爆破新技术.北京：中国铁道出版社.1994.[4]李良广,陆宏伟.隧道控制爆破[J].北方交通，2006(5)：114—116.