关于石板岭隧道技术总结的说明

一、工程概况
石板岭隧道全长1540米，是富阳第一长隧，为19省道改建工程的控制工程。隧道共有II类围岩173.5米，III类围岩152米，IV类围岩1194，明洞20.5米。隧道进出口分别位于半径为600m、700m曲线上，中间为直线，整个隧道设计为1.8%上坡。本工程属于山岭重丘地貌，隧道最大埋深300米，岩石属安山岩，隧道共穿过三条断层，其中最大的F4断裂带，围岩破碎，裂隙发育，隧道开挖后，出现大量涌水，日出涌水量超过每日3000m3，施工难度较大。

二、隧道控制测量
隧道控制测量分洞外控测和洞内控测两部分。
（一）洞外平面控制测量
石板岭隧道洞外控测是建立在开工前设计院移交的全线几个控制的点基础上，因地形限制，山区竹林茂盛，交通不便，进、出口位置均未布置控制点，设计移交的进、出口控制点联测非常困难。
项目部进场后，立即组织技术人员，实际勘察地形，布设联测导线点。因受地形限制，导线只能延山谷走势，从进口翻越石板岭至隧道出口，水准路线基本延山路越岭至出口。
导线测量采用技术标准：《公路勘测规范》JTJ061-99
测量仪器选用：全站仪为尼康-DTM532型，配备两套对点器、反射棱镜、三台对讲机。仪器标称精度：测角±2秒，测距±（2mm+2ppm×d）。水准测量采用两台DZS3—1型水准仪、两把5米铝合金塔尺。
石板岭隧道导线控制测量采用I级导线的精度施测，水平角采用方向观测法观测四个测回；导线边长测量采用对向观测二测回，并量取气象元素对边长进行气象改正。
水准测量采用两台仪器不同人进行往返观测，进行测段校合。
经联测，设计移交的进口段控制点GPS-13、GPS-14与出口段控制点GPS-12、GPS-11满足I级导线精度要求，但进出口水准点实测高程与设计高程相差132mm，精度不符合规范要求。项目部立即将联测果上报监理、设计院、业主，最后确定以进出口实测高差为准，对进出口高程控制点进行调整。复测工作的完成确保了隧道工程顺利开工提供了条件。
但采用以上的常规导线测量，隧道进、出口洞口投点均无法未列入导线联测网内，精度较低，且进洞定向基线距离均不足120米，隧道进出口的控制点GPS-12又有明显损坏痕迹。为确保石板岭隧道按规范要求精度贯通，必须在进、出口洞外重新合理布设控制网。随着工程的进展，山坡路基范围内的竹林逐渐砍掉，通视条件改善，因此具备在洞口对面山坡布设控制点的条件，从而使进洞定向基线长度大于150米。2004年6月1日项目部又组织在隧道进出口对加密控制点进行重新布设加密，控制点加密采用GPS静态定位技术。
1、GPS控制点选点要求：
a、GPS点位处无大面积的反射面（如水面）。
b、点位处便于安置仪器及操作，被测卫星的地平高度角应大于15°。
c、点位均远离大功率无线电发射源，避开高压电线塔、杆。
e、各GPS点至少应有一个相邻点与之通视，以利于其它测量方法的联测和拓展。
f、GPS一级点的埋设采用现场浇筑，埋设深度及规格符合《规范》要求。
2、作业依据：《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97
3、作业仪器: 美国天宝4600 LS GPS接收机 6台
4、GPS平面控制网施测：
利用原GPS点GPS11、GPS12、GPS13，作为GPS控制网起算数据，对起算点进行了检测，同时对加密点GPS-A、GPS-B、GPS-C进行测量。
GPS一级网施测采用美国天宝4600 LS GPS接收机，以静态模式作业，各项观测条件及机内设置要求如下：
a、卫星高度角≥15°
b、有效观测卫星数≥4
c、平均重复设站率≥1.6
d、观测时间长度≥30分钟
e、数据采样间隔10—60秒
f、接收机高度在作业开始、结束时各量测一次，其差值不大于3mm时，最终结果取其平均值。
5、内业计算：
GPS一级点平差计算采用随机软件严密平差。
平差前GPS 网中环线闭合差满足《规范》要求；平差后点位中误差最大为0.78 cm（GPS-A） ，边长相对中误差最大1/24958（GPS12—D5），满足《规范》要求。
6、成果校核：
采用全站仪对进出口的GPS平面控制网进行检校，精度满足规范要求。
（二）洞内控制测量
洞内导线是从洞口投点向洞内引伸测量，进、出口进洞均位于曲线段，导线最大边长150米，直线段导线边长可达到200米。导线点布设尽量做到延中线位置布设。因而测距精度对贯通横向误差影响较小，主要是提高洞内导线测角精度。
洞内导线测量要受到各种因素的影响，主要有：隧道工序之间连续，为了不影响正常的施工，只有在钻眼期间进行导线测量；隧道通风一般采用压入式通风，除接近掌子面空气条件较好，洞身部分的通视条件有时非常差，给控制测量带来很多不便。
洞内导线测量水平角采用两个测回，导线边长测量采用对向观测一个测回。因本隧道单口掘进不足1000米，洞内布设单导线，无闭合条件，因而采用二组独立观测，相互校核，测量过程严格执行双检制。
（三）贯通精度分析
2005年4月16日石板岭隧道正式贯通，横向贯通误差6mm，纵向误差16mm，高程误差38mm。根据贯通测量结果分析，石板隧道平面控制测量精度完成满足要求。高程误差偏大，分析原因主要是无高精度设计高程控制点，进出口水准控制点高差达32.6m，洞外水准联测时采用常规水准测量，后视一直远大于前视，造成高差累积。
通过石板岭隧道的控制测量，为日后我们进行长大隧道洞内、洞外控制测量积累了经验。

三、光面爆破施工技术
石板岭隧道暗洞部分采用新奥法施工，开挖采用光面爆破技术。光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的布孔，利用毫秒雷管的微差作用使后序炮眼的起爆具有良好的临空面。同时毫秒雷管的微差爆破同时使起爆的药量得以减少和控制，间隔起爆的外轰波得以叠加抵消，从而减少了对围岩的扰动。爆破后，要求壁面平整规则，消除了应力集中，达到充分利用了围岩的自承能力，同时良好的光爆效果，使得超欠挖得以控制。
（一）石板岭隧道爆破施工
1、施工方法：采用人工风钻打眼，人工装药，非电毫秒雷管引爆。
2、机具设备：风钻选用常规YT-28型手持风钻，φ22的钻杆，38mm钻头，成孔直径为40mm；
3、火工品：采用2#岩石乳化炸药，规格为φ32mm×200mm。因地方火工品供应问题，无小药卷炸药用于周边眼，使用同一规格炸药。起爆材料采用1~20段的非电毫秒雷管；周边眼采用间隔装药，导爆索传爆。使用火雷管作为整个网络的起爆体。
4、炮眼深度的确定：石板岭隧道的设计开挖断面为76m2，实际开挖断面76m2。岩性为微风化安山玢岩，整体性好，干抗压强度一般达到120~140Mpa，设计为IV类围岩。经过多次爆破试验，确定合理炮眼深度为3.5~4.0米，有效循环进尺3.3~3.5米，炮眼利用率平均达到90%以上。
5、掏槽眼的确定：为了保证良好的掏槽的效果及兼顾隧道弃渣作为路基填料利用要求较小的块度。通过对直眼掏槽和斜眼掏槽进行比选，最后确定为复合式掏槽眼。即在原斜眼掏槽形式的基础，在中间增加一排空眼，适增加掏槽眼的数量，和用药量，大大减小了核心部分的石渣块度。
6、光爆参数确定：
a、周边眼间距（E）直接决定开挖轮廊面平整度的主要因素，一般情况下E=（10-15）d，根据石板岭隧道地质情况，围岩较硬，周边眼间距采用1125px~1500px；对于节理发育地段，间距适当减小。
b、周边眼抵抗线（W）：即光爆层厚度，是周边眼距辅助周边眼的间距，一般为W=（13-22）d，选取65~2000px。
c、周边眼密集系数K：K=E/W确定在0.7~0.9之间。
d、线装药密度（q）：根据围岩硬度确定在0.25~0.35之间。
e、周边眼间隔装药：因受杭州地区火工品供应条件限制，无小直径药卷用于周边眼。所以必须采用导爆索间隔串联炸药卷，非电毫秒雷管并联，火雷管引爆。炮眼孔用炮泥堵塞，堵塞长度不小于1250px。
f、辅助眼的布置：辅助周边眼是根据周边眼的光爆层厚度W与周边眼平行布置的，其它辅助眼是在辅助周边眼与扩槽眼之间均匀布置。眼间距E一般为70~2500px。炮眼密集系数K=0.6~0.8之间。
g、起爆顺序：光面爆破时，从掏槽眼开始，顺次从隧道断面中心向外起爆，最后起爆周边眼。根据炮眼布置，每次爆破从掏心眼到周边眼采用不少于7个段位的非电毫秒雷管引爆，相临段位起爆时间相差2毫秒。
7、试爆及参数调整
由于光面爆破对孔位和装药量的要求相当严格，所以石板岭隧道在光面爆破前，组织相关技术人员进行爆破成缝试验，从而确定周边眼的装药量、装药结构、堵塞长度和炮眼的间距；根据开挖断面的面积、岩石强度、掘进深度、炮眼深度、炸药品种等因素计算断面炮眼数量；在整个光面爆破的施工过程中，组织相关人员对围岩类别及光爆破效果进行现场监控，总结每次爆破效果，测量炮孔残留率、围岩破坏程度及轮廓修正、优化，从而调整孔位、孔距、孔深以及用药量。
由于周边眼的孔位以及钻杆的位置直接影响到隧道的纵坡及开挖的超欠挖的大小，同时对隧道光爆效果起决定作用。所以对周边眼的孔位、孔距、孔深都要有相当严格的控制。针对光爆参数控制，实行施工技术人员跟班制，切实掌握围岩性质，保证光爆质量。
石板岭隧道在对光爆参数调整按以下原则进行：①出现两孔间岩面外凸，残留炮眼完整率较好，装药部位无明显凹凸，由于周边孔检举过大或最小抵抗线过小引起的，应减小周边空间距；②出现两孔间岩面内凹，残留炮眼完整率较好，装药部位无明显凹凸，由于周边孔检举过大小或最小抵抗线过大引起的，应增大周边空间距；③出现两孔间岩面外凸，残留炮眼完整率较差，装药部位有明显凹凸，由于装药量过大引起的，应减小装药量；④坚硬较完整的围岩，周边孔间距可适当放大、减少最小抵抗线；软弱较破碎的围岩，周边孔间距可适当减小、加大最小抵抗线、减少钻孔深度。
8、提高工人操作水平
在所有光爆参数确定后，影响光爆效果的主要因素就是人的因素：
a、施工人员尤其是风钻工的操作水平和质量意识直接影响炮孔的质量，对光面爆破质量影响最大。
b、风钻工尤其是进行周边孔施工的风钻工不宜经常更换，否则光面爆破质量极易出现波动；
c、由于隧道的纵坡是由周边孔的钻杆角度确定的，所以对风钻工的技术水平有较高的要求。
d、要采取一定的经济措施来调动工人的积极性，自觉的按测量孔位打眼，并在施工中不断提高操作水平。
（二）经济指标
石板岭隧道IV类围岩全断面每爆破循环平均钻眼 139个，实际开挖断面 76 m2，单位面积钻孔1.78个/m2，平均每循环炸药消耗量为240kg，单位体积炸药消耗量0.95kg/m3，单位体积非电毫秒雷管消耗量0.6发/m3。
实际每循环平均进尺3.3米，平均炮利用率在90%以上，爆破后周边轮廓平整，岩石完整稳固，基本无浮石。拱部超欠挖基本控制在125px以内，两茬炮眼衔接的台阶控制在375px，残眼率达到85%以上。爆破的石碴块度合适，基本装碴和路基料的要求。（附图1）
通过石板岭隧道光面爆破开挖的良好控制，使得超欠挖得以控制，降低了喷射砼回弹量、二衬砼的回填量，并提高防水卷材施工质量，对工程质量和成本控制起到了关键的作用。同时在交通局、质检站多次检查中得到较好的评价，提高了企业影响力。