国高速公路隧道钻爆法施工技术优化策略

一、引言

中国高速公路隧道建设呈现"长、大、深埋、集群"趋势，2024年运营高铁隧道超5000座（总长8500km，含135座10km以上特长隧道），在建1600座（含85座特长隧道）。钻爆法凭借灵活、经济等优势占据82%市场份额[2][8]，但面临劳动强度大、安全风险高、机械化不足等挑战。当前正通过数字孪生、5G等技术推动智能化转型，三维激光扫描等新技术可使施工效率提升90%。

二、钻爆法施工技术现状与问题分析

1.技术发展现状

钻爆法施工技术历经人工、机械化至数字化阶段。近年，大型设备应用显著提升其机械化水平，新一代信息技术推动其智能化发展。爆破技术上，控制爆破技术成熟，数码电子雷管提高爆破精度。支护体系方面，形成初期支护核心技术及基于监控量测的动态设计方法。

2.存在的主要问题

虽钻爆法施工技术进步显著，但在高速公路隧道建设中仍面临挑战：

机械化配套不足：设备对软弱围岩适应性差，硬岩等条件下可连续施工，软弱围岩和土质隧道中应用受限，致机械化与人工并存、效率低。

爆破精度控制难：传统设计依赖经验，数据支撑不足，超欠挖严重，周边眼痕迹保留率低，影响质量与效益。

支护时机把握不准：机械化装备作业线占空间大，二衬台车距掌子面远，支护滞后，威胁围岩稳定性。

信息化水平不高：施工数据处理能力不足，难以实现信息化施工与动态设计。

工序协调困难：各工序衔接不畅，施工组织效率低，地质复杂地段进度缓慢。

3. 钻爆法施工技术优化策略

3.1数字化技术赋能施工全过程

数字孪生技术为钻爆法施工开辟新路径，实现施工全流程可视化、智能化管理。

数据采集与处理：利用三维激光扫描技术全息扫描开挖轮廓，精准判定超欠挖，全站仪可自动指引欠挖位置。掌子面自动素描技术基于点云数据识别围岩产状，预测走势。

虚拟模型构建：整合地质勘察、设计参数及实时监测数据，构建隧道工程数字孪生模型，直观展示围岩状态、支护结构受力情况。

实时监测与预警：通过设备传感器实时采集围岩变形、支护应力等数据，结合预设阈值自动预警。

施工方案优化：基于数字孪生模型模拟比选施工方案，优化爆破参数、支护时机等。如渝昆高铁缙云山隧道工程，通过数字化模拟优化三臂凿岩台车参数，Ⅳ级围岩段施工效率提升92.59%。

3.2机械化配套与装备升级

差异化设计机械化配套方案，是提升钻爆法施工效率的关键。

凿岩设备优化：改进三臂凿岩台车应具备高智能、强适应、高精度定位及多自由度调节等特性。如缙云山隧道采用改进台车，通过机器人建模与误差补偿，实现臂架高精度定位，Ⅳ级围岩段施工效率提升92%以上。

支护设备配套：研发智能锚注、拱架、湿喷台车等系列设备，形成完整机械化作业线。多功能拱架台车与“一长两中两短”铰接安装技术，增强结构抗弯刚度，减少吊装次数，提高定位精度。

出渣运输系统：采用无轨运输，配置挖掘机、装载机、自卸汽车，形成高效出渣系统。飞蛾山隧道优化运输组织，Ⅳ级围岩段出渣时间缩短0.5小时。

二次衬砌设备：采用液压自行式衬砌台车，集成自动布料、智能养护系统，提高衬砌质量与效率。优化台车结构，减少空间占用，缩短与掌子面距离。

3.3 爆破参数精细化设计

爆破设计是钻爆法施工的核心环节，精细化爆破参数设计对控制超欠挖、提高施工质量至关重要。

围岩分级爆破：根据不同围岩条件，设计差异化的爆破参数：

硬岩：周边眼间距55-70cm，最小抵抗线60-80cm，装药量0.30-0.35kg/m

中硬岩：周边眼间距45-65cm，最小抵抗线60-80cm，装药量0.20-0.30kg/m

软岩：周边眼间距35-50cm，最小抵抗线45-60cm，装药量0.07-0.12kg/m

数码电子雷管应用：采用数码电子雷管实现精确延时控制，降低爆破振动，改善破碎效果。通过调整起爆时序，优化爆炸应力场分布，减少对保留岩体的损伤。

3.4 支护体系协同优化

支护体系协同优化是隧道施工安全的重要保障，需从支护参数、时机、材料三方面系统优化。

动态支护时机确定：基于围岩-支护相互作用，建立考虑机械化施工特点的二衬支护时机动态优化方法，通过计算承载极限比、荷载分担比等指标评估安全性。研究表明，二次衬砌可分担7%-13%围岩荷载，机械装备作业线布设80-120m时，围岩安全系数达1.19-1.30。

初期支护强化：软弱围岩地段，采用早强锚固剂和注浆锚杆植入工艺，快速施加预应力，提高锚杆抗拔力。钢拱架安装采用多功能台车与铰接式拼装技术，增强结构整体性。

支护材料性能提升：喷射混凝土添加改性聚酯外加剂，提高抗裂性能；采用湿喷工艺，减少回弹，改善作业环境。锚杆采用高强钢材，提高支护结构承载能力。

监控量测技术升级：采用三维激光扫描技术进行全息变形监测，一站扫描获取全息三维模型，准确评判变形区域，指导支护参数优化。

3.5 施工管理标准化与信息化

标准化、信息化管理是提升施工效率、保障工程质量的关键。

工序标准化控制：对开挖、支护、衬砌等关键工序进行时间标准化管理。如飞蛾山隧道实施后，Ⅳ级围岩上台阶开挖时间从7.85小时缩短至5.5小时，Ⅴ级围岩从5小时缩短至3.5小时。

智能管控平台建设：构建集数据采集、传输、处理、分析、决策于一体的智能管控平台，实现施工全过程信息化管理。平台整合地质预报、监控量测、设备状态等多元数据，助力施工决策。

人员培训与考核：实施“七定”管理原则（定人、定位、定机、定量、定时、定耗、定奖罚标准），通过数据化手段进行绩效考核，提升施工人员技能水平。

应急预案管理：针对软弱围岩隧道施工风险，制定详细应急预案，定期演练，提高应急处置能力。

4. 工程应用案例分析

京昆高速公路秦岭终南山隧道工程

秦岭终南山隧道是京昆高速公路的控制性工程，隧道穿越区超过85%的围岩为III、IV、V级围岩。工程采用改进的三臂凿岩台车、早强锚固剂和注浆锚杆植入工艺、多功能拱架台车与"一长两中两短"拱架铰接式安装等机械化施工成套技术。

技术亮点：

改进的三臂凿岩台车实现了高智能化钻孔，系统自动生成爆破设计图，不必手动描点钻孔精度显著提高。

早强锚固剂使锚杆抗拔力明显提高，解决了软弱围岩支护难的问题。

多功能拱架台车减少吊装次数，提高拱架定位精度，缩短钢拱架安装时间。

应用效果：与人工风枪钻爆施工相比，机械化施工人数减少82%，施工时间减少45%，钻孔时间减少70%，施工效率提升90%以上。

三、结语

钻爆法施工技术优化是提升高速公路隧道工程质量、保障施工安全、提高经济效益的关键。本文从数字化技术应用、机械化配套施工、爆破参数优化、支护体系协同和施工管理标准化五个维度，提出了针对性的优化策略，并构建了一套完整的钻爆法施工技术优化体系。

参考文献：

[1]刘飞香.钻爆法隧道施工装备技术进展与展望[J].现代隧道技术， 2024， 61（2）：190-202.

[2]朱合华，凌加鑫，朱梦琦，等.钻爆法隧道智能建造：最新技术与未来展望[J].现代隧道技术， 2024， 61（2）：18-27.