小斷面隧洞開挖施工方法

李伯昌

(新疆額河建管局，烏魯木齊830000)

隨著社會經(jīng)濟的不斷進(jìn)步，工程建設(shè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的隧洞開挖施工工程。但是，在隧洞開挖施工中，施工企業(yè)、施工人員常常會忽視通風(fēng)、排水、運渣等多方面問題，導(dǎo)致施工周期受到不同程度影響。所以，為了保障施工周期，不影響施工單位的經(jīng)濟利益，確保安全施工，就需要詳細(xì)制定小斷面隧洞開挖施工方法，才能夠滿足施工需求。

1 工程概況

某水利樞紐位于新疆阿勒泰地區(qū)境內(nèi)，壩址位于河流前山帶出山口上游2 km。該水利樞紐工程是牧區(qū)草原生態(tài)建設(shè)工程，是開發(fā)土地資源、建立飼草料基地、實現(xiàn)草原生態(tài)置換和牧民定居的水源工程。同時兼顧發(fā)電等，為綜合利用的水利樞紐工程。

發(fā)電引水隧洞布置于河床左岸山體中，總長327.1 m。發(fā)電洞上平段長78.45 m，采用圓形斷面，內(nèi)徑為2.2 m，縱坡i=2/100，鋼筋混凝土襯砌厚度為0.3 m。上彎段、斜井及下平洞段采用16 mnR鋼內(nèi)襯，內(nèi)徑2.2 m，厚度14 mm，外包C20混凝土，厚度0.5～0.6 m。上彎段長15.300 m，斜井段長40.729 m，下彎段長15.700 m，下平洞段長176.93 m，縱坡i=1/200。在上平段和下平段各有1 個水平彎段［1］。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

發(fā)電洞洞身段圍巖為中泥盆統(tǒng)阿勒泰下亞組花崗片麻巖和少量花崗巖，巖層走向與洞線斜交，交角36°～86°，部分地段對洞壁穩(wěn)定不利。

洞身段內(nèi)發(fā)育多條斷層，均為順層擠壓斷層，與洞線斜交，斷層破碎帶寬0.1～0.4 m，帶內(nèi)碎裂巖、糜棱巖發(fā)育，洞室內(nèi)斷層通過處會產(chǎn)生局部掉塊。

洞身段上覆巖體厚度12～35 m，在新鮮基巖中通過，出口附近厚度為4 m左右，在弱風(fēng)化層中通過，圍巖以Ⅲ類圍巖為主，局部Ⅱ類圍巖，穩(wěn)定條件較好。出口處地下水位位于隧洞頂部以上［2］。

3 小斷面隧洞開挖存在的問題

在前50 m的范圍內(nèi)，隧洞開挖基本上能夠按照計劃中的進(jìn)度實現(xiàn)，但是在50 m之后，就無法滿足設(shè)計要求，導(dǎo)致開挖工期被延長，最主要的表現(xiàn)有以下幾個方面:

3.1 出渣方面

考慮到本工程采取的是自卸車出轉(zhuǎn)的方式，目前所使用的小型自卸車(農(nóng)用車輛)無法滿足。在車輛使用的2～3個月之后，車輛出現(xiàn)了故障。雖然針對故障作出了一定的調(diào)整與修理，但是也常常出現(xiàn)在工作時出現(xiàn)問題的局面，如果在洞內(nèi)施工中出現(xiàn)了車胎損壞或者是車軸斷裂的現(xiàn)象，就必須拖到洞外進(jìn)行修理，如此就會影響到施工時間。

3.2 通風(fēng)排煙方面

隧道洞內(nèi)所排出的煙塵主要是出渣車的尾氣和爆破之后的炮煙。在實際的施工操作當(dāng)中，主要是根據(jù)在自卸車上加裝尾氣過濾裝置、做好噴水撲塵的方式。

隨著隧洞開挖進(jìn)尺不斷地延長，需要更多的時間來通風(fēng)排煙。雖然將簧串聯(lián)通風(fēng)機不斷的設(shè)置，但是由于電壓下降等諸多方面的影響，導(dǎo)致效果一直打不到理想狀態(tài)，越是施工進(jìn)行到后期，通風(fēng)排煙所需要的時間越長，占據(jù)開挖循環(huán)的比例也就越大，給施工周期帶來了影響［3］。

3.3 澗內(nèi)動力電源電壓方面

隨著洞挖進(jìn)尺不斷地延長，洞內(nèi)的電壓也會呈現(xiàn)出下降趨勢。如果前期電纜所架設(shè)的斷面過小。等待隧道開挖到后期時，就會出現(xiàn)明顯的電壓不足的現(xiàn)象，導(dǎo)致電焊機、水泵等設(shè)備都不能夠正常的啟動，如果進(jìn)行電纜的更換，就會耽誤整個施工周期，造成不必要的浪費出現(xiàn)。

4 通風(fēng)、排水布置

4.1 通風(fēng)布置

由于存在2個水平彎段，通風(fēng)時間延長。由出口進(jìn)入主洞斜井段施工區(qū)，上下游主洞高差逐步加大，煙塵會向上游主洞匯集，不能有效地流向出口方向。根據(jù)上述分析，具體通風(fēng)布置如下:

采用2×55 kW軸流通風(fēng)機將新鮮空氣壓入洞內(nèi)掌子面，將洞內(nèi)油煙和粉塵通過隧洞頂部排出洞外;斜井段施工時，洞內(nèi)架設(shè)一臺風(fēng)機，“抽”“送”結(jié)合通風(fēng)排煙。

4.2 排水布置

由于出口及下平段洞頂高程低于地下水位，在出口外圍設(shè)置圍堰擋水，使河水不致倒灌。同時在出口設(shè)置集水井，采用55KW離心泵強排降低水位至開挖底高程以下。洞內(nèi)施工時，局部有水部位設(shè)置集水坑并用7.5KW小水泵將水抽出洞外。

5 開挖施工方法

開挖工藝流程如下:

施工準(zhǔn)備→測量放線→鉆孔→裝藥爆破→通風(fēng)散煙除塵→排險→出渣清底→視圍巖情況支護(hù)→延伸風(fēng)水電線路，進(jìn)入下一循環(huán)

5.1 施工測量方法

5.1.1 平面控制網(wǎng)

對甲方提供的有關(guān)的測量資料、數(shù)據(jù)及測量基準(zhǔn)點(線)，認(rèn)真進(jìn)行復(fù)核，校驗測量基準(zhǔn)點(線)的精度，確保測量資料和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，利用經(jīng)核驗過的測量基準(zhǔn)點，對施工段進(jìn)行施工平面控制網(wǎng)點的布設(shè)，并對所布設(shè)的控制網(wǎng)進(jìn)行外業(yè)施測及內(nèi)業(yè)平差計算，分析控制網(wǎng)的精度，報監(jiān)理工程師批復(fù)。

在施工過程中，結(jié)合施工需要和現(xiàn)場施工條件，對所布設(shè)的控制網(wǎng)點進(jìn)行加密，其精度滿足施工規(guī)范要求。

5.1.2 隧洞測量

根據(jù)檢測后的基準(zhǔn)點，設(shè)計布置隧洞工程的施工控制網(wǎng)采用兩級導(dǎo)線控制:基本導(dǎo)線用于貫通測量，二級導(dǎo)線用于施工放樣，本標(biāo)段測量采用(南方)NTS-322型全站儀，測角精度2"，測距精度±(2 mm+2pp m)D。

根據(jù)《水利水電工程施工測量規(guī)范》施工測量主要精度指標(biāo)有:隧洞橫向貫通中誤差為±50 mm，縱向貫通中誤差為±100 mm，高程貫通中誤差為全±25 mm。基本導(dǎo)線主要指標(biāo)為:導(dǎo)線邊長200 m，測角中誤差±2.5秒(2"全站儀6個測回)，邊長相對中誤差1∶15000。

開挖放樣以導(dǎo)線標(biāo)定的軸線為依據(jù)，采用全站儀標(biāo)定開挖中線，每次爆破后標(biāo)定中心、腰線并畫出開挖輪廓線。

高程控制采用四等水準(zhǔn)，洞內(nèi)水準(zhǔn)標(biāo)石與基本導(dǎo)線點標(biāo)石合一。隧洞貫通后及時進(jìn)行貫通測量，進(jìn)行貫通誤差調(diào)整與分配。

5.2 開挖順序

由進(jìn)出口2個工作面掘進(jìn)，進(jìn)口工作面施工至上平段結(jié)束，出口工作面負(fù)責(zé)下平段、下彎段、斜井段、上彎段施工，其中斜井段采用從下向上開挖。

5.3 鉆爆作業(yè)

5.3.1 鉆爆設(shè)計

根據(jù)工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工條件，按照全斷面進(jìn)行光面爆破設(shè)計。中心楔型掏槽，周邊光面爆破，斷面一次成型。

5.3.2 炮眼布置

采用YT—28手風(fēng)鉆造孔，炮眼直徑42 mm，周邊孔間距0.45 m，掏槽孔間距0.7 m，輔助孔間距0.9 m，鉆孔深度2.0 m，單循環(huán)進(jìn)尺1.8 m。

5.3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

周邊孔用d=25 mm乳化藥卷，導(dǎo)爆索貫穿全孔，不偶合間隔裝藥;裝藥線密度300～400 g，其它孔藥卷直徑d=32 mm，為硝銨膨化炸藥不偶合連續(xù)裝藥，裝藥單耗1.5 kg/m3。

5.3.4 起爆方式

非電毫秒雷管引爆;傳爆網(wǎng)絡(luò)采用雙捆聯(lián)非電毫秒雷管;擊發(fā)用電雷管，Gm—100S起爆器起爆。

5.4 出渣作業(yè)

因受斷面的限制，無法使用大型挖裝機械，出渣方法采用小型扒渣機裝車，小型農(nóng)用三輪車倒運出渣，人工配合清理。

5.5 施工效率分析

發(fā)電引水隧洞開挖，作為小斷面隧洞全斷面掘進(jìn)，每延米工程量很小，正常應(yīng)該是每天完成兩循環(huán)，進(jìn)尺3.5～4 m，每月完成110 m進(jìn)尺。而實際每天只能完成1個循環(huán)，進(jìn)尺1.8 m左右(彎段只有1.5 m)，每月正常情況下僅能完成45～55 m進(jìn)尺。主要原因分析如下:

1)隧洞斷面太小，只能使用小型農(nóng)運運渣并且需人力配合扒渣，出渣效率底。

2)隧洞不僅有斜井段上下2個彎段，在上平段和下平段各有1個水平彎段。為保證開挖軸線和開挖尺寸，避免較大的超欠挖現(xiàn)象出現(xiàn)，只能采取縮減鉆孔深度、調(diào)整鉆孔方向和裝藥量來控制，使進(jìn)尺減小。

3)由于緊鄰大壩施工區(qū)，爆破時間受到限制，必須按時爆破作業(yè)，客觀降低了開挖進(jìn)度。

6 總結(jié)

1)小斷面隧洞爆破施工:小斷面隧洞開挖爆破施工，因臨空面相對較小，如控制不好，就會形成大面積的超欠挖或者是炮眼利用率低，單循環(huán)進(jìn)尺短，直接影響到施工成本和經(jīng)濟效益。應(yīng)通過爆破試驗，分圍巖地質(zhì)條件類別確定鉆爆參數(shù)，并根據(jù)地質(zhì)變化情況隨時調(diào)整，以期達(dá)到最佳爆破效果。

2)小斷面隧洞出渣:因受斷面的限制，小斷面隧洞出渣無法使用大型挖裝機械，怎樣將洞渣快速運出洞外是施工中的最大難題，并且直接影響到施工進(jìn)度。選擇有效地的出渣設(shè)備和合適的出渣方法是關(guān)鍵。

3)小斷面隧洞測量控制:對于彎道較多的隧洞，為保證開挖軸線和開挖尺寸，避免大的超欠挖現(xiàn)象出現(xiàn)，特別是有壓鋼管襯砌洞段，測量控制很關(guān)鍵，應(yīng)及時復(fù)核糾偏。必要時彎道段應(yīng)縮減爆破進(jìn)尺以保證軸線偏差符合規(guī)范要求并且開挖尺寸不小于設(shè)計輪廓線。

［1］蔡葆廉，徐承祥，陳劍.水工長隧洞小斷面開挖爆破施工技術(shù)［J］.福建建筑，2010(03):37-38.

［2］吳智囊.增大小斷面隧洞開挖單循環(huán)進(jìn)尺探討［J］.水利科技，2008(02):43-44.

［3］趙志義，張銀瑞.小斷面隧洞軟巖層施工鋼木拱架管棚超前支護(hù)施工技術(shù)［J］.農(nóng)業(yè)科技與信息，2010(22):49-50.