小斷面長隧洞施工新技術應用

吉燎原

（廈門安能建設有限公司，福建 廈門 361000）

0 前言

小斷面長隧洞一般是指斷面面積在3 m2～10 m2的隧洞，長度在3 km～10 km，該類隧洞在施工時存在著較多的困難，主要表現在:①作業(yè)面小，難以布置多臺掘進設備，掘進周期長；②距離長，單臺運渣設備容量有限，出渣周期長；③風力損耗大、煙塵擴散慢，通風時間長；④材料設備周轉慢、故障排除周期長、信息反饋遲鈍，導致每循環(huán)進尺需要時間較長。為了解決這些問題，采用了長進尺控制鉆爆的隧洞掘進施工工法，該工法采用擴大超前導洞異位全斷面開挖、抽出壓出結合式通風、裝運一體化運渣的掘進方法，在福建龍津溪引水工程具體應用，取得了良好的效果，施工進度比傳統(tǒng)鉆爆法速度提高25%～40%，質量好，安全性高。

1 技術特點

第一，擴大了導洞的范圍；除了保護層外，其余掌子面都作為導洞，每間隔一到二次導洞開挖后，第二次后的超前導洞與保護層相隔一定距離實現異位的全斷面爆破開挖，提高了掘進效率，保證了光爆質量。第二，通風效率高；爆破后，先采取水幕降塵，再采用抽出壓出結合式通風法進行通風，超過1 km 采用串聯風機接力通風，可以在30 min 內滿足工人進洞施工條件要求。第三，縮短了運渣周期；采用挖掘式裝載機挖渣，多列梭式礦車運渣，實現裝運一體化的軌道運輸。

2 施工重點

2.1 長進尺控制鉆爆法改變傳統(tǒng)布眼形式

掏槽眼及輔助一般掏槽眼為9 眼以上，其中中心眼為裝藥眼，其它眼均對稱布置為空眼。增加超前導洞掏槽空眼，利用增設掏槽空眼創(chuàng)造爆破臨空面，可減少炸藥用量并有效提高單循環(huán)進尺長度。

2.2 擴大導洞開挖面積

擴大導洞開挖斷面可增加導洞鉆爆及出渣作業(yè)空間，提高鉆爆及出渣作業(yè)效率，為履帶式挖掘裝載機出渣提供較好工作面，提高出渣作業(yè)效率。

2.3 加大超前導洞鉆眼深度

加大超前導洞鉆眼深度，根據實際需要，將普通3.5 m 或3 m鉆桿自制加工至2.3 m 或2.8 m 左右, 根據隧洞地質圍巖情況將超前導洞鉆眼深度加大，有效提高單循環(huán)進尺長度。

2.4 改變施工順序

超前導洞先開挖5 m～9 m 后，光爆層與擴大導洞間相隔一定距離實現異位同時爆破開挖。兩個斷面在前后不同工作面同時鉆孔、爆破、出渣作業(yè)。

2.5 創(chuàng)新通風模式

結合抽出式通風和壓出式通風的優(yōu)點，組合成全新的抽出壓出式通風方式。抽出壓出式通風利用硬質通風管道快速抽取掌子面附近有毒有害氣體，提高工作效率。

2.6 多列式梭式礦車提高運輸效率

普通的梭式礦車運輸的容量比較有限，多列式礦車可以一次性運送多倍的洞渣，減少清渣時間。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 主要施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 測量放樣

隧洞內測量采用免棱鏡激光全站儀測量放樣。為確保施工精準度，每一開挖循環(huán)準確放樣出中心線、腰線以及每一個準確的周邊孔位置。按爆破布眼圖放出中心掏槽眼和全部周邊孔，用紅色油漆標識在斷面上。

3.2.2 炮眼布置

掏槽采用直眼掏槽，一般設置9 個掏槽眼，掏槽中心眼為裝藥孔，掏槽中心眼需適當擴大，其余掏槽眼全部設為空孔，根據需要空孔可適當增加，在裝藥孔周邊對稱布置。輔助眼用來進一步擴大掏槽眼爆破形成自由面，逐層交錯布置。周邊眼均勻布置在開挖的輪廓線上，炮孔間距控制在60 cm 以內為宜，具體周邊孔嚴格按照隧洞開挖設計參數布設。

以福建龍津溪引水工程為類，Ⅱ～Ⅲ類圍巖隧洞開挖設計參數布置見圖2（導洞與光爆層異位布置）。

圖2 隧洞開挖設計參數布置圖

3.2.3 炮眼鉆進

炮眼采用YT28 型氣腿鑿巖機鉆進，炮眼直徑42 mm，深度為2.8 m～3.3 m，考慮非標準炮釬采購不便，掏槽眼和輔助眼鉆機炮釬一般由標準3 m 或3.5 炮釬現場加工；根據工程實際，周邊眼孔深為5 m。

輔助眼。輔助眼又稱崩落眼，是大量崩落巖石和繼續(xù)擴大掏槽的炮眼。輔助眼要均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，其眼距一般為500 mm～700 mm，炮眼方向一般垂直于工作面。

周邊眼。周邊眼是爆落隧洞周邊巖石最后形成隧洞斷面設計輪廓的炮眼。為了便于鉆眼，通常向外偏斜一定的角度，現場操作時，角度的把握以釬肩和輪廓線作為參照物，控制眼底距輪廓線的距離。

3.2.4 裝藥、連網、起爆

爆破炮工應參照隧洞開挖設計參數認真裝藥，炸藥選用2#巖石乳化炸藥，掏槽眼和輔助眼的藥卷直徑為32 mm，周邊眼優(yōu)選更小藥卷，對于小藥卷炸藥難以購買的可用藥卷直徑為32 mm 代替。爆破雷管采用非電毫秒雷管爆破，裝藥由經驗豐富爆破員操作，裝藥前用高壓風水聯合沖洗炮眼。周邊眼用非連續(xù)裝藥方式均勻綁于導爆索上。擴大眼裝藥要密實，堵塞長度一般大于50 cm，堵塞用炮泥堵實。非電導爆管網絡連接，最后由炮工和爆破技術員復核檢查。確認無誤后，撤離人員設備并做好安全警戒，爆破隊長負責引爆。

3.2.5 通風排煙

（1）布置安裝風機和管道

風機采用2 臺并聯軸流式通風機，抽出風管選500 mm 以上的PVC 管或鐵制硬管，接頭用通風布柔性連接，壓入風管選用800 mm 帆布制作的柔性通風筒；風機和風管固定在隧洞右側，離地2 m；引水隧洞開挖超過1000 m 后，增設2 臺并聯軸流風機串聯排風；引水隧洞開挖超過2000 m 后，再增設2 臺并聯軸流風機串排風。

（2）布置水幕噴淋系統(tǒng)降塵

在掌子面附近采用自制噴頭噴水，形成水幕，從而快速降塵。噴淋的水源通過抽取隧洞內排水溝的積水。

（3）采用抽出壓出結合式進行通風

1）風機布置于距離掌子面30 m 左右處，柔性風管接風機通至隧洞外30 m 以外處，剛性風管接風機接至距離掌子面15 m 以內處，開始通風爆破；

2）爆破若干周期后，當剛性風管口距離掌子面超過15 m后，在剛性風管末端加接剛性風管，繼續(xù)通風并循環(huán)爆破；

3）重復以上步驟，當風機距離掌子面超過100 m 左右時，撤掉一部分剛性風管，將風機移至距離掌子面30 m 處，加長柔性風管與風機相接；

4）重復以上步驟。

3.2.6 安全處理

通風散煙以后，排隊人員站在碴堆上進行安全撬挖，排除危石，為出碴及以后各工序創(chuàng)造安全條件，高處大危石,必要時用挖機排除。在圍巖破碎地帶，洞壁埋設變形觀測設施，隨時檢測洞壁變形情況，確保施工安全。

3.2.7 出碴

采用履帶挖掘裝載機裝渣，多列式梭式礦車由電瓶車牽引出渣。梭式礦車的列數根據出渣量而定，一般為2～3 列。多列式梭式礦車拉渣至卸渣平臺再由自卸汽車運輸至棄渣場。

3.2.8 清底

完成一輪全斷面開挖后，人工對掌子面進行徹底清理，把危石處理干凈，并清除底部松碴及洞壁欠挖地帶，便于進行下一循環(huán)造眼。

3.2.9 鋪軌、鋪路、管道接長

每開挖20 m 后，要整理隧洞底部，鋪上碎石路基，修整，再鋪上軌道，通風管道要相應接長。

3.2.10 開挖循環(huán)

（1）擴大導洞斷面

擴大超前導洞斷面，僅預留60 cm～100 cm 的光爆層，其余斷面全部作為為導洞的開挖范圍。擴大導洞層每次鉆孔深2.8 m～3.3 m，導洞一般超前開挖2 m～3 m，當導洞先行開挖開挖5 m～9 m 后，再與后端異位的光爆層同時鉆爆作業(yè)，起爆順序通過非電毫秒雷管進行微差爆破控制。

（2）導洞與光爆保護層間隔異位同時鉆爆

保護層每次鉆孔深固定為5 m，光爆保護層與前端擴大導洞層同時爆破，同方向的光爆保護層與擴大導洞層斷面距離控制在不小于5 m。兩個作業(yè)面在不同的斷面上同時鉆爆，然后一起出渣，清理完畢后開始下一循環(huán)的施工。

4 結語

應用長進尺控制鉆爆施工工法，質量好，隧洞輪廓面成型規(guī)則，表面平整，平均半孔殘孔率超過90%，且桿桿相連，經監(jiān)理單位核驗，掘進單元工程合格率100%，優(yōu)良率62%；進度快，月平均進尺由120 m 提高到170 m；技術效率好，解決了小斷面長隧洞掘進進度慢、效益低的難題；取得了節(jié)約成本111.8 萬元的經濟效益；對于盡快實現改善廈門原水水質、提高供水能力、保障供水安全方面具有重要的社會效益。