小洞徑洞室開挖的施工方法改進(jìn)研究

張少飛

摘要：某某水庫改擴(kuò)建工程引水隧洞是城門洞型，洞徑比較小為1.8m（寬）×2m（高），屬于小斷面開挖，在進(jìn)行引水隧洞開挖施工的過程中，通過對小洞型室施工方法的不斷優(yōu)化，從而增加循環(huán)進(jìn)尺。在進(jìn)行引水隧洞的施工過程中，通過整改掏槽孔以及優(yōu)化錐形掌子面，提高光爆孔的半孔率，在爆破的參數(shù)以及鉆孔數(shù)相同的情況下，完整巖石的半孔率能夠提高32%以上，不僅加快了施工的進(jìn)度，還為通水工程贏得了寶貴的時間。在本篇文章中主要對施工過程中的施工質(zhì)量控制方案進(jìn)行了論述，為同類施工提供出有效的借鑒。

關(guān)鍵詞：小洞徑;洞室開挖;施工方法改進(jìn)

引言

隨著社會的發(fā)展，水的用量不斷擴(kuò)大，某水庫在擴(kuò)建工程中新建一條引水隧洞，為水庫下游提供農(nóng)田灌溉用水及城鎮(zhèn)飲用水源，同時兼顧發(fā)電、泄洪等功能，國內(nèi)小型水庫眾多，引水隧洞多為小洞室，所以在進(jìn)行小洞徑開挖的施工工藝上要進(jìn)行不斷的探索以及完善，要提高開挖的質(zhì)量，從而減少后期混凝土襯砌以及噴混凝土的成本。提高全斷面開挖的進(jìn)尺、縮小循環(huán)的時間，在地下洞群在開挖過程中的作用更加突出。

1.概述

引水隧洞布置在了大壩的右岸，由進(jìn)水渠、進(jìn)水閘、隧洞、出口段等組成，總長度241.15m，其中隧洞段長度219.42m。此引水隧洞型是城門洞型，洞徑比較小為1.8m（寬）×2m（高）。隧洞圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化上部及弱風(fēng)化下部板巖巖體，隧洞洞身進(jìn)出口段圍巖類別屬Ⅴ類圍巖，其余段基本為Ⅲ類圍巖，進(jìn)出口成洞條件較差，中間段巖石堅硬，需采用爆破方式開挖。

2.問題提出

根據(jù)下游供水及庫區(qū)蓄水要求，引水隧洞必須在一個汛期內(nèi)完成，施工進(jìn)度比較緊張，因此，引水隧洞能否順利完成，關(guān)鍵就在于是否能完成引水隧洞的開挖。按照合同的要求以及原有施工的設(shè)計，一定會出現(xiàn)幾個方面的問題：

（1）工期問題。引水隧洞進(jìn)出口地洞口明挖土石方大概15000㎡。施工面較小，投入施工設(shè)備受限。由于施工會受到很多干擾，所以只能采用手風(fēng)鉆造孔，因此，解決洞內(nèi)開挖的問題就成了工程完成的關(guān)鍵。

（2）質(zhì)量安全的問題。引水隧洞作為供給下游農(nóng)田灌溉及城鎮(zhèn)引水水源，需要對整個引水隧洞施工的質(zhì)量提出更加嚴(yán)格的要求：不僅不能夠欠挖，也不能夠存在比較大的起伏情況。在引水隧洞的進(jìn)出口處，由于其埋深淺以及風(fēng)化嚴(yán)重的程度，安全質(zhì)量的問題尤為突出，這也要求引水隧洞口必須要采取一定的安全防護(hù)措施。受到汛期的影響，隧洞開挖需單端掘進(jìn)，工作面也受到限制。

（3）經(jīng)濟(jì)的問題。在此合同中，由于洞室開挖的單價非常低，因此，就必須要采取降低成本的措施，爭取能夠獲得比較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.小洞徑洞室開挖的施工方案

3.1小洞徑洞室開挖的施工方法

受水庫引水隧洞的洞身開挖采用單端掘進(jìn)，在施工過程中采用全新的斷面對其進(jìn)行一次光面爆破開挖的施工方式，自下游段出口處向洞內(nèi)進(jìn)行開挖，1天2個循環(huán)，每次循環(huán)的進(jìn)尺為1.5-2.2m。

3.2小洞徑洞室開挖的施工順序

洞身石方開挖的流程為：爆破的設(shè)計-測量放樣-造孔-裝藥起爆-出渣-循環(huán)。

3.2.1爆破設(shè)計

爆破設(shè)計的詳細(xì)參數(shù)見下列表1.

炮眼的利用率為87%，每次循環(huán)的進(jìn)尺為1.6m，每次循環(huán)的鉆眼總長度為46.0m，每次循環(huán)的開挖量為5.6m3，單位體積藥物損耗量為2.84kg，炮眼的密度為7.1個每㎡。在施工的過程中，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，通過爆破試驗的程度來調(diào)整爆破的參數(shù)。

3.2.2測量放樣

（1）標(biāo)定軸線。將TCR-711型的全站儀應(yīng)用在軸線的標(biāo)定中，并在洞口或者在一定的距離以內(nèi)，設(shè)置洞軸線的后視裝置，從而準(zhǔn)確并及時的確定洞中點(diǎn)。

（2）掘進(jìn)斷面形狀放樣。利用已經(jīng)定好的洞中點(diǎn)以及兩側(cè)的腰線點(diǎn)，運(yùn)用距離交會法來進(jìn)行。

（3）布孔和造孔。首先布孔。全斷面開挖炮孔分掏槽孔、光爆孔以及輔助孔，也就是中間掏槽向周邊進(jìn)行光面爆破。根據(jù)隧洞中巖石地質(zhì)的條件以及爆破參數(shù)的設(shè)計來對炮孔進(jìn)行布置。按照爆破的設(shè)計來對布孔圖進(jìn)行設(shè)計，利用卷尺將各鉆孔位進(jìn)行逐一放樣;其次是鉆孔。引水隧洞斷面的尺寸太小，只能夠選擇運(yùn)用YT-28氣腿式手風(fēng)鉆在掌子面上對其進(jìn)行鉆孔作業(yè)，并且要嚴(yán)格保證鉆孔的精度，從而保證角度的準(zhǔn)確。

4.小洞徑洞室開挖的施工的優(yōu)化

4.1線性掏槽

在線性掏槽的過程中，全部的炮眼都采用平行的方式進(jìn)行鉆孔，并且每一個孔直徑都必須相同。對于小斷面的洞徑進(jìn)行挖掘的過程中，一般采用小直徑的炮孔，孔深一般為1.5-2.5m。

在應(yīng)用掏槽方式對小斷面進(jìn)行挖掘的過程中，會受到掌子面大小的限制，并且考慮到鉆孔機(jī)在進(jìn)行作業(yè)的時候也會受到限制，因此h1值要取得較小，從而有利于鉆孔設(shè)備的施工。掏槽的區(qū)域越大，在爆破的過程中崩落孔的臨空條件就越好，爆破的效果也越好，但是爆破的成本也會相應(yīng)的增多，通常來說掏槽區(qū)的面積為隧洞面積的3.5%-10%之間。

4.2錐形掌子面的應(yīng)用

在進(jìn)行隧洞的開挖過程中，每次循環(huán)鉆孔的時候都要保持周邊的孔以及崩落孔鉆孔的長度一致，掏槽孔要根據(jù)掏槽的效果來進(jìn)行鉆孔，在掏槽孔進(jìn)行爆破以后會形成突出的掌子面，能夠降低周邊孔的殘孔長度以及崩落孔的長度。

椎體的深度與洞徑大小、掏槽的方式、循環(huán)進(jìn)尺以及巖石的等級都有關(guān)系，在下圖中H為隧洞的高度;h為掏槽孔的深度;h1為椎體的深度;h2為掏槽區(qū)域距離地面的最大高度;h3為掏槽區(qū)域距離地面的最小高度;L為循環(huán)的長度。

洞徑的大小能夠直接影響到h1的大小值，孔深L和洞徑D的比值大小也能夠直接反映出周圍巖石對爆破區(qū)域約束力的大小，比值如果越大，那么束縛力就會越大，如果比值越小，那么約束力就會越小。在孔深L與洞徑D的比值大小已經(jīng)確定的情況之下，要引入錐形的掌子面，這是為了通過對掌子面的形狀進(jìn)行改變，從而改變爆破區(qū)域周圍的條件，并達(dá)到降低周圍巖石對爆破區(qū)域的約束力的最終目的。

4.3爆破效果

在完成鉆孔以后，僅需要將掏槽區(qū)的鉆孔進(jìn)行裝藥爆破。不管掌子面的形狀是怎樣的，在經(jīng)過爆破以后，以掏槽孔底部平滑整齊的形式來形成干凈迷你的方桶型小導(dǎo)洞。中心裝藥孔以及其他的裝遙控在經(jīng)過爆破后沒有殘孔;中心孔周圍的4個空孔因超鉆的長度在20cm，如果裝200g的炸藥會起到推渣的作用，并且在經(jīng)過爆破后留有30cm的殘孔。

5.結(jié)束語

在對小洞徑進(jìn)行開挖施工的過程中，要不斷地優(yōu)化爆破的參數(shù)，從而提高在完整巖石條件之下的成型率，并有效提高施工的質(zhì)量。與此同時，也可能相對地降低施工的成本，但是在對小洞徑進(jìn)行開挖施工的過程中，應(yīng)用錐形掌子面，必須要有成熟的掏槽方式以及精確的鉆孔支持。在鉆孔數(shù)量以及爆破參數(shù)都相同的條件下，完整巖石的半孔率能夠提高32%以上。如果僅僅改變掌子面的形狀，施工的進(jìn)度能夠加快10%，爆破的數(shù)量可以增加11%。鉆孔的利用率可高達(dá)99.2%，不僅優(yōu)化了錐形掌子面，還提高了光爆孔的半孔率。

參考文獻(xiàn)：

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