小斷面隧道施工技術(shù)分析

吳景利

小斷面隧道施工技術(shù)分析

吳景利

（中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司，天津 300000）

針對小斷面隧道施工技術(shù)，結(jié)合工程實例，在簡要闡述工程難點的基礎(chǔ)上，分析了工程特點及方案的選定，最后深入分析了施工方案及技術(shù)措施，得出科學(xué)合理的應(yīng)用小斷面隧道施工技術(shù)不但可以行之有效的提高施工效率，而且也可以提高施工經(jīng)濟效益和社會效益的結(jié)論，希望對相關(guān)單位有一定幫助。

小斷面隧道；光面爆破；施工技術(shù)；出碴工況

大量工程實例表明，在小斷面隧道施工中，選擇科學(xué)合理的施工技術(shù)是提高施工的關(guān)鍵，也是確保機械設(shè)備和人員安全的主要途徑。但我國對小斷面隧道施工技術(shù)的研究還有待進一步深入分析。因此，本文基于工程實例，對小斷面隧道施工技術(shù)做了如下分析。

一、工程概述

金井巖隧道全長1629.3m，施工工期為13個月。金井巖隧道為山體越嶺隧道，隧道位于沙縣青州鎮(zhèn)東約4.5km處。設(shè)計隧道進口座標(biāo)：X=39602477.09，Y=2930773.29，海拔為330.10m；出口座標(biāo)：X=39600855.00，Y=2930859.00，海拔為557.14m，高差約227.04m。隧道進口至出口軸線方向為267，隧道長1629.30m，隧洞最大埋深約220.00m。

二、工程施工難點

1.小斷面隧道爆破施工難點

通過現(xiàn)場勘探顯示，在該隧道工程中，Ⅲ級圍巖占隧道全長的85%以上，具體施工中，如何切實做好Ⅲ級圍巖的爆破施工是整個工程的難點和重點。在小斷面隧道爆破施工中，臨空的面比較小，難以控制。任何一方面沒有控制好，硬質(zhì)圍巖就會發(fā)生拒爆的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致隧道工程發(fā)生欠挖現(xiàn)象，從而影響隧道工程施工的質(zhì)量。在小斷面隧道工程施工中，爆破開挖的質(zhì)量，對施工成本和經(jīng)濟效益有直接影響。

2.小斷面隧道出碴比較困難

在小斷面隧道工程施工中，由于斷面比較小，很大程度上限制了出碴的運輸效率，導(dǎo)致相關(guān)的機械設(shè)備難以順利開展。因此，在具體施工過程中，如何提高隧道洞碴運輸?shù)乃俣仁窃摴こ淌┕さ闹饕y度之一，如果不進行科學(xué)合理的解決，就會影響小斷面隧道施工的進度，延長施工工期，增加施工成本[1]。

三、工程施工特點和方案的選定

1.工程施工特點

就該小斷面隧道工程而言，其施工特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，該隧道工程的洞身比較長，工程量比較大，工期緊，通風(fēng)條件比較差；第二，隧道斷面比較小，增加了大型機械作業(yè)的難度，且平行施工會受到嚴(yán)重干擾；第三，該隧道工程通風(fēng)斜井段的涌水量比較大。

2.施工方案的確定

在施工前對隧道周圍的土質(zhì)情況和地下水情況進行了實地考察，然后結(jié)合工程的實際情況和特點，擬定了如下施工方案。

第一，針對金井巖隧道施工工程量大、工期緊的具體情況，施工單位決定在金井巖隧道的進出口處各安排一個施工隊進行長隧短打的施工方法，并合理安排隧道開挖、隧道支護以及襯砌的時間，盡量降低對平行作業(yè)的影響。

第二，在具體施工中，要充分利用隧道進出口的地形，把豎井改造為平洞出碴，此種施工方案，不但減少了機械設(shè)備的使用量，而且提高了出碴的速度，在緩解工期壓力的同時避免了安全事故的發(fā)生。

第三，由于金井巖隧道的通風(fēng)情況比較差，施工單位決定采用接力式通風(fēng)的方法，在不影響施工進度的基礎(chǔ)上，也滿足了風(fēng)量和風(fēng)壓損耗的需求。

第四，針對金井巖隧道斷面小的情況，在機械設(shè)備選型中要盡量選擇比較小的機械，采用ZWY-80/40L挖掘式裝載機裝碴，采用5噸汽車進行運輸，為提高運輸效率，每隔200m，就設(shè)置一個避車洞。

第五，為最大限度上降低隧道爆破對周圍居民的影響，采用控制爆破和光面爆破技術(shù)，同時采用MC-4振動測試儀對周圍建筑物的振動速度進行全方位檢測。

四、小斷面隧道施工技術(shù)

1.進口、出口施工技術(shù)

進口洞和出口洞在施工前要先在隧道洞口上方挖出相應(yīng)的載水溝，并對地表水進行合理的排放，為最大限度上保證進口洞邊坡和仰坡的穩(wěn)定性，進口洞邊坡和仰坡開挖的高度要控制在15米以上，坡度要控制在1:0.3左右，并盡量避免對原始地形地貌造成破壞。當(dāng)進洞口的邊坡和仰坡成形以后，要用清潔的高壓水進行沖洗，并采用錨桿掛網(wǎng)噴混凝土進行護坡。

當(dāng)進出口洞段明挖結(jié)束以后，要根據(jù)洞口的具體情況，通過安裝鋼筋拱架的方法進行支護，每個格柵之間的距離要控制在1.0~1.2m之間。預(yù)裂爆破施工技術(shù)在應(yīng)用過程中要遵循“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測”原則，如果圍巖的地段較好則可采用光面爆破施工技術(shù)。

2.洞身鉆爆施工技術(shù)

在隧道開挖前，必須先進行地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，探測出不良地質(zhì)的具體情況，然后通過超前注漿和提前支護的方法，根據(jù)隧道圍巖的具體情況，確定開挖方式。如果圍巖比較堅硬，可以采用全斷面一次開挖成型的方法；如果圍巖局部存在不良地質(zhì)段，則可以采用臺階法進行開挖[2]。

（1）開挖流程

由于該隧道圍巖良好，可以采用全斷面爆破開挖施工的方法。在鉆孔過程中，邊開挖邊支護，盡量縮短工序交叉施工時間，為提前完成合同段的工程任務(wù)創(chuàng)造有利條件。隧道洞身支護的方法包括：超前管棚、鋼拱架、系統(tǒng)錨桿等。而對圍巖破碎地段則可以利用鋼拱架加強支護，其他不良地質(zhì)要進行二次襯砌，以期最大限度上保證隧道結(jié)構(gòu)的安全性和施工的安全性。具體開挖作業(yè)流程為：測量放線→預(yù)探預(yù)測→鉆爆破控→裝藥爆破→通風(fēng)降塵→清除危石→運碴裝車→錨噴支護→下一循環(huán)。

（2）隧道開挖方案

①測量放線

測量放線的內(nèi)容包括兩方面，其一，洞外控制，采用三角測量法對洞外平面進行控制，在洞外設(shè)置3個平面控制點，并保證這三個控制點可以相互通視、穩(wěn)固不動。采用水準(zhǔn)測量的方法對高程進行控制，在洞外設(shè)置2個水準(zhǔn)點，并保證這2個水準(zhǔn)點可以相互通視，高差要控制在允許范圍內(nèi)；其二，洞內(nèi)控制。根據(jù)該隧道工程施工規(guī)范和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，通過中線法進行洞內(nèi)的測量和控制，并選擇經(jīng)驗豐富的測量工程師進行測量，為保證測量的準(zhǔn)確性，測量次數(shù)要保持在3次以上。

②鉆爆工藝

就該隧道工程而言，爆破法開挖施工的關(guān)鍵工藝光面爆破，此項技術(shù)的主要優(yōu)點是可以有效控制周邊開挖的輪廓，并降低圍巖的擾動，同時還能有效控制超挖和欠挖的現(xiàn)象發(fā)展，在保證工程質(zhì)量和開挖進度等方面也有明顯的優(yōu)勢。

1）鉆爆設(shè)計

鉆爆設(shè)計的主要原則：炮孔的布設(shè)符合圍巖的開挖方法；在保證爆破效果的基礎(chǔ)上，減少炸藥的用量；如果條件允許要盡量采用光明爆破，以便最大限度上減少對圍巖的破壞，并控制好開挖的輪廓。在保證隧道工程施工安全的基礎(chǔ)上，提高隧道掘進的速度，緩減工期壓力。

2）爆破器材的選擇

爆破器材包括兩種，一種是炸藥，在選擇炸藥過程中，要根據(jù)巖石強度的不同選擇不同爆速的炸藥，如果隧洞中存在水，則要選用乳化炸藥，圍巖地段選擇硝銨炸藥即可；另一種是雷管，根據(jù)該隧道該工程的實際情況，采用非點毫秒導(dǎo)爆管起爆。

3）炮眼布置

采用風(fēng)動鑿巖機進行鉆孔，炮眼布置的位置和數(shù)量要根據(jù)光面爆破的設(shè)計圖紙進行合理布設(shè)。炮眼的位置、間距、數(shù)量沒有經(jīng)過工程師的允許，嚴(yán)禁隨意改動。每個炮眼鉆孔位置的誤差不能超過5cm，同類炮眼的眼底要保持在一個平面上，就該隧道工程而言，炮眼布置圖如圖1所示[3]：

圖1 隧道開挖炮眼布置圖

4）爆破參數(shù)的設(shè)計

隧道初步確定Ⅱ級～Ⅳ級圍巖的爆破參數(shù)如下表1所示

表1 圍巖的爆破參數(shù)表

（3）棄渣排放

根據(jù)金井巖隧道現(xiàn)場施工的主要特點，出碴方式采用無軌運輸?shù)姆绞?，ZWY-80/40L挖掘式裝載機裝碴，5噸自卸汽車把棄渣運輸碴場。出碴運輸設(shè)備配套原則為：配套設(shè)備的生產(chǎn)能力必須滿足隧道工程施工進度的具體要求；設(shè)備的數(shù)量要充分滿足循環(huán)出碴的需求。

3.小斷面隧道的平行作業(yè)

由于金井巖隧道工程的斷面比較小，因此，不能利用襯砌臺車間無軌運輸平行作業(yè)。為確保施工進度，在襯砌過程中開挖上導(dǎo)坑，臺階的長度要控制在10m以內(nèi)，當(dāng)襯砌拱架橫撐施工完成以后，把棄碴運輸?shù)街付ǖ攸c。然后再進行下導(dǎo)坑開挖和擴邊，通過這種平行作業(yè)方式，每一次襯砌循環(huán)僅需要3天，可以有效滿足施工進度的需求。

4.隧道涌水的處理技術(shù)

就金井巖隧道工程施工中產(chǎn)生的涌水類型而言，大體上可以分三大類：第一類，滲滴水型出水，主要特點是涌水量比較少，水壓低，采取超前周邊注漿的技術(shù)即可對此類涌水情況進行處理；第二類，線狀滲水。主要特點是一般出現(xiàn)在斷層、破碎帶等縫隙發(fā)育洞段，雖然涌水壓力不大，但涌水面積比較大，如果不進行合理處理對洞內(nèi)施工造成嚴(yán)重影響[4]。采用預(yù)測涌水量，作周邊注漿和定點注漿處理技術(shù)，即可有效解決線狀滲水問題；第三類，涌水，主要特點是危害性大，一旦揭露后再行封堵費時較多，通過力爭在涌水點未揭露前進行注漿封堵。采用超前注漿措施，在靜水條件下封堵。

五、結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合工程實例，深入分析小斷面隧道施工技術(shù)，研究表明，在小斷面隧道施工中采用合適的的爆破技術(shù)和裝碴設(shè)備配置，可以有效提高施工質(zhì)量，也可以最大限度保證施工質(zhì)量。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，小斷面隧道施工越來越多，希望通過本文的分析，對隧道工程施工提供相應(yīng)的參考和建議。

[1]余繼江，祝方才，王勤富，馮祖浚，譚園輝.淺埋隧道逆向進站開挖工法及數(shù)值分析研究[J/OL].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017（03）：1-8.

[2]饒和平.小斷面引水隧道施工技術(shù)探析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2017（04）：185.

[3]吳超.光面爆破技術(shù)在鐵路小斷面隧道施工中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（07）：157-158.

[4]賴龐中.山區(qū)大坡度小斷面隧道施工技術(shù)[J].才智，2013（18）：202.

Analysis of Construction Technology of Small Section Tunnel

WU Jing-li

（China Railway eighteen Bureau Group Construction and Installation Engineering Co., Ltd., Tianjin 300000, China）

According to the construction technology of small section tunnel and the engineering example, this paper analyzes the project features and the selected scheme, and deeply explores the construction scheme and technical measures based on the simple introduction of the difficulties of the project. It concludes that the scientific and reasonable application of construction technology of small section tunnel can not only effectively improve the construction efficiency but also enhance the economic and social benefits of the construction, to provide some help for the relevant units.

small section tunnel; smooth blasting; construction technology; mucking condition

U455.6

A

1008—6129（2018）01—0093—04

2018—01—03

吳景利（1990—），蒙古族人，中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司，助理工程師。