提高軟巖隧洞開(kāi)挖日進(jìn)尺施工方法研究

張永鵬，吳建東

(1.甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司， 甘肅 蘭州 730000;2. 甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

1 工程簡(jiǎn)介

甘肅省引洮供水工程是是水利部27項(xiàng)重點(diǎn)工程和全國(guó)172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程項(xiàng)目之一，是甘肅省有史以來(lái)單項(xiàng)投資規(guī)模最大、引水渠線最長(zhǎng)、覆蓋地區(qū)最廣、受益群眾最多的大型跨流域調(diào)水工程。該工程以城鄉(xiāng)生活、工業(yè)供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉及生態(tài)用水，為當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂患案纳粕鷳B(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。引洮工程分兩期實(shí)施，甘肅省引洮供水二期工程四干渠1#—2#隧洞工程主體工程施工第7標(biāo)段工程施工。該段總長(zhǎng)3627m，其中1#隧洞長(zhǎng)1935m，2#隧洞長(zhǎng)1650m，隧洞總長(zhǎng)3585m。該標(biāo)段于2015年10月8日開(kāi)工，工期45個(gè)月，建設(shè)要求四干渠各標(biāo)段施工的隧洞在2017年9月底前貫通。

2 施工進(jìn)度

2.1 前期隧洞開(kāi)挖進(jìn)度調(diào)查分析

2.1.1 1#隧洞出口段前期開(kāi)挖日進(jìn)度統(tǒng)計(jì)分析

(1)采用挖掘機(jī)開(kāi)挖日進(jìn)度統(tǒng)計(jì)分析

1#隧洞出口段全洞為磚紅色砂礫巖夾砂質(zhì)泥巖，屬軟巖，軟巖施工難度大，容易發(fā)生大變形。施工前期采用KX161-3SZ型挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖。因巖石為中等風(fēng)化，有一定的硬度，只得采用挖掘機(jī)帶破碎錘開(kāi)鑿，并經(jīng)風(fēng)鎬修邊。2015年11月1日—2015年12月27日，經(jīng)47d掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖進(jìn)度統(tǒng)計(jì)，日平均進(jìn)尺僅為1.31m。

(2)采用鉆爆法開(kāi)挖日進(jìn)度統(tǒng)計(jì)分析

由于隧洞圍巖較硬，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖風(fēng)鎬修邊費(fèi)時(shí)費(fèi)力，開(kāi)挖進(jìn)度緩慢，無(wú)法完成建設(shè)單位的施工進(jìn)度指標(biāo)。為加快施工進(jìn)度，提高企業(yè)信譽(yù)，項(xiàng)目部加大了火工品審批力度，爭(zhēng)取早日采用鉆爆法施工。于2015年12月下旬火工品審批手續(xù)完畢，12月28日進(jìn)行鉆爆法施工，經(jīng)過(guò)13d爆破開(kāi)挖，日平均進(jìn)尺僅為1.52m，爆破效果不佳，開(kāi)挖速度仍不理想，鉆爆法有其自身的缺點(diǎn)。

2.1.2 2#隧洞進(jìn)口段前期開(kāi)挖進(jìn)度

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，2#隧洞進(jìn)口段工程洞口125m為土洞，圍巖為黃土狀土，實(shí)際進(jìn)洞99m后見(jiàn)砂礫巖。土洞部分主要采用挖掘機(jī)、挖掘裝載機(jī)等方法開(kāi)挖。見(jiàn)基巖砂礫巖后，前期主要采用挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖經(jīng)41d統(tǒng)計(jì)，日平均進(jìn)尺為1.96m。

2.2 不同設(shè)備開(kāi)挖進(jìn)度

1#隧洞出口段中等風(fēng)化基巖不同開(kāi)挖工藝掘進(jìn)，圍巖為強(qiáng)風(fēng)化-中等風(fēng)化砂礫巖、砂質(zhì)泥巖。挖掘機(jī)日均掘進(jìn)1.31m，鉆爆法日掘進(jìn)1.52m，鉆爆法施工速度略比挖掘機(jī)開(kāi)挖快，但不能滿足開(kāi)挖任務(wù)指標(biāo)要求。2#隧洞進(jìn)口段中等風(fēng)化基巖為強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖、砂質(zhì)泥巖，施工挖掘裝載機(jī)日均掘進(jìn)1.96m，但隨著隧洞加深，巖石風(fēng)化程度逐漸減弱，挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖難度加大，此進(jìn)度無(wú)法完成開(kāi)挖任務(wù)指標(biāo)。

1#隧洞出口段開(kāi)挖總工程量1935m，于2016年1月17日，已完成115m，剩余工程量1820m，按目前鉆爆法開(kāi)挖日進(jìn)尺1.52m推算，剩余工程量需用天數(shù)為1197d，2019年4月22日完工；按挖掘機(jī)掘進(jìn)日進(jìn)尺1.31m推算，2019年10月31日完工。2#隧洞進(jìn)口段開(kāi)挖工程量1650m，截止2016年1月17日，已完成175m，剩余工程量1475m，按挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖日進(jìn)尺1.96m推算，剩余工程量需用天數(shù)為753d，按此開(kāi)挖進(jìn)度不能按期完工。

2.3 隧洞開(kāi)挖進(jìn)度緩慢的主要癥結(jié)

開(kāi)挖包括隧洞掘進(jìn)和一次支護(hù)兩道工序[2- 3]。為找到引起開(kāi)挖進(jìn)度緩慢的主要癥結(jié)，小組影響開(kāi)挖日進(jìn)尺的主要因素進(jìn)行深入分析隧洞掘進(jìn)和一次支護(hù)，超出常規(guī)時(shí)間所占的比例見(jiàn)表1，表中頻數(shù)由以往施工的類(lèi)似工程的工作效率分析統(tǒng)計(jì)得出。

表1 開(kāi)挖進(jìn)度緩慢的主要癥結(jié)調(diào)查表 單位:%

引起開(kāi)挖進(jìn)度緩慢的主要癥結(jié)是隧洞掘進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，如果超出常規(guī)時(shí)間所占的比例為80%。1#隧洞日進(jìn)尺：1.52×(1+80%)=2.74m；2#隧洞日進(jìn)尺：1.96×(1+80%)=3.53m。按照施工要求于2017年9月底前貫通，距離貫通時(shí)間僅有623d，1#隧洞出口段日平均進(jìn)尺必須達(dá)到：1820÷628=2.90m，2#隧洞進(jìn)口段日平均進(jìn)尺必須達(dá)到：1475÷628=2.35m，兩隧洞巖性相同。因此，目標(biāo)值設(shè)定日進(jìn)尺為2.90m，以往工程處其他項(xiàng)目一個(gè)工作面日進(jìn)尺經(jīng)常超過(guò)8m，僅施工地質(zhì)條件與此項(xiàng)目有差異，一次性支護(hù)的工序比該項(xiàng)目簡(jiǎn)單而已。

2.4 設(shè)定目標(biāo)值

隧洞開(kāi)挖日進(jìn)尺分別從1#隧洞1.52m、2#隧洞1.96m提高到2.90m。

3 影響因素確定

影響因素確認(rèn)表見(jiàn)表2。

1#隧洞出口段剩余工程量需用天數(shù)為1820÷1.52=1197d，需在2019年4月22日完工；按挖掘機(jī)掘進(jìn)日進(jìn)尺1.31m推算，需在2019年10月31日完工。2#隧洞進(jìn)口段開(kāi)剩余工程量1475m，按目前挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖日進(jìn)尺1.96m推算，剩余工程量需用天數(shù)為1475÷1.96=753d，需在2018年2月2日完工。按目前開(kāi)挖進(jìn)度，1#隧洞出口段、2#隧洞進(jìn)口段均不能按要求完成隧洞貫通，故必須改變施工工藝。對(duì)8個(gè)末端因素進(jìn)行了認(rèn)真調(diào)查、仔細(xì)統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為影響隧洞掘進(jìn)速度的主要因素有2條：掘進(jìn)工藝不合理；激勵(lì)機(jī)制不完善。

4 實(shí)施對(duì)策

經(jīng)過(guò)信息收集、分析認(rèn)為本標(biāo)段隧洞圍巖為軟巖，掘進(jìn)機(jī)、銑挖機(jī)可能能解決該項(xiàng)目隧洞的掘進(jìn)工藝。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察，結(jié)合本標(biāo)段隧洞圍巖特性，了解掘進(jìn)機(jī)、銑挖機(jī)的適用性。掘進(jìn)機(jī)主要用于煤巷或半煤巖巷以及軟巖的巷道掘進(jìn)，主要功能不是采煤，是給采煤機(jī)“開(kāi)路”，本標(biāo)段隧洞圍巖屬軟巖類(lèi)可以采用掘進(jìn)機(jī)作隧洞掘進(jìn)施工的嘗試；銑挖機(jī)主要應(yīng)用于露天煤礦，隧道掘進(jìn)及輪廓修正、渠道溝槽銑掘、瀝青混凝土路面銑刨、巖石凍土銑挖、樹(shù)根銑削等多個(gè)領(lǐng)域；掘進(jìn)機(jī)、銑挖機(jī)均設(shè)有自動(dòng)出渣系統(tǒng)，可減少出渣設(shè)備。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖對(duì)隧洞的圍巖擾動(dòng)較小、其開(kāi)挖主要以磨巖為主，因此容易控制超挖。相比鉆爆法開(kāi)挖施工效率高、開(kāi)挖經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表2 影響因素確認(rèn)表

4.1 調(diào)整隧洞掘進(jìn)工藝

(1)確定隧洞掘進(jìn)工藝

經(jīng)實(shí)地考察、調(diào)研，認(rèn)為采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)作為項(xiàng)目部首選的隧洞開(kāi)挖施工設(shè)備，以掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)取代挖掘機(jī)和常規(guī)的鉆爆法施工工藝。將考察情況及該項(xiàng)目今后隧洞開(kāi)挖施工方案報(bào)公司領(lǐng)導(dǎo)決策，經(jīng)專(zhuān)家組分析研究，決定使用1臺(tái)掘進(jìn)機(jī)用于本標(biāo)段隧洞開(kāi)挖施工。

(2)掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用效果

2016年2月16日，新購(gòu)掘進(jìn)機(jī)達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)，先在2#隧洞試運(yùn)行，3月份月掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到114.0m，最高月進(jìn)尺為172m；于3月26日調(diào)入1#隧洞掘進(jìn)，2016年5月4日，又購(gòu)置第二臺(tái)掘進(jìn)機(jī)用于2#隧洞施工，創(chuàng)造了引洮二期工程月進(jìn)尺184m的最高紀(jì)錄，見(jiàn)表3。

采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)后1#隧洞月進(jìn)尺為月施工進(jìn)尺為112.5～184m，自4月1日—12月31日計(jì)275d共掘進(jìn)1392.5m，平均日進(jìn)尺為5.06m；2#隧洞月進(jìn)尺為107.5～172m，自3月1日—12月31日計(jì)245d共掘進(jìn)1210m，平均日進(jìn)尺為4.94m。實(shí)現(xiàn)了對(duì)策目標(biāo)。

4.2 核定定額，超額獎(jiǎng)勵(lì)

為激發(fā)施工人員積極性，小組成員建議項(xiàng)目部建立激勵(lì)機(jī)制。而后，項(xiàng)目部于2016年3月下旬制訂了《引洮二期供水工程7標(biāo)項(xiàng)目部激勵(lì)機(jī)制實(shí)施辦法》，于2016年4月份起實(shí)施。辦法規(guī)定：每月工資由基礎(chǔ)工資+績(jī)效工資組成，其中績(jī)效工資與施工進(jìn)度掛鉤，核定基數(shù)，超額獎(jiǎng)勵(lì)。該辦法出臺(tái)后，施工人員積極性大大提高，大部分月份超額完成掘進(jìn)基數(shù)，月收入大幅提升。

5 效果檢查

5.1 目標(biāo)檢查

5.1.1目標(biāo)值檢查

在進(jìn)行調(diào)整隧洞掘進(jìn)工藝和施工人員的獎(jiǎng)勵(lì)后，隧洞掘進(jìn)施工進(jìn)度明顯加快，1#隧洞在3月末進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)取代挖掘機(jī)和常規(guī)鉆爆法施工工藝，2#隧洞在5月使用初掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)取代挖掘機(jī)施工工藝后日均掘進(jìn)進(jìn)度加快。

表3 采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)開(kāi)挖日進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)表

對(duì)采取改變掘進(jìn)工藝和人員獎(jiǎng)勵(lì)后的開(kāi)挖日進(jìn)尺進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，通過(guò)實(shí)施兩種措施，1#隧洞出口段開(kāi)挖日進(jìn)尺從原來(lái)的1.52m提高到4.29m，2#隧洞進(jìn)口段開(kāi)挖日進(jìn)尺從原來(lái)的1.96m提高到4.17m，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)挖日進(jìn)尺2.90m的目標(biāo)。

5.1.2隧洞提前貫通

1#隧洞出口段長(zhǎng)1935m，隧洞開(kāi)挖計(jì)劃工期908d，于2015年10月31進(jìn)洞施工，已于2017年4月17日貫通，實(shí)際開(kāi)挖用時(shí)535d，比投標(biāo)計(jì)劃提前373d完工；比業(yè)主確定的2017年9月提前貫通時(shí)間提早了166d。2#隧洞進(jìn)口段長(zhǎng)1650m，隧洞開(kāi)挖計(jì)劃工期974d，于2015年10月28進(jìn)洞施工，已于2017年1月4日貫通，實(shí)際開(kāi)挖用時(shí)435d，提前539d，比業(yè)主確定的2017年9月提前貫通時(shí)間提早了269d。

5.2 取得的效果

5.2.1積累了施工經(jīng)驗(yàn)

該標(biāo)段為引洮供水二期施工標(biāo)段中首次選用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖隧洞的項(xiàng)目；掘進(jìn)機(jī)用于隧洞開(kāi)挖，在我公司及黃土高原地區(qū)的隧洞項(xiàng)目施工中尚屬首次嘗試，它的成功應(yīng)用為今后類(lèi)似隧洞工程開(kāi)挖起了拋磚引玉的作用。采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)隧洞，施工進(jìn)度快，大大縮短了工期；掘進(jìn)機(jī)為掘進(jìn)、出渣一體化施工，減少了出渣設(shè)備的資金投入；能有效控制超欠挖現(xiàn)象，確保開(kāi)挖施工質(zhì)量；開(kāi)挖掌子面無(wú)需施工人員，能大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

5.2.2取得較好的經(jīng)濟(jì)效益

(1)直接經(jīng)濟(jì)效益

降低掘進(jìn)成本272萬(wàn)元。每立方米降低掘進(jìn)成本72.5元，兩隧洞工程量37480m3，節(jié)約成本271.73萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

(2)潛在經(jīng)濟(jì)效益

掘進(jìn)機(jī)的成功應(yīng)用，公司品牌得到較大的提升，并為后繼30、35標(biāo)段項(xiàng)目的承接起到一定的助推作用。

6 結(jié)語(yǔ)

在甘肅省引洮供水二期工程四干渠1#-2#隧洞圍巖為中等風(fēng)化軟巖，實(shí)際掘進(jìn)中發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)以挖掘機(jī)和鉆爆法為主的施工工藝掘進(jìn)隧洞速度慢。因此調(diào)整隧洞掘進(jìn)工藝，使用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)開(kāi)挖隧洞，同時(shí)還實(shí)施了施工人員超額獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。實(shí)施兩種措施后，隧洞掘進(jìn)成本降低且隧洞掘進(jìn)提前完成，形成了較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)該掘進(jìn)方法對(duì)軟巖掘進(jìn)積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類(lèi)似工程具有借鑒作用。隧洞掘進(jìn)需立足于工程地質(zhì)情況，結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn)，努力完善和發(fā)展新的施工工藝，對(duì)降低工程成本意義重大。