小洞徑洞室開挖的施工方法改進研究

張少飛

摘要：某某水庫改擴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)進尺。在進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)量控制方案進行了論述，為同類施工提供出有效的借鑒。

關鍵詞：小洞徑;洞室開挖;施工方法改進

引言

隨著社會的發(fā)展，水的用量不斷擴大，某水庫在擴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，所以在進行小洞徑開挖的施工工藝上要進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，由進水渠、進水閘、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）。隧洞圍巖主要為強風化、弱風化上部及弱風化下部板巖巖體，隧洞洞身進出口段圍巖類別屬Ⅴ類圍巖，其余段基本為Ⅲ類圍巖，進出口成洞條件較差，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，施工進度比較緊張，因此，引水隧洞能否順利完成，關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計，一定會出現(xiàn)幾個方面的問題：

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

（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。在引水隧洞的進出口處，由于其埋深淺以及風化嚴重的程度，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措施。受到汛期的影響，隧洞開挖需單端掘進，工作面也受到限制。

（3）經(jīng)濟的問題。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，在施工過程中采用全新的斷面對其進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)進行開挖，1天2個循環(huán)，每次循環(huán)的進尺為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：爆破的設計-測量放樣-造孔-裝藥起爆-出渣-循環(huán)。

3.2.1爆破設計

爆破設計的詳細參數(shù)見下列表1.

炮眼的利用率為87%，每次循環(huán)的進尺為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）標定軸線。將TCR-711型的全站儀應用在軸線的標定中，并在洞口或者在一定的距離以內(nèi)，設置洞軸線的后視裝置，從而準確并及時的確定洞中點。

（2）掘進斷面形狀放樣。利用已經(jīng)定好的洞中點以及兩側的腰線點，運用距離交會法來進行。

（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)的設計來對炮孔進行布置。按照爆破的設計來對布孔圖進行設計，利用卷尺將各鉆孔位進行逐一放樣;其次是鉆孔。引水隧洞斷面的尺寸太小，只能夠選擇運用YT-28氣腿式手風鉆在掌子面上對其進行鉆孔作業(yè)，并且要嚴格保證鉆孔的精度，從而保證角度的準確。

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。

在應用掏槽方式對小斷面進行挖掘的過程中，會受到掌子面大小的限制，并且考慮到鉆孔機在進行作業(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錐形掌子面的應用

在進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)掏槽的效果來進行鉆孔，在掏槽孔進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)進尺以及巖石的等級都有關系，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行改變，從而改變爆破區(qū)域周圍的條件，并達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.結束語

在對小洞徑進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，但是在對小洞徑進行開挖施工的過程中，應用錐形掌子面，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：

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