小斷面隧洞開挖技術(shù)與要點(diǎn)控制

楊 昌

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

小斷面長隧洞一般是指斷面面積在3～10m2的隧洞，長度在3～10km，該類隧洞在施工時(shí)存在著較多的困難，主要表現(xiàn)在：①作業(yè)面小，難以布置多臺(tái)掘進(jìn)設(shè)備，掘進(jìn)周期長；②距離長，單臺(tái)運(yùn)渣設(shè)備容量有限，出渣周期長；③風(fēng)力損耗大、煙塵擴(kuò)散慢，通風(fēng)時(shí)間長；④材料設(shè)備周轉(zhuǎn)慢、故障排除周期長、信息反饋遲鈍，導(dǎo)致每循環(huán)進(jìn)尺需要時(shí)間較長。為了解決這些問題，采用了長進(jìn)尺控制鉆爆的隧洞掘進(jìn)施工工法，該工法采用擴(kuò)大超前導(dǎo)洞異位全斷面開挖、抽出壓出結(jié)合式通風(fēng)、裝運(yùn)一體化運(yùn)渣的掘進(jìn)方法，取得了良好的效果，施工進(jìn)度比傳統(tǒng)鉆爆法速度提高25%～40%，質(zhì)量好，安全性高。

1 隧洞概況

海南瓊中抽水蓄能電站自流排水洞工程起止樁號(hào)Z0＋000m～Z4＋534.300m，長4534.3m，斷面為城門洞型，凈空尺寸為2.7m×2.9m（寬×高），坡度為1.6215‰。自流排水洞沿線地層巖性以印支期侵入的中?；◢弾r為主，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的斷層，無大的滑坡、泥石流等物理地質(zhì)現(xiàn)象，整體穩(wěn)定。自流排水洞所經(jīng)地下水位較高，尤為構(gòu)造部位地下水較豐富，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)引排水處理。洞身樁號(hào)Z0＋034～Z0＋124段長約90m，為全、強(qiáng)風(fēng)化巖體，進(jìn)洞條件差，進(jìn)洞前需作好超前支護(hù)，并對進(jìn)口段洞室加強(qiáng)支護(hù)處理［1］。洞室樁號(hào)Z0＋124～Z0＋234段，圍巖為弱風(fēng)化及微風(fēng)化巖體。樁號(hào)Z0＋234～Z4＋534.300段，洞室為微風(fēng)化～新鮮花崗巖，巖體較完整～完整，成洞條件較好，巖體基本質(zhì)量類別為Ⅱ類～Ⅲ類。

2 小斷面長隧洞施工特點(diǎn)

小斷面隧洞施工效率較低，通常需完成前一道施工工序后，方可進(jìn)行下一道工序的施工，施工循環(huán)周期較長，并且在這樣長而窄的隧洞環(huán)境下進(jìn)行鉆孔、爆破以及出渣施工會(huì)形成一定的安全隱患，還存在各種機(jī)械設(shè)備展開操作的傷人事故隱患，還可能因隧洞開挖而造成的崩塌、瓦斯爆炸等安全事故，而且小斷面長隧洞內(nèi)的空氣會(huì)隨著掘進(jìn)深度的增加而不斷減少，為保證安全施工，需要加大對隧洞通風(fēng)的措施。由于該隧洞施工斷面小，因此在隧洞的鉆孔、爆破、出渣作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生高濃度有害氣體和大量粉塵，這些物質(zhì)都會(huì)影響作業(yè)人員的身體健康，而且在洞內(nèi)測量時(shí)，煙塵濃度大，粉塵的折射和反射會(huì)使測量成果質(zhì)量下降，測量數(shù)據(jù)存在誤差，最終影響隧洞開挖質(zhì)量［2］。隧洞內(nèi)的空氣短時(shí)間內(nèi)流通不暢容易出現(xiàn)施工作業(yè)人員窒息等事故，而且長隧洞內(nèi)的進(jìn)行通風(fēng)施工還受距離限制，不能更好地應(yīng)用供水、供電等設(shè)施，影響機(jī)械通風(fēng)施工的效率。

3 施工重點(diǎn)

3.1 長進(jìn)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(dǎo)洞掏槽空眼，利用增設(shè)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(jìn)尺長度。

3.2 加大超前導(dǎo)洞鉆眼深度

加大超前導(dǎo)洞鉆眼深度，根據(jù)實(shí)際需要，將普通3.5m或3m鉆桿自制加工至2.3m或2.8m左右，根據(jù)隧洞地質(zhì)圍巖情況將超前導(dǎo)洞鉆眼深度加大，有效提高單循環(huán)進(jìn)尺長度。

3.3 創(chuàng)新通風(fēng)模式

結(jié)合抽出式通風(fēng)和壓出式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，組合成全新的抽出壓出式通風(fēng)方式。抽出壓出式通風(fēng)利用硬質(zhì)通風(fēng)管道快速抽取掌子面附近有毒有害氣體，提高工作效率。

4 施工機(jī)械配套技術(shù)

對于隧道的長、小特征，適用以下指導(dǎo)方針：選用機(jī)械設(shè)備：1）機(jī)械化：每項(xiàng)作業(yè)盡可能機(jī)械或半機(jī)械地進(jìn)行，以盡量減少人員的勞動(dòng)，減少高產(chǎn)量企業(yè)的實(shí)際消耗。2）經(jīng)濟(jì)原理：不需要先進(jìn)的單機(jī)設(shè)備來確保設(shè)備的適當(dāng)匹配。3）軌道交通設(shè)施是由于一條小的空隧道，一條二級隧道，很難進(jìn)入柵格孔。4）建筑工程須配合設(shè)計(jì)，供電選項(xiàng)須以電為導(dǎo)向。5）根據(jù)設(shè)備尺寸和隧道斷面，所選設(shè)備將以合適的外形建造，符合生產(chǎn)能力，考慮到單機(jī)型號(hào)的可靠性、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性、可維修性和科學(xué)調(diào)整。6）機(jī)器配件必須符合進(jìn)度要求。進(jìn)步的目標(biāo)是達(dá)到每月平均出水量120m以上，力爭達(dá)到150m［3－4］。

5 施工技術(shù)措施

5.1 爆破試驗(yàn)

挖掘石頭時(shí)，首先結(jié)合生產(chǎn)進(jìn)行爆炸，以確定爆炸的準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)和安全參數(shù)。爆炸分析的主要內(nèi)容：炸藥性能測試；①控制爆炸前對側(cè)壁的攻擊；②槽型；③空洞深度和孔間距；④炸毀電網(wǎng)的藥物數(shù)量、阻塞長度等；⑤對采石場和封鎖的損壞。前面板和預(yù)修效果必須滿足以下要求：剩馀炮孔應(yīng)均勻分布在切除的輪廓面上；炮孔存放率：80%以上時(shí)，整塊巖石至少占50%，而破碎和破碎巖石占20%。相鄰兩個(gè)孔之間的巖層是平坦的，開孔壁不應(yīng)有明顯的斷裂條件；相鄰炮之間的節(jié)距或采光口的最大值不得大于5cm；圓周孔應(yīng)在截面輪廓上打開，沿輪廓的調(diào)整范圍和凹槽的孔差不得大于5cm，其他炮孔位置不得大于10cm。

5.2 預(yù)測方法

一種水平空心鉆，被認(rèn)為是孔中的微導(dǎo)葉，可在隧道出口前數(shù)十年甚至數(shù)百米的時(shí)間內(nèi)提供巖石信息的地理可視化。鉆孔時(shí)，避免因鉆頭位移而引起的收集錯(cuò)誤，并根據(jù)巖石的硬度調(diào)整鉆具的速度和低壓。堅(jiān)硬的巖石，速度較低，鉆井壓力較大。對于較軟的巖石，應(yīng)使用較高的速度和較低的鉆井壓力［5－6］。

5.3 設(shè)計(jì)程序

內(nèi)孔采用常規(guī)鉆孔方法，采用低速、低速、密度低、爆炸率高、結(jié)構(gòu)無耦合且爆炸阻力系數(shù)為1.5－2.0的奶粉強(qiáng)爆炸，但藥直徑不應(yīng)小于炸藥的臨界直徑，以確保穩(wěn)定爆炸；（d）控制麻醉藥品的濃度，必要時(shí)采用分級藥物結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)眼下硅石成分的限制并加強(qiáng)彈藥；當(dāng)巖層明顯時(shí)，大炮的視線應(yīng)盡可能垂直于層狀面，例如。b.為區(qū)段開發(fā)，炮眼應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離關(guān)節(jié)，以防止卡鉆和爆炸效果。施工時(shí)，施工原則適用于水預(yù)觀、弱爆、短路、低波動(dòng)、強(qiáng)支、早期封鎖和觀察實(shí)踐。周圍的巖石使用內(nèi)部圓形挖方，其中橫截面穿過巖石。炸藥是一種化學(xué)炸彈，不是一毫秒長的導(dǎo)電雷管、雷管、周圍的雷管，是修飾雷管。

6 質(zhì)量、安全保障措施

6.1 質(zhì)量管理措施

1）質(zhì)量管理組織機(jī)構(gòu)與管理體系，①項(xiàng)目經(jīng)理部設(shè)專職的質(zhì)量管理部，負(fù)責(zé)本合同段工程的全部質(zhì)量管理工作；②建立縱成線、橫成網(wǎng)的嚴(yán)密工程質(zhì)量組織與管理體系。按項(xiàng)目經(jīng)理部、施工隊(duì)、工班分工負(fù)責(zé)，層層落實(shí)；③在項(xiàng)目經(jīng)理和總工程師的領(lǐng)導(dǎo)下，由質(zhì)量管理部負(fù)責(zé)質(zhì)量管理工作，各施工隊(duì)設(shè)專職質(zhì)檢員，各班組設(shè)兼職質(zhì)檢員；④班組堅(jiān)持“三檢制”自檢合格后，專職質(zhì)檢員進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收。然后由項(xiàng)目經(jīng)理部質(zhì)檢工程師請監(jiān)理工程師驗(yàn)收簽認(rèn)。

施工隊(duì)負(fù)責(zé)人初檢，現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人復(fù)檢，質(zhì)量負(fù)責(zé)人終檢。

2）質(zhì)量保證管理措施，①加強(qiáng)質(zhì)量教育，提高全員質(zhì)量意識(shí)；②加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高施工人員技術(shù)能力；③建立全面質(zhì)量管理體系，從體系上確保質(zhì)量；④建立質(zhì)量情報(bào)信息網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)收集、及時(shí)反饋、及時(shí)分析、及時(shí)應(yīng)用，以便更好地保證工程質(zhì)量。

3）質(zhì)量保證控制措施，①工藝控制措施：嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)及施工工藝科學(xué)組織施工；②工程材料控制措施：建立健全進(jìn)場前檢查驗(yàn)收和取樣送檢制度，杜絕不合格材料進(jìn)入現(xiàn)場；③施工操作控制措施：施工過程中做到施工操作程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，貫徹工前有交底、工中有檢查、工后有驗(yàn)收的“一條龍”操作管理方法；④進(jìn)度和質(zhì)量關(guān)系的控制措施：正確處理質(zhì)與量的關(guān)系，堅(jiān)持好中求快，好中求省，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和設(shè)計(jì)要求組織、指導(dǎo)施工。

6.2 安全管理措施

安全管理措施，①遵守國家有關(guān)安全生產(chǎn)的法律法規(guī)及業(yè)主頒發(fā)的有關(guān)安全生產(chǎn)的規(guī)定，認(rèn)真執(zhí)行施工合同中的有關(guān)安全要求；②“安全第一、預(yù)防為主”的原則，加強(qiáng)安全生產(chǎn)宣傳教育，學(xué)習(xí)安全技術(shù)規(guī)程，不斷提高全體施工人員的安全意識(shí)；③健全各級各部門的安全生產(chǎn)責(zé)任制，責(zé)任落實(shí)到人；④全面性、針對性的安全技術(shù)交底制度，受交底者必須履行簽字手續(xù)；⑤安全檢查制度。在施工中，專職安全員跟班作業(yè)，隨時(shí)檢查，安全領(lǐng)導(dǎo)小組定期檢查。對查出的隱患及時(shí)整改，做到定人、定時(shí)間、定措施；⑥舉辦安全會(huì)議，適時(shí)分析安全形勢，指定有關(guān)管理人員參加并做好記錄。

7 結(jié)語

小斷面長隧洞開挖施工，因隧洞開挖斷面小，洞內(nèi)空間狹窄，常規(guī)隧洞開挖出渣設(shè)備難以發(fā)揮作用。常規(guī)的小斷面隧洞開挖施工，采用有軌運(yùn)輸施工方案，雖然購買設(shè)備一次性投入成本較大，但避免了無軌方案中運(yùn)輸車輛尾氣排放造成的污染。海南瓊中抽水蓄能電站自流排水洞工程結(jié)合工程特點(diǎn)及條件限制，采用了無軌運(yùn)輸方案，經(jīng)過施工實(shí)踐，所配套使用的機(jī)械設(shè)備，適用性較好，充分發(fā)揮了綜合配套效率。本文結(jié)合海南瓊中抽水蓄能電站自流排水洞施工特點(diǎn)及其地質(zhì)條件，對隧洞開挖施工技術(shù)進(jìn)行研究，此技術(shù)措施可應(yīng)用在類似隧洞工程中，可有效減少因施工工藝不合理或技術(shù)不成熟而導(dǎo)致質(zhì)量事故的發(fā)生或經(jīng)濟(jì)效益的損失，同時(shí)也需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)工藝，進(jìn)一步提高工程質(zhì)量。