中小隧洞工程鉆爆開挖快速施工技術(shù)應(yīng)用與分析

蔡 振

（中國(guó)電建湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢430040）

1 工程概述

隨著我國(guó)城市供水工程和中小型水電站工程的迅猛發(fā)展，中小斷面長(zhǎng)隧洞的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。福建省某引水隧洞工程C2標(biāo)段總長(zhǎng)為6.889km，開挖斷面為城門洞形，開挖洞徑為（5.2～5.4）m×（4.858～5.058）m。隧洞采用全斷面鉆爆開挖，襯砌支護(hù)采用鋼筋混凝土襯砌和掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。該標(biāo)段設(shè)計(jì)布置有3條施工支洞，分別為進(jìn)口支洞、1＃支洞與2＃支洞。由于客觀原因，該標(biāo)段工程工期嚴(yán)重滯后，遂通過(guò)優(yōu)化鉆爆掏槽方式、出渣、通風(fēng)排煙和襯砌支護(hù)方案等措施提高施工效率，大幅縮短施工工期，實(shí)現(xiàn)快速施工。

2 快速施工措施

2.1 鉆爆方案優(yōu)化

本工程原設(shè)計(jì)采用的是全斷面斜孔掏槽毫秒微差淺孔光面爆破法開挖。掏槽孔選用雙排各五孔的斜眼掏槽方式，如圖1所示。導(dǎo)洞每掘進(jìn)兩次擴(kuò)挖層掘進(jìn)一次。該施工方案優(yōu)點(diǎn)在于導(dǎo)洞開挖斷面小，如遇不良地質(zhì)，可提前做好準(zhǔn)備。光爆層采用長(zhǎng)釬鉆孔，可提高隧洞周邊平整度。

圖1 掏槽孔布置圖

在開挖幾個(gè)循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，平均實(shí)際循環(huán)進(jìn)尺僅有1.5m左右，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的2.2m目標(biāo)，究其原因是該工程巖石比較堅(jiān)硬，炮孔的傾斜角越小爆破效果才越好，但由于孔深較大，工作斷面又較小，鋼釬長(zhǎng)度受到了限制，無(wú)法按照設(shè)計(jì)要求施工，且在實(shí)際施工操作過(guò)程中，由于打斜孔傾斜角度難以掌握，造成了掏槽效果不理想，炮孔利用率不高，進(jìn)尺達(dá)不到要求。通過(guò)研究試驗(yàn)后對(duì)掏槽方式進(jìn)行了改進(jìn)，改用棱形直眼掏槽的方案，炮孔布置圖如圖2所示，爆破效果得到了很大的改善，平均循環(huán)進(jìn)尺2.3m左右，炮孔利用率達(dá)到90%以上，掘進(jìn)速度有了很大的提高，單頭月進(jìn)尺達(dá)到了180m以上。

圖2 棱形掏槽孔布置圖

2.2 通風(fēng)排煙方案優(yōu)化

為施工方便，本工程隧道內(nèi)采用軟質(zhì)風(fēng)管懸掛在洞內(nèi)拱頂中心線壓入式排煙方式，實(shí)踐證明，該通風(fēng)排煙方案平均耗時(shí)在40min以上，通風(fēng)排煙效率低，其不足有：（1）采用壓入式排煙的煙量比較大，通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)；（2）隧洞是雙向開挖，采用壓入式通風(fēng)方案時(shí)，一頭的炮煙會(huì)向相對(duì)的一頭擴(kuò)散，迫使另一頭也無(wú)法施工，影響施工速度；（3）壓入式通風(fēng)排煙使得炮煙等有害氣體從洞內(nèi)經(jīng)過(guò)，污染洞壁，影響供水質(zhì)量。

結(jié)合國(guó)內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算，原方案壓入式通風(fēng)排煙煙量為：

式中，炸藥量G＝38kg；有害氣體量b在巖層中取40；隧洞面積A為23.41m2；L為隧洞的全長(zhǎng)，本隧洞獨(dú)頭最長(zhǎng)為800m；漏風(fēng)系數(shù)p按百米漏風(fēng)率2%計(jì)算為1.7；淋水系數(shù)φ取0.7。計(jì)算得 M壓＝11 372.5m3。

對(duì)排煙方案進(jìn)行改進(jìn)后，采用圖3所示的抽出式通風(fēng)排煙方案，風(fēng)管改用鋼性帆布管在洞口布置一臺(tái)44kW軸流風(fēng)機(jī)，當(dāng)長(zhǎng)度超過(guò)400m時(shí)再串聯(lián)一臺(tái)44kW風(fēng)機(jī)。

圖3 改進(jìn)后2＃施工支洞通風(fēng)排煙布置圖

改進(jìn)后抽出式通風(fēng)排煙煙量為：

計(jì)算得M抽＝1 883.2m3，當(dāng)風(fēng)管吸口到掌子面距離大于風(fēng)流有效吸程（1.5槡S）時(shí)，按公式計(jì)算出來(lái)的風(fēng)量需加20%，則最終M抽＝2 259.8m3，抽出式方案所需的風(fēng)量遠(yuǎn)小于壓入式。在本工程中，決定通風(fēng)設(shè)備風(fēng)量的是隧洞洞內(nèi)最小風(fēng)速風(fēng)量，因此風(fēng)機(jī)不需改變，僅需增加兩臺(tái)44kW風(fēng)機(jī)并將軟風(fēng)管改為鋼性帆布管。實(shí)踐表明，改進(jìn)后通風(fēng)排煙時(shí)間可以控制在15min以內(nèi)，不僅使洞壁不受污染，還大大縮短了通風(fēng)排煙時(shí)間，加快了施工速度。

2.3 出渣方案優(yōu)化

本工程為引水隧洞工程，為保證引水質(zhì)量，應(yīng)業(yè)主要求洞內(nèi)設(shè)計(jì)采用有軌運(yùn)輸，以減少污染。優(yōu)化后采用洞內(nèi)有軌出渣、洞外無(wú)軌運(yùn)輸為主的混合式出渣方式。在進(jìn)水口支洞和2＃施工支洞內(nèi)采用有軌出渣方式，在掌子面附近用WZL－150履帶式挖掘裝載機(jī)進(jìn)行裝渣，再用 XK16／132－KBT電機(jī)車牽引ST－14梭式礦車運(yùn)渣，并在支洞與主洞交叉處設(shè)置中轉(zhuǎn)渣場(chǎng)，用3臺(tái)15t自卸式汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至渣場(chǎng)，進(jìn)水口施工支洞的出渣布置如圖4所示。趕工期間為了實(shí)現(xiàn)高效快速出渣，每個(gè)支洞又增加了3臺(tái)5t的自卸車，以保證裝渣的連續(xù)性，較趕工前出渣的時(shí)間大大縮短了。

圖4 2＃施工支洞出渣布置圖

2.4 襯砌支護(hù)方案優(yōu)化

根據(jù)C2標(biāo)段隧洞的施工特點(diǎn)和趕工要求，襯砌施工改用多工序的交叉作業(yè)施工方式：（1）統(tǒng)一襯砌斷面形式；（2）在有掘進(jìn)和襯砌任務(wù)的洞段，通過(guò)設(shè)置聯(lián)絡(luò)洞來(lái)實(shí)現(xiàn)開挖和襯砌的交叉作業(yè)；（3）在已經(jīng)完成開挖的洞段實(shí)行連續(xù)交叉作業(yè)的襯砌方法。在關(guān)鍵線路上將混凝土襯砌的時(shí)間提早，爭(zhēng)取了更多混凝土襯砌時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了快速襯砌的目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

中小斷面長(zhǎng)隧洞因斷面小、洞線長(zhǎng)、大型機(jī)械無(wú)法運(yùn)用等特點(diǎn)使得加快施工速度成為難點(diǎn)。本工程通過(guò)采用棱形直眼掏槽替代斜眼掏槽、優(yōu)化出渣機(jī)械匹配、使用交叉作業(yè)法等一系列有效的技術(shù)管理措施，提高了循環(huán)進(jìn)尺及鉆爆效率，加快了出渣速度，使施工速度得到大幅提高，縮短工期170天，其快速施工技術(shù)對(duì)類似工程施工具有借鑒和參考意義。

［1］中國(guó)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì).調(diào)水工程應(yīng)用技術(shù)研究與實(shí)踐［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2009：8.

［2］張正宇，等.現(xiàn)代水利水電工程爆破［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003：168－172.

［3］陳響亮，陳月娥.小斷面長(zhǎng)隧洞快速施工的優(yōu)化與實(shí)踐［J］.浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007，19（2）：28－30.

［4］王祥秋.改進(jìn)掏槽方式提高爆破效率［J］.爆破，1997，14（3）：46－48.