小斷面隧洞開挖技術與要點控制

楊 昌

（中國水電建設集團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，該類隧洞在施工時存在著較多的困難，主要表現在：①作業面小，難以布置多臺掘進設備，掘進周期長；②距離長，單臺運渣設備容量有限，出渣周期長；③風力損耗大、煙塵擴散慢，通風時間長；④材料設備周轉慢、故障排除周期長、信息反饋遲鈍，導致每循環進尺需要時間較長。為了解決這些問題，采用了長進尺控制鉆爆的隧洞掘進施工工法，該工法采用擴大超前導洞異位全斷面開挖、抽出壓出結合式通風、裝運一體化運渣的掘進方法，取得了良好的效果，施工進度比傳統鉆爆法速度提高25%～40%，質量好，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粒花崗巖為主，地質構造較簡單，未發現規模較大的斷層，無大的滑坡、泥石流等物理地質現象，整體穩定。自流排水洞所經地下水位較高，尤為構造部位地下水較豐富，施工時應加強引排水處理。洞身樁號Z0＋034～Z0＋124段長約90m，為全、強風化巖體，進洞條件差，進洞前需作好超前支護，并對進口段洞室加強支護處理［1］。洞室樁號Z0＋124～Z0＋234段，圍巖為弱風化及微風化巖體。樁號Z0＋234～Z4＋534.300段，洞室為微風化～新鮮花崗巖，巖體較完整～完整，成洞條件較好，巖體基本質量類別為Ⅱ類～Ⅲ類。

2 小斷面長隧洞施工特點

小斷面隧洞施工效率較低，通常需完成前一道施工工序后，方可進行下一道工序的施工，施工循環周期較長，并且在這樣長而窄的隧洞環境下進行鉆孔、爆破以及出渣施工會形成一定的安全隱患，還存在各種機械設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的空氣會隨著掘進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、出渣作業時會產生高濃度有害氣體和大量粉塵，這些物質都會影響作業人員的身體健康，而且在洞內測量時，煙塵濃度大，粉塵的折射和反射會使測量成果質量下降，測量數據存在誤差，最終影響隧洞開挖質量［2］。隧洞內的空氣短時間內流通不暢容易出現施工作業人員窒息等事故，而且長隧洞內的進行通風施工還受距離限制，不能更好地應用供水、供電等設施，影響機械通風施工的效率。

3 施工重點

3.1 長進尺控制鉆爆法改變傳統布眼形式

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。增加超前導洞掏槽空眼，利用增設掏槽空眼創造爆破臨空面，可減少炸藥用量并有效提高單循環進尺長度。

3.2 加大超前導洞鉆眼深度

加大超前導洞鉆眼深度，根據實際需要，將普通3.5m或3m鉆桿自制加工至2.3m或2.8m左右，根據隧洞地質圍巖情況將超前導洞鉆眼深度加大，有效提高單循環進尺長度。

3.3 創新通風模式

結合抽出式通風和壓出式通風的優點，組合成全新的抽出壓出式通風方式。抽出壓出式通風利用硬質通風管道快速抽取掌子面附近有毒有害氣體，提高工作效率。

4 施工機械配套技術

對于隧道的長、小特征，適用以下指導方針：選用機械設備：1）機械化：每項作業盡可能機械或半機械地進行，以盡量減少人員的勞動，減少高產量企業的實際消耗。2）經濟原理：不需要先進的單機設備來確保設備的適當匹配。3）軌道交通設施是由于一條小的空隧道，一條二級隧道，很難進入柵格孔。4）建筑工程須配合設計，供電選項須以電為導向。5）根據設備尺寸和隧道斷面，所選設備將以合適的外形建造，符合生產能力，考慮到單機型號的可靠性、生產率、經濟性、可維修性和科學調整。6）機器配件必須符合進度要求。進步的目標是達到每月平均出水量120m以上，力爭達到150m［3－4］。

5 施工技術措施

5.1 爆破試驗

挖掘石頭時，首先結合生產進行爆炸，以確定爆炸的準確、經濟和安全參數。爆炸分析的主要內容：炸藥性能測試；①控制爆炸前對側壁的攻擊；②槽型；③空洞深度和孔間距；④炸毀電網的藥物數量、阻塞長度等；⑤對采石場和封鎖的損壞。前面板和預修效果必須滿足以下要求：剩馀炮孔應均勻分布在切除的輪廓面上；炮孔存放率：80%以上時，整塊巖石至少占50%，而破碎和破碎巖石占20%。相鄰兩個孔之間的巖層是平坦的，開孔壁不應有明顯的斷裂條件；相鄰炮之間的節距或采光口的最大值不得大于5cm；圓周孔應在截面輪廓上打開，沿輪廓的調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 預測方法

一種水平空心鉆，被認為是孔中的微導葉，可在隧道出口前數十年甚至數百米的時間內提供巖石信息的地理可視化。鉆孔時，避免因鉆頭位移而引起的收集錯誤，并根據巖石的硬度調整鉆具的速度和低壓。堅硬的巖石，速度較低，鉆井壓力較大。對于較軟的巖石，應使用較高的速度和較低的鉆井壓力［5－6］。

5.3 設計程序

內孔采用常規鉆孔方法，采用低速、低速、密度低、爆炸率高、結構無耦合且爆炸阻力系數為1.5－2.0的奶粉強爆炸，但藥直徑不應小于炸藥的臨界直徑，以確保穩定爆炸；（d）控制麻醉藥品的濃度，必要時采用分級藥物結構，以實現眼下硅石成分的限制并加強彈藥；當巖層明顯時，大炮的視線應盡可能垂直于層狀面，例如。b.為區段開發，炮眼應盡可能遠離關節，以防止卡鉆和爆炸效果。施工時，施工原則適用于水預觀、弱爆、短路、低波動、強支、早期封鎖和觀察實踐。周圍的巖石使用內部圓形挖方，其中橫截面穿過巖石。炸藥是一種化學炸彈，不是一毫秒長的導電雷管、雷管、周圍的雷管，是修飾雷管。

6 質量、安全保障措施

6.1 質量管理措施

1）質量管理組織機構與管理體系，①項目經理部設專職的質量管理部，負責本合同段工程的全部質量管理工作；②建立縱成線、橫成網的嚴密工程質量組織與管理體系。按項目經理部、施工隊、工班分工負責，層層落實；③在項目經理和總工程師的領導下，由質量管理部負責質量管理工作，各施工隊設專職質檢員，各班組設兼職質檢員；④班組堅持“三檢制”自檢合格后，專職質檢員進行全面檢查驗收。然后由項目經理部質檢工程師請監理工程師驗收簽認。

施工隊負責人初檢，現場施工負責人復檢，質量負責人終檢。

2）質量保證管理措施，①加強質量教育，提高全員質量意識；②加強技術培訓，提高施工人員技術能力；③建立全面質量管理體系，從體系上確保質量；④建立質量情報信息網絡，及時收集、及時反饋、及時分析、及時應用，以便更好地保證工程質量。

3）質量保證控制措施，①工藝控制措施：嚴格按照施工組織設計及施工工藝科學組織施工；②工程材料控制措施：建立健全進場前檢查驗收和取樣送檢制度，杜絕不合格材料進入現場；③施工操作控制措施：施工過程中做到施工操作程序化、標準化、規范化，貫徹工前有交底、工中有檢查、工后有驗收的“一條龍”操作管理方法；④進度和質量關系的控制措施：正確處理質與量的關系，堅持好中求快，好中求省，嚴格按標準、規范和設計要求組織、指導施工。

6.2 安全管理措施

安全管理措施，①遵守國家有關安全生產的法律法規及業主頒發的有關安全生產的規定，認真執行施工合同中的有關安全要求；②“安全第一、預防為主”的原則，加強安全生產宣傳教育，學習安全技術規程，不斷提高全體施工人員的安全意識；③健全各級各部門的安全生產責任制，責任落實到人；④全面性、針對性的安全技術交底制度，受交底者必須履行簽字手續；⑤安全檢查制度。在施工中，專職安全員跟班作業，隨時檢查，安全領導小組定期檢查。對查出的隱患及時整改，做到定人、定時間、定措施；⑥舉辦安全會議，適時分析安全形勢，指定有關管理人員參加并做好記錄。

7 結語

小斷面長隧洞開挖施工，因隧洞開挖斷面小，洞內空間狹窄，常規隧洞開挖出渣設備難以發揮作用。常規的小斷面隧洞開挖施工，采用有軌運輸施工方案，雖然購買設備一次性投入成本較大，但避免了無軌方案中運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合工程特點及條件限制，采用了無軌運輸方案，經過施工實踐，所配套使用的機械設備，適用性較好，充分發揮了綜合配套效率。本文結合海南瓊中抽水蓄能電站自流排水洞施工特點及其地質條件，對隧洞開挖施工技術進行研究，此技術措施可應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不成熟而導致質量事故的發生或經濟效益的損失，同時也需要在實踐中不斷改進工藝，進一步提高工程質量。