中小型断面长隧洞施工方案优化方法

牛 奔

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

1 中小型断面长隧洞特点

隧洞作为一种常见的地下建筑物，由于地质情况的不同和使用目的各异，隧洞的型式多种多样，长短不一。根据洞室断面或跨度大小，隧洞可划分为小断面隧洞、中断面隧洞、大断面隧洞和特大断面隧洞等4类；根据洞室独头进尺的长短，可分为短隧洞、中长隧洞、长隧洞和特长隧洞等4类，详见表1和表2。

表1 按洞室断面（或跨度）隧洞分类表

表2 按开挖长度隧洞分类表

随着我国基础设施建设力度的加大，大型水电站工程、引水工程、排污工程等建设项目越来越多，而中小型长隧洞施工更为常见。

中小型长隧洞的特点是“小”和“长”。小则受断面尺寸的限制，在有限的空间内施工，工序交叉多，互相干扰大，在同一工作面上，钻孔、爆破、出碴等工序只能周期性循环进行，无法在施工中运用高效的大型机械设备，而且也影响洞内管线的布设；长则受距离限制，带来供电、供风、排水、排烟、出碴等一系列困难，施工环境较差，因此中小型断面隧洞施工难度较大。但中小型断面的隧洞具有单位长度开挖量少、出碴量少、受地质影响较小、安全支护比较方便等优点；长隧洞一般具有断面形式改变较少、纵向坡度较小等优点。因此，只要施工组织措施得当，中小型长隧洞的施工困难是可以克服的。

2 中小型长隧洞施工方案优化

2．1 设置施工支洞方案的优化

设置施工支洞有以下好处：一是开辟多个工作面，实现“长洞短打”以缩短工期；二是有利于隧洞通风、排烟；三是有利于出碴；四是避开重要建筑物，有利于优先进洞，避免施工干扰。设置施工支洞应以均衡施工为原则，既要快又要经济。支洞越多，主洞工作面就越多，有利于加快进度，但增加了临时工程量和工作量，不利于经济施工。反之，支洞少或不设支洞，主洞工作面就越少，虽然降低了临时工程量和工作量，但不利于主洞施工。因此，尽管支洞可以使长洞短打，但应考虑地形、地质、工期、效益等多方面因素。

2．2 配备施工机械的优化

一是钻孔设备的选择。尽管多臂钻钻速快，但由于隧洞内空间小，且单位面积的钻孔数比大洞多，多臂钻的效率不能充分发挥优势；而手风钻可以通过采用长短钎的作业方式或先导洞、后扩挖的施工方法，充分发挥其优势，故可优先选用手风钻。

二是出碴设备的选择。出碴工序是控制中小型长隧洞能否实现快速施工的关键工序之一，出碴安排是否得当直接影响下一循环的施工。一般选用侧卸小型装岩机配合小型自卸车或前装后卸式单斗装岩配合斗车或矿车出碴。若有避车洞，则可选择较大的装载机。出碴设备应根据隧洞的实际情况而定，通过计算装载设备和运碴设备的工作效率，比较选出相互匹配又较合理的方案。

2．3 配备辅助设施的优化

一是通风、排烟。隧洞工程施工中，由于开挖爆破分解不完全和内燃机燃烧不完全，经常产生大量有害气体，必须及时通风净化空气。长隧洞的开挖中通风排烟问题更为突出。炮烟能否尽快排出洞外，决定着下一步工序的工效。实践证明，混合式分散供风效果较好。另外，还可采用挂帘隔烟、喷雾除尘等辅助方法，加强除尘排烟效果。

二是供电。供电的最大困难是线损较大。减小线损影响，可采用电阻较小的铜芯电缆，也可采用线路末端设升压变压器的方法，保证施工设备正常使用。

三是供水、排水。供排水设施可集中设于隧洞一侧。隧洞为顺坡，排水比较简单，一边掘进一边挖排水沟即可；隧洞为逆坡，排水应分散设置集水坑，间距控制在50～200 m，视隧洞底坡而定；隧洞开挖遇到断层或破碎带，有可能出现大量渗水或壅水，此时可在掌子面布置适量的排水孔或打入花管导水，最后可按梯级逐坑泵水出洞。

2．4 爆破循环的优化

由于地质条件的差别和环境的不同，照搬已有的爆破设计，并不一定能达到最好的爆破效果。在施工中，应根据爆破试验，调整各个爆破参数，以取得最优的爆破效果。进尺和炮眼数目作为一项重要的爆破参数，直接影响每一个循环的效率，也应与循环时间协同考虑，以取得最佳的循环进尺。

3 结语

中小型断面长隧洞在引水工程、城市供水工程、排污管道工程等水利工程上有较为广泛的应用，施工中由于洞室断面小，无法使用高效能的大型钻和出碴等设备而影响进度，因单头开挖长度大而使排烟、供水、供电困难，但中小型断面长隧洞具有单位长度开挖量少、受地质影响小、安全支护方便等特点，只要在施工中结合工程实际，扬长避短，制订出合理而经济的施工组织设计，抓好每个循环环节的衔接，就可以实现中小型断面长隧洞的快速施工。