隧洞掘进技术及其安全防护探讨

摘 要：本文结合某公路隧道施工工程，探讨了隧洞掘进的主要技术和安全防护措施，为同类工程提供了参考。

关键词：隧洞施工 掘进技术 安全防护 凿岩机

中图分类号：U459 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0057-01

1 工程概况

某高速公路路线沿山坡布线，全长6.479 km（起讫里程：K58+901～K65+380），其中某隧道从出口、另一隧道从进口单头掘进，单头掘进最长1570 m，采用新奥法施工，隧道弃渣场位于隧道口，部分弃渣用于加工碎石。

2 复杂地层掘进技术措施

对于本隧道工程在破碎、松散等不良复杂地层段中掘进，应遵守“超前锚、短开挖、弱爆破、早支护、快封闭、勤量测”的原则及时采取措施，派有经验的人员统一指挥，确保安全通过。不同类别的围岩，采用不同结构形式的安全防护技术。

2.1 凿岩机钻眼掘进

针对本工程采取凿岩机钻眼掘进，在开眼时采取慢速转动，待孔的深度到达10～15 mm以后，再逐渐转入全运转。在凿岩过程中，要按孔位设计使钎杆直线前进，并位于孔的中心。考虑到轴推力过小，机器产生回跳，振动增大，凿岩效率降低；轴推力过大，钎子顶紧眼底，使机器在超负荷下运转，易过早磨损零件，使凿岩速度减慢，在凿岩时采取合理试驾轴推力。凿岩机卡钎时，应减轴推力，即可逐步趋于正常。在钻眼过程中观察注油的储量和出油情况，调节好注油量。无油作业时，容易使零件过早磨损。当润滑油过多时，会造成工作面污染。

操作向上式凿岩机时应注意气腿的给气量，防止凿岩机上下摆动造成事故。手握紧机器时不能过紧更不能骑在器腿上以防止伤人损机。尤其是观察岩石情况，避免沿层理、节理和裂隙穿孔，禁止打残眼，随时观察有无冒顶、片帮得危险。为了有效使用开孔功能，开孔时用降低了冲击压力和固定的推进压力来完成的。

结合工程实践情况来看，为了有效地提高凿岩效率，首先应合理选择与正确使用凿岩机。司机操作要熟练，并要加保养与维修凿岩机，保证凿岩机正常运转。同时应当控制工作面风压0.5 MPa。从实践效果来看，当风压提高或降低0.1 MPa，相应的钻速就能提高或降低30%左右。过高不好，它会引起凿岩机剧烈震动，是零部件磨损加快、耗气量增大。正确确定眼径和眼深：炮眼直径和深度加大，钻速必然下降，气腿式凿岩机适合的炮眼直径为38～46，眼深不宜超过5 m。另外应当严禁在废炮眼上钻孔和骑马式操作，钻孔进钻杆与钻孔中心线应保持一致。严禁在未经处理的残眼上直接钻孔；如遇残眼，应在爆破员及安全员的指导下，使用风吹或水冲等方式确保残留的炸药、雷管处理干净。

2.2 掘进中特殊地层处理

施工中一发现可能出现破碎带的迹象，马上沿隧洞轮廓线钻孔，孔深至少应大于循环进尺1 m（一般为3～5 m），然后充填砂浆，再插入锚杆，锚杆的外插角宜为5°～10°，安设的锚杆使一定区域成为一个整体，以锚杆长度作为控制长度形成模拟挡土墙，通过这个挡土墙来抵抗背后土压，以达到超前支护的效果。喷锚的效果来源于它的及时性、独特性、灵活性及柔性密贴性。喷射混凝土具有比较好的柔韧性，其蠕变性和可压缩性都相当大，其延伸率可达10%，为了改善喷射混凝土的静态抗拉强度、挠性疲劳强度、冲击强度、抗振性能、柔韧性和抗裂性能，可在每立方米素砼混合料中加入80～100 kg的钢纤维。这是一种安全、快速、有效的临时支护方法。

钢筋网的作用在于提高喷射混凝土结构物的整体性，使喷层中的应力均匀分布，避免应力局部集中，提高喷射混凝土支护抵抗长期机械震动和爆破震动的能力，可以避免个别危石冒落，并可以防止或减少因混凝土收缩而产生的裂纹，为了起到上述作用，要求钢筋直径不宜过大，网度不宜过密，应紧贴岩石。施工中钢筋采用Φ6～10 mm钢筋，间距为200～300 mm。

在破碎带与地质条件特差的地段，则在锚网喷的基础上再结合超前锚杆采取格栅拱模喷复合支护措施。现场围岩量测是锚喷支护监控设计和施工管理的重要内容。通过量测可及时掌握围岩动态和支护受力情况，判断围岩稳定程度和支护效果，为设计和施工提供信息，以便检验、修改支护参数和修改施工方法。为了安全、顺利地通过断层，为了保证工程质量，要及时采取以下措施。

因岩石很松散，易掉块，开挖时应采用小装药、弱爆破、短进尺的方法，减少围岩受爆破影响程度，且岩层的暴露空间小，不至于出现大量的掉块、塌方。在碰到断层前1～2 m，即开始打超前锚杆进行超前支护，对围岩进行超前加固。每一循环爆破完后，立即进行喷砼，喷层厚为5 cm，以封闭岩石软弱面，使其形成一层柔性薄壁支护，暂时稳固围岩。待砼喷完后立即打系统锚杆。确保围岩不出现有害松动，然后再挂上一层钢筋网，最后再喷上一层砼，彻底封闭围岩。

在采取以上的支护措施的同时再通过围岩位移量测来观察围岩，了解围岩的变化情况，具体量测方法可采用木楔法、观察法、听音判断法、震动法中的一种或几种，再配合收敛计等仪器观测围岩，以便采取相应的措施。当施工中遇地下水有变大情况时，应进行超前探水，放水引排。应配备足够的排水设备。当涌水量较大时，应先灌浆封堵止水，后进行支护。

3 隧道掘进安全防护措施

各种凿岩机械必须保持技术状况良好、安全、灵活、可靠。操作人员须按操作规程作业。作业前应检查压气胶管接头，机械连接螺帽等是否安全牢固。凿岩前必须进行“四检查”和“四清除”。即检查和清除炮烟和残炮；检查和清除盲炮（由爆破员处理）；检查和清除顶、帮、掌子面浮石；检查和清除支护的不安全因素。凿岩时应做到“四严禁”。即严禁打残眼；严禁打干眼；严禁戴手套扶钎杆；严禁站在凿岩机钎杆下。开钻时先给水，后给风。停钻时：先关风，后关水。开眼时先低速运转，待钻进一定深度后再全速钻进，钻眼时扶钎人员不准戴手套。凿岩中发现不正常声音，排粉出水不正常时，应停机检查，找出原因并消除后，才能继续钻进。在离地3 m以上或边坡上作业时，必须栓好安全带，不得在山坡拖拉风管，如必须拖拉时，应先让坡下的作业人员撤离。

退出凿岩机或更换钎杆时，应减速慢退，切实注意钎杆位置，避免钎杆脱落伤人。凿岩台架应安装牢固，周边应与洞帮相顶实，前部与掌子面距离应小于50 cm。凿岩时若遇流砂层或突然涌水地段，应停止作业，并迅速报告有关部门，制定安全措施。

4 结语

隧洞的安全性关乎着隧道交通的安全，各施工单位务必对施工环境进行详细的考察，根据实际情况制定相关的施工方案和质量管理措施，确保施工能够顺利进行以及施工质量能够达到国家安全标准。

参考文献

[1]阮周宁.日本公路隧道的凿岩爆破法掘进[J].世界采矿快报，2007（12）：118-119.

[2]王进志.三线大跨公路隧道人机套打快速掘进技术[J].西部探矿工程，2006（7）：31-33.