供水工程小断面隧洞开挖技术的应用

苏承月

(江西省水利水电开发有限公司，江西 南昌 330001)

1　工程概况

江西省德兴润泉供水工程引水隧洞位于乐安河水系支流长乐水的上游，输水线路从盘石山水库大坝至坞石村后山总长2983 m，其中进口明钢管段长139 m，跨长乐河倒虹管长49.5 m，隧洞长2748.5 m。输水隧洞布置在盘石山水库左岸，隧洞进口布置在大坝下游139 m处，出口布置在乌石村后，洞身分为两段，1#洞长1079 m，从隧洞进口桩号K0+139至倒虹管桩号K1+218，该洞段纵坡为i=2.623%；2#洞长1669.5 m，从桩号K1+313.5至隧洞出口桩号K2+983，该洞纵坡i分为两段，其中桩号K1+313.5～K2+395.6洞段坡比i=-3%，桩号K2+395.6～K2+983洞段坡比i=-1%。

2　小断面隧洞开挖存在的问题

隧洞进口50 m范围内的开挖施工，基本上可以按照常规施工要求进行开挖和临时支护工作。但是，在隧洞开挖50 m之后，施工操作就比较困难，直接影响到施工周期，主要体现在以下几方面：

2.1　出渣方面

本工程在进行隧洞开挖过程中，有大量的石渣需要运出，必须借助运输车辆来进行装运。但是，小型隧洞只能使用小型农用自卸车，无法有效地对开挖出来的石渣进行外运。并且，运输车辆在连续使用一段时间之后，容易出现故障。

2.2　通风排烟方面

在隧洞开挖过程中，会出现一系列的烟尘，主要来源于农用车辆排出的尾气和隧洞爆破开挖过程中出现的烟尘。在施工过程中，需要根据实际情况设置通风排烟设备[1]。

随着隧洞开挖工作的不断进行，需要更多的时间来对烟尘进行排放。虽然，对通风机进行不断的改进和优化，但是，由于受电压、空间等方面的影响，使得通风机的效果无法充分的发挥起来。隧洞开挖进尺不断的延长，通风机需要进行排烟的时间越长，这直接影响了施工周期[2]。

2.3　洞内动力电源电压方面

隧洞在进行开挖过程中，开挖的进尺不断地延长，隧洞内设备的电压也在不断的下降。如果在开挖之前，电缆所架设的断面太小的话，在后续的隧洞开挖过程中，会出现电压下降的情况，导致施工过程中的机械设备无法正常的运行。

3　小断面隧洞开挖施工技术

3.1　通风、排水布置

3.1.1通风布置

在进行通风设备布置时，设置两个水平弯段可以有效延长通风时间。将出风口设置在主洞斜井的施工区域，可以逐渐增加隧洞上下游的高度差，使得烟尘不断的向上游汇集，无法走向出口方向。通过对实际的情况进行分析之后，为了更好地将隧洞内的烟尘排出洞外，需要借助2×55 kW轴流通风机将新鲜空气输入洞内。在进行斜井施工过程中，需要在隧洞内架设风机，两台设备相结合能够顺利排出烟尘。

3.1.2排水布置

地下水位的高度要高于排水的出口和下平段洞顶，并且须要在排水出口外部设置围挡来进行水流的阻挡，这样才能确保不会出现倒灌的现象。此外，须要在排水口的出口位置设置集水井，借助55 kW的离心泵将积水的水位下降到要求为止。

3.2　爆破方案设计

3.2.1洞脸明挖

实施爆破工作的基本原则：在爆破操作之前，须要对爆破区域进行浅挖，分段来进行起爆；为了有效地保证边坡质量，减少爆破对其的干扰，保证边坡的稳定性，需要在靠近边坡区域来进行爆破。

爆破设备的选择：需要选择风动凿岩设备、电动空压机等设备配备人工装药，借助起爆器来对炸药进行起爆。

爆破具体参数的确定：炮眼的直径以选择的施工机具为标准，选择直径为42 mm的设备；爆破采用的方式为开挖浅孔，安装炸药来进行爆破；炸药的单耗q=0.5 kg/m3；炮孔的开挖深度大约为2 m；炮孔之间的孔距大约为1.5 m；炮孔之间的排距大约为1.5 m；单孔装药量大约为2.25 kg；光爆孔的炮孔深度大约为2 m，炮孔之间的间距大约为0.8 m；线装药密度取q线=0.25 kg/m。

3.2.2施工方法

为了保证边坡面的平整性，减少对边坡不必要的开挖操作，须要借助光爆法来进行开挖操作[3]。按照施工要求来对开挖边坡线和坡比进行设计，借助凿岩机来对炮孔进行凿孔，炮孔之间的距离为0.8 m，井炮孔的斜率控制在要求范围内，并且孔与孔之间的误差控制在10 mm以内。最后再安装炸药，进行起爆。

3.3施工测量3.3.1平面控制网

甲方需要提供一些测量数据、基准点的测量数据等，施工人员需要对其提供的数据进行全面的复核，确保基准点的准确度和精度，这样才能有效的保证后续的施工质量。对基准点进行复核之后，需要进行施工平面控制网点的设置，并且计算出各个网点之间的数据差，全面地分析出控制网的精准度，然后上报给监理进行复核。

3.3.2隧洞测量

对基准点进行检测之后，需要对隧洞的控制网进行设置，设置方式如下：基本导线主要用于对数据信息进行测量；二级导线主要是用于施工的放样工作。本阶段需要借助全站仪来对中线进行标定，之后再进行开挖工作。每次完成爆破工作之后，需要再次对中线、腰线进行标定，并且绘制出开挖的轮廓线。

3.4　隧洞开挖

3.4.1单孔装药量和装药集中度计算

本工程由于隧洞面积较小，需要按照“短进尺，多循环”的方式来进行操作，并且采用全断面光面爆破的方式来进行开挖工作。采用型号为YT-28手持气腿式风钻机来进行钻孔操作，并且在进出口处需要设置电动空压机，确保在进行隧洞开挖过程中能够将风接入到洞内，并且供风管道需要沿着洞的一边进行铺设，洞内照明设备需要配置低压电源。

炮眼直径为42 mm，药卷直径25 mm，则不耦合系数为42/25=1.68。根据岩性，孔距E取0.45 m，抵抗线W取0.55 m，则E/W=0.82。炮孔深度取L=1.8 m。可由公式(1)计算：

Q=[(E+W)L+EW]×0.1×(Rb/1.4)1/2/ZD

(1)

3.4.2掏槽方法及炮孔布置

图1为炮孔的布置图，4、5空为空孔。为了有效地控制隧洞开挖的面积和施工钻孔操作，需要将孔口设置在圆周上，孔底落在圆周上，并且每一个炮孔都带有一定的角度。

图1　炮孔布置图

3.4.3起爆网络、起爆顺序

借助掏槽、导爆管来进行药包的起爆工作。在进行管道连接时，如果长度不够，可以采用导爆管串接的方式来进行。但是，导爆管的连接处不得进入杂质和水分。

起爆的顺序如下：先进行中心槽眼的开挖；开挖一般槽眼；开挖辅助眼；开挖周边眼；开挖底脚周边眼；最后开挖光爆眼。

3.4.4安全处理

岩体进行爆破之后，会出现松动现象，因此，须要安排专业的人员来对其进行处理，并且及时开挖爆破之后遗留下的盲炮。爆破工来对盲炮处理之后，须要有专门的人员来对其进行复核检查。

4　施工注意要点

(1)在施工过程中，需要根据实际的施工情况来确定炸药量。为了保证爆破效果，对于一些裂缝发育的地段，需要适当地调节孔距至350～400 mm，降低D值。

(2)龟裂掏槽与爆破的质量有着直接的关系。为了保证爆破的效率，需要将掏槽孔偏差控制在允许偏差范围内。

(3)为了确保爆破炸药的集中度，需要在底层安装完炸药后，填入200 mm深的炮泥，然后再进行二层炸药的填充，最后再用炮泥来对孔进行密封处理。在进行弹药的安装过程中，需要严格按照爆破规程要求来进行操作，不可擅自进行改变。炸药安装完成的炮孔宜使用黏土对其进行密封处理。

5　结　论

在小断面隧洞开挖施工时，通过采用上述方法取得了良好的效果，通过“短进尺、多循环”的基本原则进行光面爆破开挖施工，保证了小断面隧洞施工的安全性，隧洞围岩未出现裂缝和坍塌现象，隧洞断面残孔率较高，取得了良好的施工效果。

参考文献：

[1]李伯昌.小断面隧洞开挖施工方法[J].黑龙江水利科技，2014(1)：33-35.

[2]陈兵.小断面隧洞机械开挖与钻爆法开挖对比分析[J].中国高新技术企业，2017(9)：164-165.

[3]夏骏，丁晔，方宗友.小断面隧洞光面爆破施工技术探究[J].西北水电，2017(4)：115-118.