小断面隧道施工技术分析

吴景利

小断面隧道施工技术分析

吴景利

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津 300000）

针对小断面隧道施工技术，结合工程实例，在简要阐述工程难点的基础上，分析了工程特点及方案的选定，最后深入分析了施工方案及技术措施，得出科学合理的应用小断面隧道施工技术不但可以行之有效的提高施工效率，而且也可以提高施工经济效益和社会效益的结论，希望对相关单位有一定帮助。

小断面隧道；光面爆破；施工技术；出碴工况

大量工程实例表明，在小断面隧道施工中，选择科学合理的施工技术是提高施工的关键，也是确保机械设备和人员安全的主要途径。但我国对小断面隧道施工技术的研究还有待进一步深入分析。因此，本文基于工程实例，对小断面隧道施工技术做了如下分析。

一、工程概述

金井岩隧道全长1629.3m，施工工期为13个月。金井岩隧道为山体越岭隧道，隧道位于沙县青州镇东约4.5km处。设计隧道进口座标：X=39602477.09，Y=2930773.29，海拔为330.10m；出口座标：X=39600855.00，Y=2930859.00，海拔为557.14m，高差约227.04m。隧道进口至出口轴线方向为267，隧道长1629.30m，隧洞最大埋深约220.00m。

二、工程施工难点

1.小断面隧道爆破施工难点

通过现场勘探显示，在该隧道工程中，Ⅲ级围岩占隧道全长的85%以上，具体施工中，如何切实做好Ⅲ级围岩的爆破施工是整个工程的难点和重点。在小断面隧道爆破施工中，临空的面比较小，难以控制。任何一方面没有控制好，硬质围岩就会发生拒爆的现象，从而导致隧道工程发生欠挖现象，从而影响隧道工程施工的质量。在小断面隧道工程施工中，爆破开挖的质量，对施工成本和经济效益有直接影响。

2.小断面隧道出碴比较困难

在小断面隧道工程施工中，由于断面比较小，很大程度上限制了出碴的运输效率，导致相关的机械设备难以顺利开展。因此，在具体施工过程中，如何提高隧道洞碴运输的速度是该工程施工的主要难度之一，如果不进行科学合理的解决，就会影响小断面隧道施工的进度，延长施工工期，增加施工成本[1]。

三、工程施工特点和方案的选定

1.工程施工特点

就该小断面隧道工程而言，其施工特点主要体现在以下几个方面：第一，该隧道工程的洞身比较长，工程量比较大，工期紧，通风条件比较差；第二，隧道断面比较小，增加了大型机械作业的难度，且平行施工会受到严重干扰；第三，该隧道工程通风斜井段的涌水量比较大。

2.施工方案的确定

在施工前对隧道周围的土质情况和地下水情况进行了实地考察，然后结合工程的实际情况和特点，拟定了如下施工方案。

第一，针对金井岩隧道施工工程量大、工期紧的具体情况，施工单位决定在金井岩隧道的进出口处各安排一个施工队进行长隧短打的施工方法，并合理安排隧道开挖、隧道支护以及衬砌的时间，尽量降低对平行作业的影响。

第二，在具体施工中，要充分利用隧道进出口的地形，把竖井改造为平洞出碴，此种施工方案，不但减少了机械设备的使用量，而且提高了出碴的速度，在缓解工期压力的同时避免了安全事故的发生。

第三，由于金井岩隧道的通风情况比较差，施工单位决定采用接力式通风的方法，在不影响施工进度的基础上，也满足了风量和风压损耗的需求。

第四，针对金井岩隧道断面小的情况，在机械设备选型中要尽量选择比较小的机械，采用ZWY-80/40L挖掘式装载机装碴，采用5吨汽车进行运输，为提高运输效率，每隔200m，就设置一个避车洞。

第五，为最大限度上降低隧道爆破对周围居民的影响，采用控制爆破和光面爆破技术，同时采用MC-4振动测试仪对周围建筑物的振动速度进行全方位检测。

四、小断面隧道施工技术

1.进口、出口施工技术

进口洞和出口洞在施工前要先在隧道洞口上方挖出相应的载水沟，并对地表水进行合理的排放，为最大限度上保证进口洞边坡和仰坡的稳定性，进口洞边坡和仰坡开挖的高度要控制在15米以上，坡度要控制在1:0.3左右，并尽量避免对原始地形地貌造成破坏。当进洞口的边坡和仰坡成形以后，要用清洁的高压水进行冲洗，并采用锚杆挂网喷混凝土进行护坡。

当进出口洞段明挖结束以后，要根据洞口的具体情况，通过安装钢筋拱架的方法进行支护，每个格栅之间的距离要控制在1.0~1.2m之间。预裂爆破施工技术在应用过程中要遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”原则，如果围岩的地段较好则可采用光面爆破施工技术。

2.洞身钻爆施工技术

在隧道开挖前，必须先进行地质预测预报，探测出不良地质的具体情况，然后通过超前注浆和提前支护的方法，根据隧道围岩的具体情况，确定开挖方式。如果围岩比较坚硬，可以采用全断面一次开挖成型的方法；如果围岩局部存在不良地质段，则可以采用台阶法进行开挖[2]。

（1）开挖流程

由于该隧道围岩良好，可以采用全断面爆破开挖施工的方法。在钻孔过程中，边开挖边支护，尽量缩短工序交叉施工时间，为提前完成合同段的工程任务创造有利条件。隧道洞身支护的方法包括：超前管棚、钢拱架、系统锚杆等。而对围岩破碎地段则可以利用钢拱架加强支护，其他不良地质要进行二次衬砌，以期最大限度上保证隧道结构的安全性和施工的安全性。具体开挖作业流程为：测量放线→预探预测→钻爆破控→装药爆破→通风降尘→清除危石→运碴装车→锚喷支护→下一循环。

（2）隧道开挖方案

①测量放线

测量放线的内容包括两方面，其一，洞外控制，采用三角测量法对洞外平面进行控制，在洞外设置3个平面控制点，并保证这三个控制点可以相互通视、稳固不动。采用水准测量的方法对高程进行控制，在洞外设置2个水准点，并保证这2个水准点可以相互通视，高差要控制在允许范围内；其二，洞内控制。根据该隧道工程施工规范和相应的标准要求，通过中线法进行洞内的测量和控制，并选择经验丰富的测量工程师进行测量，为保证测量的准确性，测量次数要保持在3次以上。

②钻爆工艺

就该隧道工程而言，爆破法开挖施工的关键工艺光面爆破，此项技术的主要优点是可以有效控制周边开挖的轮廓，并降低围岩的扰动，同时还能有效控制超挖和欠挖的现象发展，在保证工程质量和开挖进度等方面也有明显的优势。

1）钻爆设计

钻爆设计的主要原则：炮孔的布设符合围岩的开挖方法；在保证爆破效果的基础上，减少炸药的用量；如果条件允许要尽量采用光明爆破，以便最大限度上减少对围岩的破坏，并控制好开挖的轮廓。在保证隧道工程施工安全的基础上，提高隧道掘进的速度，缓减工期压力。

2）爆破器材的选择

爆破器材包括两种，一种是炸药，在选择炸药过程中，要根据岩石强度的不同选择不同爆速的炸药，如果隧洞中存在水，则要选用乳化炸药，围岩地段选择硝铵炸药即可；另一种是雷管，根据该隧道该工程的实际情况，采用非点毫秒导爆管起爆。

3）炮眼布置

采用风动凿岩机进行钻孔，炮眼布置的位置和数量要根据光面爆破的设计图纸进行合理布设。炮眼的位置、间距、数量没有经过工程师的允许，严禁随意改动。每个炮眼钻孔位置的误差不能超过5cm，同类炮眼的眼底要保持在一个平面上，就该隧道工程而言，炮眼布置图如图1所示[3]：

图1 隧道开挖炮眼布置图

4）爆破参数的设计

隧道初步确定Ⅱ级～Ⅳ级围岩的爆破参数如下表1所示

表1 围岩的爆破参数表

（3）弃渣排放

根据金井岩隧道现场施工的主要特点，出碴方式采用无轨运输的方式，ZWY-80/40L挖掘式装载机装碴，5吨自卸汽车把弃渣运输碴场。出碴运输设备配套原则为：配套设备的生产能力必须满足隧道工程施工进度的具体要求；设备的数量要充分满足循环出碴的需求。

3.小断面隧道的平行作业

由于金井岩隧道工程的断面比较小，因此，不能利用衬砌台车间无轨运输平行作业。为确保施工进度，在衬砌过程中开挖上导坑，台阶的长度要控制在10m以内，当衬砌拱架横撑施工完成以后，把弃碴运输到指定地点。然后再进行下导坑开挖和扩边，通过这种平行作业方式，每一次衬砌循环仅需要3天，可以有效满足施工进度的需求。

4.隧道涌水的处理技术

就金井岩隧道工程施工中产生的涌水类型而言，大体上可以分三大类：第一类，渗滴水型出水，主要特点是涌水量比较少，水压低，采取超前周边注浆的技术即可对此类涌水情况进行处理；第二类，线状渗水。主要特点是一般出现在断层、破碎带等缝隙发育洞段，虽然涌水压力不大，但涌水面积比较大，如果不进行合理处理对洞内施工造成严重影响[4]。采用预测涌水量，作周边注浆和定点注浆处理技术，即可有效解决线状渗水问题；第三类，涌水，主要特点是危害性大，一旦揭露后再行封堵费时较多，通过力争在涌水点未揭露前进行注浆封堵。采用超前注浆措施，在静水条件下封堵。

五、结束语

综上所述，本文结合工程实例，深入分析小断面隧道施工技术，研究表明，在小断面隧道施工中采用合适的的爆破技术和装碴设备配置，可以有效提高施工质量，也可以最大限度保证施工质量。随着我国社会经济的发展，小断面隧道施工越来越多，希望通过本文的分析，对隧道工程施工提供相应的参考和建议。

[1]余继江，祝方才，王勤富，冯祖浚，谭园辉.浅埋隧道逆向进站开挖工法及数值分析研究[J/OL].湖南工业大学学报，2017（03）：1-8.

[2]饶和平.小断面引水隧道施工技术探析[J].中国标准化，2017（04）：185.

[3]吴超.光面爆破技术在铁路小断面隧道施工中的应用[J].科技创新与应用，2013（07）：157-158.

[4]赖庞中.山区大坡度小断面隧道施工技术[J].才智，2013（18）：202.

Analysis of Construction Technology of Small Section Tunnel

WU Jing-li

（China Railway eighteen Bureau Group Construction and Installation Engineering Co., Ltd., Tianjin 300000, China）

According to the construction technology of small section tunnel and the engineering example, this paper analyzes the project features and the selected scheme, and deeply explores the construction scheme and technical measures based on the simple introduction of the difficulties of the project. It concludes that the scientific and reasonable application of construction technology of small section tunnel can not only effectively improve the construction efficiency but also enhance the economic and social benefits of the construction, to provide some help for the relevant units.

small section tunnel; smooth blasting; construction technology; mucking condition

U455.6

A

1008—6129（2018）01—0093—04

2018—01—03

吴景利（1990—），蒙古族人，中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，助理工程师。