小断面隧洞开挖技术与要点控制

杨 昌

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065）

小断面长隧洞一般是指断面面积在3～10m2的隧洞，长度在3～10km，该类隧洞在施工时存在着较多的困难，主要表现在：①作业面小，难以布置多台掘进设备，掘进周期长；②距离长，单台运渣设备容量有限，出渣周期长；③风力损耗大、烟尘扩散慢，通风时间长；④材料设备周转慢、故障排除周期长、信息反馈迟钝，导致每循环进尺需要时间较长。为了解决这些问题，采用了长进尺控制钻爆的隧洞掘进施工工法，该工法采用扩大超前导洞异位全断面开挖、抽出压出结合式通风、装运一体化运渣的掘进方法，取得了良好的效果，施工进度比传统钻爆法速度提高25%～40%，质量好，安全性高。

1 隧洞概况

海南琼中抽水蓄能电站自流排水洞工程起止桩号Z0＋000m～Z4＋534.300m，长4534.3m，断面为城门洞型，净空尺寸为2.7m×2.9m（宽×高），坡度为1.6215‰。自流排水洞沿线地层岩性以印支期侵入的中粒花岗岩为主，地质构造较简单，未发现规模较大的断层，无大的滑坡、泥石流等物理地质现象，整体稳定。自流排水洞所经地下水位较高，尤为构造部位地下水较丰富，施工时应加强引排水处理。洞身桩号Z0＋034～Z0＋124段长约90m，为全、强风化岩体，进洞条件差，进洞前需作好超前支护，并对进口段洞室加强支护处理［1］。洞室桩号Z0＋124～Z0＋234段，围岩为弱风化及微风化岩体。桩号Z0＋234～Z4＋534.300段，洞室为微风化～新鲜花岗岩，岩体较完整～完整，成洞条件较好，岩体基本质量类别为Ⅱ类～Ⅲ类。

2 小断面长隧洞施工特点

小断面隧洞施工效率较低，通常需完成前一道施工工序后，方可进行下一道工序的施工，施工循环周期较长，并且在这样长而窄的隧洞环境下进行钻孔、爆破以及出渣施工会形成一定的安全隐患，还存在各种机械设备展开操作的伤人事故隐患，还可能因隧洞开挖而造成的崩塌、瓦斯爆炸等安全事故，而且小断面长隧洞内的空气会随着掘进深度的增加而不断减少，为保证安全施工，需要加大对隧洞通风的措施。由于该隧洞施工断面小，因此在隧洞的钻孔、爆破、出渣作业时会产生高浓度有害气体和大量粉尘，这些物质都会影响作业人员的身体健康，而且在洞内测量时，烟尘浓度大，粉尘的折射和反射会使测量成果质量下降，测量数据存在误差，最终影响隧洞开挖质量［2］。隧洞内的空气短时间内流通不畅容易出现施工作业人员窒息等事故，而且长隧洞内的进行通风施工还受距离限制，不能更好地应用供水、供电等设施，影响机械通风施工的效率。

3 施工重点

3.1 长进尺控制钻爆法改变传统布眼形式

掏槽眼及辅助一般掏槽眼为9眼以上，其中中心眼为装药眼，其它眼均对称布置为空眼。增加超前导洞掏槽空眼，利用增设掏槽空眼创造爆破临空面，可减少炸药用量并有效提高单循环进尺长度。

3.2 加大超前导洞钻眼深度

加大超前导洞钻眼深度，根据实际需要，将普通3.5m或3m钻杆自制加工至2.3m或2.8m左右，根据隧洞地质围岩情况将超前导洞钻眼深度加大，有效提高单循环进尺长度。

3.3 创新通风模式

结合抽出式通风和压出式通风的优点，组合成全新的抽出压出式通风方式。抽出压出式通风利用硬质通风管道快速抽取掌子面附近有毒有害气体，提高工作效率。

4 施工机械配套技术

对于隧道的长、小特征，适用以下指导方针：选用机械设备：1）机械化：每项作业尽可能机械或半机械地进行，以尽量减少人员的劳动，减少高产量企业的实际消耗。2）经济原理：不需要先进的单机设备来确保设备的适当匹配。3）轨道交通设施是由于一条小的空隧道，一条二级隧道，很难进入栅格孔。4）建筑工程须配合设计，供电选项须以电为导向。5）根据设备尺寸和隧道断面，所选设备将以合适的外形建造，符合生产能力，考虑到单机型号的可靠性、生产率、经济性、可维修性和科学调整。6）机器配件必须符合进度要求。进步的目标是达到每月平均出水量120m以上，力争达到150m［3－4］。

5 施工技术措施

5.1 爆破试验

挖掘石头时，首先结合生产进行爆炸，以确定爆炸的准确、经济和安全参数。爆炸分析的主要内容：炸药性能测试；①控制爆炸前对侧壁的攻击；②槽型；③空洞深度和孔间距；④炸毁电网的药物数量、阻塞长度等；⑤对采石场和封锁的损坏。前面板和预修效果必须满足以下要求：剩馀炮孔应均匀分布在切除的轮廓面上；炮孔存放率：80%以上时，整块岩石至少占50%，而破碎和破碎岩石占20%。相邻两个孔之间的岩层是平坦的，开孔壁不应有明显的断裂条件；相邻炮之间的节距或采光口的最大值不得大于5cm；圆周孔应在截面轮廓上打开，沿轮廓的调整范围和凹槽的孔差不得大于5cm，其他炮孔位置不得大于10cm。

5.2 预测方法

一种水平空心钻，被认为是孔中的微导叶，可在隧道出口前数十年甚至数百米的时间内提供岩石信息的地理可视化。钻孔时，避免因钻头位移而引起的收集错误，并根据岩石的硬度调整钻具的速度和低压。坚硬的岩石，速度较低，钻井压力较大。对于较软的岩石，应使用较高的速度和较低的钻井压力［5－6］。

5.3 设计程序

内孔采用常规钻孔方法，采用低速、低速、密度低、爆炸率高、结构无耦合且爆炸阻力系数为1.5－2.0的奶粉强爆炸，但药直径不应小于炸药的临界直径，以确保稳定爆炸；（d）控制麻醉药品的浓度，必要时采用分级药物结构，以实现眼下硅石成分的限制并加强弹药；当岩层明显时，大炮的视线应尽可能垂直于层状面，例如。b.为区段开发，炮眼应尽可能远离关节，以防止卡钻和爆炸效果。施工时，施工原则适用于水预观、弱爆、短路、低波动、强支、早期封锁和观察实践。周围的岩石使用内部圆形挖方，其中横截面穿过岩石。炸药是一种化学炸弹，不是一毫秒长的导电雷管、雷管、周围的雷管，是修饰雷管。

6 质量、安全保障措施

6.1 质量管理措施

1）质量管理组织机构与管理体系，①项目经理部设专职的质量管理部，负责本合同段工程的全部质量管理工作；②建立纵成线、横成网的严密工程质量组织与管理体系。按项目经理部、施工队、工班分工负责，层层落实；③在项目经理和总工程师的领导下，由质量管理部负责质量管理工作，各施工队设专职质检员，各班组设兼职质检员；④班组坚持“三检制”自检合格后，专职质检员进行全面检查验收。然后由项目经理部质检工程师请监理工程师验收签认。

施工队负责人初检，现场施工负责人复检，质量负责人终检。

2）质量保证管理措施，①加强质量教育，提高全员质量意识；②加强技术培训，提高施工人员技术能力；③建立全面质量管理体系，从体系上确保质量；④建立质量情报信息网络，及时收集、及时反馈、及时分析、及时应用，以便更好地保证工程质量。

3）质量保证控制措施，①工艺控制措施：严格按照施工组织设计及施工工艺科学组织施工；②工程材料控制措施：建立健全进场前检查验收和取样送检制度，杜绝不合格材料进入现场；③施工操作控制措施：施工过程中做到施工操作程序化、标准化、规范化，贯彻工前有交底、工中有检查、工后有验收的“一条龙”操作管理方法；④进度和质量关系的控制措施：正确处理质与量的关系，坚持好中求快，好中求省，严格按标准、规范和设计要求组织、指导施工。

6.2 安全管理措施

安全管理措施，①遵守国家有关安全生产的法律法规及业主颁发的有关安全生产的规定，认真执行施工合同中的有关安全要求；②“安全第一、预防为主”的原则，加强安全生产宣传教育，学习安全技术规程，不断提高全体施工人员的安全意识；③健全各级各部门的安全生产责任制，责任落实到人；④全面性、针对性的安全技术交底制度，受交底者必须履行签字手续；⑤安全检查制度。在施工中，专职安全员跟班作业，随时检查，安全领导小组定期检查。对查出的隐患及时整改，做到定人、定时间、定措施；⑥举办安全会议，适时分析安全形势，指定有关管理人员参加并做好记录。

7 结语

小断面长隧洞开挖施工，因隧洞开挖断面小，洞内空间狭窄，常规隧洞开挖出渣设备难以发挥作用。常规的小断面隧洞开挖施工，采用有轨运输施工方案，虽然购买设备一次性投入成本较大，但避免了无轨方案中运输车辆尾气排放造成的污染。海南琼中抽水蓄能电站自流排水洞工程结合工程特点及条件限制，采用了无轨运输方案，经过施工实践，所配套使用的机械设备，适用性较好，充分发挥了综合配套效率。本文结合海南琼中抽水蓄能电站自流排水洞施工特点及其地质条件，对隧洞开挖施工技术进行研究，此技术措施可应用在类似隧洞工程中，可有效减少因施工工艺不合理或技术不成熟而导致质量事故的发生或经济效益的损失，同时也需要在实践中不断改进工艺，进一步提高工程质量。