隧道洞身开挖施工技术研究

刘鑫

（贵州六枝特区交投运营集团有限责任公司，贵州六枝 553400）

1 隧道洞身开挖施工技术概述

当隧道开挖一部分后，可根据隧道设计围岩采取台阶法环状挖留核心土的方式。在围岩施工环节中，工作人员施工必须保证平台空间作业面，同时工作人员施工要完全落实管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、快封堵、勤量测的标准。如果工程建设区的地质条件较软，需要通过人工操作与机器作业相结合的方式来进行风镐挖掘作业。在人工作业无法对隧道洞身进行施工时，则可利用下台阶或手持风钻先在洞身钻进，随后再使用松动爆破的方法进行对洞身的施工。

上下台阶的出渣工程作业与所用的机械处理方法是截然不同的，前者采用的是人工翻渣的方法，而后者是使用机器作业，如挖掘机、装填手、自卸车等设备进行出渣施工。当挖掘洞身岩土时，必须限制每循环进尺的挖掘速率，通常低至能架起约一榀钢柱为止。在架设洞体中的拱处钢梁后，必须尽快地完成缩脚锚索的施工，以防在完成下0.5 叶洞体的施工时，钢梁发生悬而下沉问题。同时,施工者还必须进行喷网保护作业，实现对系统锚索的防护。

当隧洞的V 型围岩拱部初期保护施工完成后，还可通过弱爆破冲击施工的风镐挖掘施工方法进行隧洞基础土的施工，避免后期施工过程对保护施工产生干扰与损伤。在具体施工时，必须按照施工图纸的规定，在隧道洞体的上、下台阶中间留出相应的自然坡度，保证与核心土顶板距离的实际宽度在2m 之内。当核心土施工完毕时，必须按照实际的地质状况构造临时仰拱，待完成断面支护结构的完全封闭之后才能够将其移除。

在进行隧道洞身结构的上下台阶作业时，钻孔爆破采用的是将人工作业与机器作业结合的方法，防止洞身结构在施工过程中发生拱角的现象，以保证施工安全进行。在进行洞身施工之后，须根据施工计划进行底部钢架、钢筋网、锚索等基础结构的浇筑，之后才能进行洞身构件的混凝土施工作业。在施工的后期，须适时做好隧洞下部构件的支撑施工，按照设计条件进行钢筋的配置。同时，进行水泥的浇筑，这样就能够做到与洞身拱壁初期支撑构件的有效结合。

2 安全技术与防护的要求

隧道工程中存在着极大的风险，为保证建筑的安全性，必须有效消除其中的安全隐患。新施工人员要想正式进入施工岗位，就必须经过专门的培训与考核，待其考试合格后方可上岗工作。为了建立健全的火药管理体系，对火药的每次使用都必须经过详细的记录与检验，以防发生违规事故。在火药破碎工作中，火药包的制造必须严密依照预定的工程设计要求来完成。在制造火药包时，周边必须严禁烟火，不准任何人员在周边逗留。填药工作完成后，须轻轻压实。只有在检测好起爆方网络，完成相应的炸药破坏信号发布工作，并排除危害区域内的所有工作人员后，方可开展起爆方作业。现场爆破结束后的15min内，由专业技术人员检验安全情况后，施工方可进驻爆破区。应明确爆破中的预告信息、起爆标志和警示解除标志，施工应严密根据标志实施作业。

3 案例分析

3.1 工程概况

3.1.1 项目位置

该项目位于山西临汾市大宁镇，位于吕梁山的最南端，北与永和市接壤，南同吉县相连，东与蒲市、隰县为邻，西与陕西延长县隔黄河相望。

3.1.2 地形地貌

大宁县地势北高，中部低，由东到西逐渐减小。北面群山环抱，中央山峦纵横交错，三川十塬沟四千，周围都是丘陵。大宁县境内各峰为吕梁支脉，西南为隅石头峰，平均海拔1710m，为全县最高。其次是桦木山，位于西南二郎山，平均海拔1626m。最北的史平峰也超过了1500m。

3.1.3 项目气候

大宁县气候属暖温带半干旱气候，气候温和，四季分明，年平均日照2466.7h，年平均温度10.7C，一月为- 7C，七月为23C。 全年年平均降水量536.9mm，常年无霜期212 天，年较差气温为31.8C。

3.1.4 项目水文

大宁县有三条支流，即昕水河、义亭河和道岔河。其中，以昕水河为主，以吉县金岗梁为主干支流，自东南偏东流入苏北西部，汇入昕水河，全长70km。

3.1.5 南关隧道概况

G209 线曹城至大宁前楼底段改造是隰县G209 线路一期工程的重点项目，其主要施工内容为：G209线。该项目起点为K671+280，终点K672+035，总长755m。该隧道的最大深度是122m，其平面结构是R-475(52)/R∞（638)，该隧道的侧坡度为170m,0.3%。该隧道净高7.2m，宽度10.5m，最大限高5.0m。

3.2 南关隧道开挖施工准备

3.2.1 施工人员准备

管理人员：2 名技术主管，1 名质量监督，1 名保安，2 名试验检验员，3 名领班，共计9 名。

施工工人：35 名掘进员，6 名爆破工人，共计41 名。

3.2.2 工程机械设备准备

建设设备：3 台电动空气压缩机，2 台简易高空作业平台架，2 台矿用电子变速式钻机，2 台YT28 式风力挖石机，1 台卡特320 式挖掘机1 台，5 台自卸车。

3.2.3 施工通风和用电条件：通风机2 台，400kVA 电力变压器1 台。

3.3 南关隧道开挖施工方案及质量控制要点

3.3.1 南关隧道开挖施工方案

IV 段围岩施工，在做好前期防护工作的前提下，采用上下两层正阶梯法，施工质量控制要点如下：

(1)施工前，采用4.2m 超前注浆锚索进行超前支护，以确保工程的安全。

(2)IV 段采用上、下段梯形施工法，将开挖面分成两段，各段名称分别为：上段施工、下段段开挖段。

(3)采用挖掘机辅助人工开挖，铲斗上渣，自卸车出渣，施工后立即进行初期养护，及时封闭围岩，采用湿喷法进行混凝土喷浆。

（4）在上台阶施工前沿，沿隧道纵断面布置一根直径为

φ

25mm 的预注浆锚，长度为4.2m，外部角度为15，环形间距为40cm。先在开挖面上喷入水泥，堵住开挖面，接着进行部分洞体台阶的施工。为了避免对隧道的围岩造成严重的扰动，造成拱部土体坍塌，需要人工修整，应使其达到设计要求的开挖线，其进尺不得大于100cm。

(5)上半段开挖后，在原凿岩区进行人工开挖，应满足原开挖条件。下0.5 段的导坑方法与上0.5 段的施工方法基本一致，尽可能地采用人工开挖，以减小对岩体的影响。

（6）每次施工完毕，立即喷6cm 厚的泥浆，封闭围岩，安装钢筋拱架，打好锚杆，铺设钢筋直径网片，按照设计的要求进行喷淋。每个阶梯都有临时仰拱支撑，以保证每次施工顺利进行。

3.3.2 光面爆破技术质量控制要点

光面爆破是指根据不同巷道的围岩类型、断面特征，采用不同的炮眼高度、距离、数量、装药量等工艺参数。在施工时，首先要对中线、横线、剖面等进行测量，然后用红色油漆进行炮孔位置的标识，检查符合设计要求后，再进行钻孔的安装。

在爆破后的破碎光面成型过程中，挖槽和周围孔的设计是关键。挖槽是为了增加副井的新开孔，对爆破作业的效果和通风透光有很大的影响，同时对爆破作业的采掘速度有很大的影响。

外围孔与隧道开挖边界的超前性挖掘和保留围岩的破坏程度密切相关。副眼扩大了掘沟孔的活动范围，对巷道的围岩造成了严重的破坏，为以后的爆破开辟了新的自由面。

（1）炮孔布置位置与形式

挖槽孔一般布置在断面中、下段，常用楔形和桶形槽，多数采用楔形的开槽法，有水平楔和竖直楔两种类型。外缘眼位于设计等高线，一般为斜视，眼底在设计等高线或后摆10cm 处，一般采用水平楔形挖槽。

（2）各类孔孔间距取值原则

（a）挖槽口夹持作用大，爆破条件差，因此，必须要有足够的密度。

（b）当挖孔、扩孔等爆破后，副孔（崩落孔）对自由表面的要求更高，所以孔间距要大。

（c）离凹槽空间越近，行间距越大。

（d）外围孔的作用是对开挖剖面进行控制，钻孔间距应与排距相等；对周围的孔进行合理的封闭，可以使光面裂缝的形成合理化。若孔距过大，则孔隙导引效应会削弱，则不能形成光面裂缝；若孔间距太短，会增加钻机成本，损失爆破工作量，同时也会造成药量偏大，光面效果不好。

光面爆破破碎机：一般在40～50mm 的孔径下，距靶材一般为400～600mm；而在岩体节理裂缝发育处，或者在光面下要求爆破时，一般需要更小的孔距。在此项目中，应选用最小的数值，一般为400～500mm。

（e）扩沟孔、内环孔、二台孔、底板孔等的孔间距应该大于孔和周围孔，孔的距离或阻力线通常不超过孔的70%，所以孔的作用是逐渐扩大孔，为以后的爆破提供有利的环境，同时适当地增加孔的距离，以增加爆破的破坏效果。

（f）内圈的钻孔与开挖面之间的距离很短，必须进行合理的密封，这样才能保证内环洞区内的炸药分布均匀，可以减少爆炸对围岩的破坏。

3.4 监控量测方案及质量控制要点

3.4.1 南关隧道监控量测方案

建立一支监测测量工作队伍，制定工作方案，并严格落实，及时分析监测的成果，根据监测到的岩体、支护动态数据，及时调整施工方案、支护参数、指导施工，保证工程的安全。

3.4.2 南关隧道监测数据的分析及预测

得到测试数据后，应迅速将其汇总，绘制出位移与时间、气流等的变化关系。在此基础上，采用了回归分析方法，预测最后的测点位置和结构的稳定性，以便评价目前的施工技术，提出相应的施工措施。地表沉降量测点布置见图1，监控量测布置见图2。

图1 地表下沉量测测点布置示意图

图2 监控量测布置示意图

4 结语

隧道洞身施工是比较复杂的施工过程，多数情况下不能仅选择一种施工方法，必须针对现场围岩实际状况结合，使用各种施工方法综合治理、控制施工，如使用全截面面施工法，以便保证生产安全。所以，工程建设单位应做到提前预测，这对开挖工期十分重要，同时应选择科学合理的开挖方式与工序，才能保证隧道洞身开挖施工质量。