小断面隧洞开挖施工方法

２０１４年第１期　（第４２卷）　黑龙江水利科技　Ｎｏ．１．２０１４　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．４２）　文章编号：１００７—７５９６（２０１４）０１—００３３—０３　小断面隧洞开挖施工方法　李伯昌　（新疆额河建管局，乌鲁木齐８３００００）　摘要：随着引水工程以及小型水电站工程的建设，不断出现小断面隧洞工程。在各类型的隧　道施工当中，小断面隧洞开挖是施工难度较大的一类。运渣、通风、排水等方面的问题都会影　响到小断面隧道开挖施工的顺利进行。所以，为了确保隧洞开挖施工工期不受影响，特别就要　注重开挖施工的方式。文章以克孜加尔发电引水隧洞为例，介绍了小断面隧洞钻爆开挖施工　方法，对施工效率进行分析，找出影响施工进度的主要原因，以确保施工质量和施工进度。　关键词：小断面隧洞；开挖；工程地质；水文地质；施工方法；爆破　中图分类号：ＴＶ５５４　文献标识码：Ａ　Ｓｍａｌｌ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｕ　Ｂｏ－ｃｈａｎｇ　（Ｘｉｎｊｉｎｇ　ａＥ　Ｒｉｖｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｕｒｕｍｑｉ　８３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｎｄ　ｓｍａｌｌ—ｓｃａｌｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｍａｌｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ｏｆｔｅｎ　ｅｘｃａｖａｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｅｘｃａｖａｔｅ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌｓ．Ｓｌａｇ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ｄｒａｉｎａｇｅ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｉｌｌ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｍａｌｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｔｏ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ＳＯ　ａｓ　ｎｏｔ　ｔｏ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇ　Ｋｅｍｕｚｉ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｓｍａｌｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｂｌａｓｔ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ａｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｔｏ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｌｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｙ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ；ｂｌａｓｔ　随着社会经济的不断进步，工程建设的快速发　于河流前山带出山口上游２　ｋｍ。该水利枢纽工程是　展，出现了越来越多的隧洞开挖施工工程。但是，在　牧区草原生态建设工程，是开发土地资源、建立饲草　隧洞开挖施工中，施工企业、施工人员常常会忽视通　料基地、实现草原生态置换和牧民定居的水源工程。　风、排水、运渣等多方面问题，导致施工周期受到不　同时兼顾发电等，为综合利用的水利枢纽工程。　同程度影响。所以，为了保障施工周期，不影响施工　发电引水隧洞布置于河床左岸山体中，总长　单位的经济利益，确保安全施工，就需要详细制定小　３２７．１　ｍ。发电洞上平段长７８．４５　ｍ，采用圆形断面，　断面隧洞开挖施工方法，才能够满足施工需求。　内径为２．２　ｍ，纵坡ｉ＝２／１００，钢筋混凝土衬砌厚度　１　工程概况　某水利枢纽位于新疆阿勒泰地区境内，坝址位　［收稿日期］２０１３—１０—２５　为０．３　ｍ。上弯段、斜井及下平洞段采用１６　ｍｎＲ钢内　衬，内径２．２　ｍ，厚度１４　ｍｍ，外包Ｃ２０混凝土，厚度　［作者简介］李伯昌（１９７６一），男，甘肃酒泉人，高级工程师，从事水利水电工程建设与管理工作。　一３３—　２０１４年第１期　（第４２卷）　黑龙江水利科技　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｎｏ．１．２０１４　（ＴｏｔＭ　Ｎｏ．４２）　０．５—０．６　Ｉｎ。上弯段长１５．３００　１ＴＩ，斜井段长　现出下降趋势。如果前期电缆所架设的断面过小。　４０．７２９　ｍ，下弯段长１５．７００　ｍ，下平洞段长　等待隧道开挖到后期时，就会出现明显的电压不足　１７６．９３　ｉｎ，纵坡ｉ＝１／２００。在上平段和下平段各有　的现象，导致电焊机、水泵等设备都不能够正常的启　１个水平弯段¨　。　动，如果进行电缆的更换，就会耽误整个施工周期，　造成不必要的浪费出现。　２工程地质与水文地质条件　发电洞洞身段围岩为中泥盆统阿勒泰下亚组花　３６。一８６。，部分地段对洞壁稳定不利。　４通风、排水布置　由于存在２个水平弯段，通风时间延长。由出　岗片麻岩和少量花岗岩，岩层走向与洞线斜交，交角　４．１通风布置　洞身段内发育多条断层，均为顺层挤压断层，与　口进入主洞斜井段施工区，上下游主洞高差逐步加　洞线斜交，断层破碎带宽０．１～０．４　ｍ，带内碎裂岩、　糜棱岩发育，洞室内断层通过处会产生局部掉块。　洞身段上覆岩体厚度１２—３５　ｍ，在新鲜基岩中　通过，出口附近厚度为４　ｍ左右，在弱风化层中通过，　围岩以Ⅲ类围岩为主，局部Ⅱ类围岩，稳定条件较　好。出口处地下水位位于隧洞顶部以上　。　３小断面隧洞开挖存在的问题　在前５０　１ＴＩ的范围内，隧洞开挖基本上能够按照　计划中的进度实现，但是在５０　ｍ之后，就无法满足设　计要求，导致开挖工期被延长，最主要的表现有以下　几个方面：　３．１出渣方面　考虑到本工程采取的是自卸车出转的方式，目　前所使用的小型自卸车（农用车辆）无法满足。在车　辆使用的２—３个月之后，车辆出现了故障。虽然针　对故障作出了一定的调整与修理，但是也常常出现　在工作时出现问题的局面，如果在洞内施工中出现　了车胎损坏或者是车轴断裂的现象，就必须拖到洞　外进行修理，如此就会影响到施工时间。　３．２通风排烟方面　隧道洞内所排出的烟尘主要是出渣车的尾气和　爆破之后的炮烟。在实际的施工操作当中，主要是　根据在自卸车上加装尾气过滤装置、做好喷水扑尘　的方式。　随着隧洞开挖进尺不断地延长，需要更多的时　间来通风排烟。虽然将簧串联通风机不断的设置，　但是由于电压下降等诸多方面的影响，导致效果一　直打不到理想状态，越是施工进行到后期，通风排烟　所需要的时间越长，占据开挖循环的比例也就越大，　给施工周期带来了影响　。　３．３涧内动力电源电压方面　随着洞挖进尺不断地延长，洞内的电压也会呈　一３４一　大，烟尘会向上游主洞汇集，不能有效地流向出口方　向。根据上述分析，具体通风布置如下：　采用２×５５　ｋＷ轴流通风机将新鲜空气压人洞　内掌子面，将洞内油烟和粉尘通过隧洞顶部排出洞　外；斜井段施工时，洞内架设一台风机，“抽”“送”结　合通风排烟。　４．２排水布置　由于出口及下平段洞顶高程低于地下水位，在　出口外围设置围堰挡水，使河水不致倒灌。同时在　出口设置集水井，采用５５ＫＷ离心泵强排降低水位　至开挖底高程以下。洞内施工时，局部有水部位设　置集水坑并用７．５ＫＷ小水泵将水抽出洞外。　５开挖施工方法　开挖工艺流程如下：　施工准备一测量放线一钻孔一装药爆破一通风　散烟除尘一排险一出渣清底一视围岩情况支护一延　伸风水电线路，进入下一循环　５．１施工测量方法　５．１．１平面控制网　对甲方提供的有关的测量资料、数据及测量基　准点（线），认真进行复核，校验测量基准点（线）的　精度，确保测量资料和数据的准确性，利用经核验过　的测量基准点，对施工段进行施工平面控制网点的　布设，并对所布设的控制网进行外业施测及内业平　差计算，分析控制网的精度，报监理工程师批复。　在施工过程中，结合施工需要和现场施工条件，　对所布设的控制网点进行加密，其精度满足施工规　范要求。　５．１．２隧洞测量　根据检测后的基准点，设计布置隧洞工程的施　工控制网采用两级导线控制：基本导线用于贯通ｉ受０　量，二级导线用于施工放样，本标段测量采用（南方）　李伯昌：小断面隧洞开挖施工方法　第１期　ＮＴＳ一３２２型全站仪，测角精度２”，测距精度±（２　进，每延米工程量很小，正常应该是每天完成两循　ｍｍ＋２ｐｐ　ｍ）Ｄ。　环，进尺３．５～４　ｍ，每月完成１１０　ｍ进尺。而实际每　根据《水利水电工程施工测量规范》施工测量主　天只能完成１个循环，进尺１．８　ｍ左右（弯段只有　要精度指标有：隧洞横向贯通中误差为±５０　ｍｍ，纵　１．５　ｍ），每月正常情况下仅能完成４５～５５　ｍ进尺。　向贯通中误差为±１００　ｍｍ，高程贯通中误差为全±　２５　ｍｍ。基本导线主要指标为：导线边长２００　ｍ，测　中误差１：１５０００。　主要原因分析如下：　１）隧洞断面太小，只能使用小型农运运渣并且　角中误差－Ｉ－２．５秒（２”全站仪６个测回），边长相对　需人力配合扒渣，出渣效率底。　２）隧洞不仅有斜井段上下２个弯段，在上平段　开挖放样以导线标定的轴线为依据，采用全站　和下平段各有１个水平弯段。为保证开挖轴线和开　仪标定开挖中线，每次爆破后标定中心、腰线并画出　挖尺寸，避免较大的超欠挖现象出现，只能采取缩减　开挖轮廓线。　高程控制采用四等水准，洞内水准标石与基本　导线点标石合一。隧洞贯通后及时进行贯通测量，　进行贯通误差调整与分配。　５．２开挖顺序　由进出口２个工作面掘进，进口工作面施工至　上平段结束，出口工作面负责下平段、下弯段、斜井　段、上弯段施工，其中斜井段采用从下向上开挖。　５．３钻爆作业　５．３．１钻爆设计　根据工程地质条件和现场施工条件，按照全断　面进行光面爆破设计。中心楔型掏槽，周边光面爆　破，断面一次成型。　５．３．２炮眼布置　采用ＹｒＩ　８手风钻造孔，炮眼直径４２　１Ｔｌｌｎ，周　边孔间距０．４５　ｍ，掏槽孔间距０．７　ｍ，辅助孑Ｌ间距　０．９　ｍ，钻孔深度２．０　ｍ，单循环进尺１．８　ｍ。　５．３．３装药结构　周边孔用ｄ＝２５　ｍｍ乳化药卷，导爆索贯穿全　孔，不偶合间隔装药；装药线密度３００～４００　ｇ，其它　孔药卷直径ｄ＝３２　ｍｍ，为硝铵膨化炸药不偶合连续　装药，装药单耗１．５　ｋｇ／ｍ　。　５．３．４起爆方式　非电毫秒雷管引爆；传爆网络采用双捆联非电　毫秒雷管；击发用电雷管，Ｇｍ－－１００Ｓ起爆器起爆。　５．４出渣作业　因受断面的限制，无法使用大型挖装机械，出渣　方法采用小型扒渣机装车，小型农用三轮车倒运出　渣，人工配合清理。　５．５施工效率分析　发电引水隧洞开挖，作为小断面隧洞全断面掘　钻孑Ｌ深度、调整钻孔方向和装药量来控制，使进尺　减小。　３）由于紧邻大坝施工区，爆破时问受到限制，必　须按时爆破作业，客观降低了开挖进度。　６　总　结　１）小断面隧洞爆破施工：小断面隧洞开挖爆破　施工，因临空面相对较小，如控制不好，就会形成大　面积的超欠挖或者是炮眼利用率低，单循环进尺短，　直接影响到施工成本和经济效益。应通过爆破试　验，分围岩地质条件类别确定钻爆参数，并根据地质　变化情况随时调整，以期达到最佳爆破效果。　２）小断面隧洞出渣：因受断面的限制，小断面隧　洞出渣无法使用大型挖装机械，怎样将洞渣快速运　出洞外是施工中的最大难题，并且直接影响到施工　进度。选择有效地的出渣设备和合适的出渣方法是　关键。　３）小断面隧洞测量控制：对于弯道较多的隧洞，　为保证开挖轴线和开挖尺寸，避免大的超欠挖现象　出现，特别是有压钢管衬砌洞段，测量控制很关键，　应及时复核纠偏。必要时弯道段应缩减爆破进尺以　保证轴线偏差符合规范要求并且开挖尺寸不小于设　计轮廓线。　参考文献：　［１］蔡葆廉，徐承祥，陈剑．水工长隧洞小断面开挖爆破施工　技术［Ｊ］．福建建筑，２０１０（０３）：３７—３８．　［２］吴智囊．增大小断面隧洞开挖单循环进尺探讨［Ｊ］．水利　科技，２００８（０２）：４３—４４．　［３］赵志义，张银瑞．小断面隧洞软岩层施工钢木拱架管棚　超前支护施工技术［Ｊ］．农业科技与信息，２０１０（２２）：　４９—５Ｏ．　一３５—