浅谈如何提高小断面水工隧洞进尺速度

浅谈如何提高小断面水工隧洞进尺速度

榆林引水项目 贾伟杰

摘要：针对小断面水工隧洞埋深较浅、围岩较差和断面较小等施工难点及特点，以4#隧洞工程为素材，进行了小断面隧洞施工工序优化与实施效果研究，在保证隧洞成洞质量的前提下，结合设计爆破参数加快了爆破开挖进度、快速合理组织机械进行渣石外运，从而既控制了隧洞超欠挖在允许控制范围内又加快了隧洞进尺速度，取得了良好的效果。

关键词：小断面水工隧洞；光面爆破；开挖超欠挖控制；工序优化

1．引言

水工隧洞因功能需求往往埋深较浅且隧洞断面狭小，此类浅层隧洞围岩级别较低，地质条件相对复杂，施工难度较大，往往水工隧洞的成洞质量要求很高。同时，因为水工隧洞工作断面较小，既给爆破掘进带来了很大的限制又不能形成流水作业，所以小断面隧洞掘进进度与成洞质量之间是矛盾的对立体，给小断面隧洞施工带来了很多难点。

2.工程概况

榆林黄河东线马镇引水工程主体施工03标从百雨沟二级泵站出水池末端开始，到7#隧洞中间位置结束，施工里程BHb0+000～BHb9+470，全长9470m，纵坡:渡槽1:1000，其他1:2000。本工程工程级别为Ⅲ等，地震烈度为Ⅵ级，地震动峰加速度0.05g。4#引水隧洞成洞尺寸为4m*5.2m。

区域内地貌单元主要有黄土丘陵沟壑区和河谷阶地区四种类型，地形复杂，不良物理地质现象较发育。工程区大地构造部位属中朝准地台陕甘宁台坳的主体陕北台凹内。工程区出露的地层主要有第四系全新统（Q4）覆盖层、第四系上更新统（Q3）风积黄土和三叠系（T3）砂岩、粉砂岩、泥岩。总体为单斜地层，走向近南北，倾向西或南西、北西，倾角3°～10°。地质构造总特征是褶皱轻微，断层少见。

3．小断面水工隧洞成洞施工难点

3.1高频率运转操作平台

小断面隧洞钻眼常用风动凿岩机进行成孔，根据不同等级强度的岩石进行调节转速，达到最佳效果。虽然工作面比较狭小，但是进行钻眼施工时仍然需要操作平台予以配合施工。在每个循环爆破前，掌子面前的所有操作平台及设备都需要周转至安全地方，避免被爆破的飞石损坏。如何快速转移操作平台及设备是否能进行爆破作业的前提。

3.2小断面钻眼爆破参数优化

小断面隧洞爆破掘进施工，其掌子面空间狭小，如果爆破参数控制不好，围岩不仅会产生大面积的欠挖还会导致炸药利用率低下，每循环爆破进尺不理想。同时，爆破的好坏是影响隧洞施工成本的主要控制目标之一。

3.3隧洞开挖运输工效低下

小断面隧洞开展掘进施工，协调各工序之间相互合理搭接是核心，主要矛盾集中在机械材料运输与初期支护相互影响的矛盾。这是因为机械材料及渣石运输受工作面狭小限制，所以在小断面隧洞内大型机械很难开展施工作业。如何快速将机械材料运至掌子面以及将渣石运出隧洞是小断面隧洞爆破掘进施工进度控制的核心问题。

4 隧洞爆破掘进工序优化

4.1采用快速移动操作平台

针对本项目引水隧洞工程施工环境特点，设计出了一套可快捷移动的操作平台。在一辆小型工程车货箱位置安装一个钢制平台，将钻孔掏槽所用的机械设备分类放在钢制平台内。钻眼掏槽施工时，将此平台移动至掌子面进行施工作业。钻眼掏槽结束后，将所有设备放置平台规定的位置。待起爆施工前，将此平台可以迅速移动至安全位置。比传统简易台架用装载机挪动每循环节省20分钟。

4.2进行钻爆优化设计

根据4#隧洞工程洞身所处围岩与外部周边施工环境的特点和难点，隧洞开挖采用全断面法开挖，爆破采用光面爆破技术。采用理论计算与工程类似经验相结合在施工现场进行爆破参数试验调整，最终验证了光面爆破方案的可行性。4#隧洞主要以III类，IV类围岩为主，具体钻爆参数优化设计如下：

4.2.1对于洞身进出口15m范围内所处的Ⅴ类围岩，岩体薄层状，结构面结合很差。针对此类稳定性较差的围岩，在光面爆破施工时采取了浅钻眼，多布孔，少药量，多循环进尺的施工方案。在爆破掘进时需要严格控制药量使用，尽可能减少对洞身周边围岩的扰动。同时，减少超欠挖面积，保证隧洞开挖形状及轮廓尺寸。

4.2.2对于洞身处于III类，Ⅳ类围岩岩层时，则采取加深钻眼，增加炸药用量的优化爆破参数措施，以增加隧洞进尺速度。同时既保证了隧洞开挖轮廓尺寸又提高了钻眼爆破工作效率。III类，Ⅳ类围岩爆破开挖炮眼布置详见图4-1炮眼布置图。

图4-1炮眼布置图

选用低密度低爆速、低猛度的炸药，本隧道采用乳化炸药，非电毫秒雷管起爆。采用微差爆破，周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。

4.3出渣机械优化

小断面隧洞出渣运输是隧洞掘进施工中必须要解决的难题。通常小断面隧洞出渣运输采用装载机进行外运。装载机只能单向运输且倒退出洞，工效低下。同时，装载机长时间在隧洞内工作，会造成洞内空气严重污染。通过综合对比分析，采用装载机进行外运渣石时，隧洞掘进施工进度和施工成本均不理想。为此，经过综合比选后，本工程隧洞出渣采用斗山150挖机直接在掌子面进行装渣，用大型自卸工程车将渣石运至指定渣土场，每循环节省出渣时间90分钟。

5结束语

经过上述各施工工序及施工机械优化，采用了适合小断面水工隧洞光面爆破技术和相对环保清洁的出渣设备以及灵活便捷的操作平台设备，并结合了一些小断面水工隧洞施工工作流程，在确保小断面隧洞成洞形状尺寸与质量的同时，既提高了隧洞光面爆破掘进进度又能较好地控制超欠挖。