中小隧洞工程钻爆开挖快速施工技术应用与分析

蔡 振

（中国电建湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉430040）

1 工程概述

随着我国城市供水工程和中小型水电站工程的迅猛发展，中小断面长隧洞的应用越来越广泛。福建省某引水隧洞工程C2标段总长为6.889km，开挖断面为城门洞形，开挖洞径为（5.2～5.4）m×（4.858～5.058）m。隧洞采用全断面钻爆开挖，衬砌支护采用钢筋混凝土衬砌和挂网喷锚支护。该标段设计布置有3条施工支洞，分别为进口支洞、1＃支洞与2＃支洞。由于客观原因，该标段工程工期严重滞后，遂通过优化钻爆掏槽方式、出渣、通风排烟和衬砌支护方案等措施提高施工效率，大幅缩短施工工期，实现快速施工。

2 快速施工措施

2.1 钻爆方案优化

本工程原设计采用的是全断面斜孔掏槽毫秒微差浅孔光面爆破法开挖。掏槽孔选用双排各五孔的斜眼掏槽方式，如图1所示。导洞每掘进两次扩挖层掘进一次。该施工方案优点在于导洞开挖断面小，如遇不良地质，可提前做好准备。光爆层采用长钎钻孔，可提高隧洞周边平整度。

图1 掏槽孔布置图

在开挖几个循环后发现，平均实际循环进尺仅有1.5m左右，远小于设计的2.2m目标，究其原因是该工程岩石比较坚硬，炮孔的倾斜角越小爆破效果才越好，但由于孔深较大，工作断面又较小，钢钎长度受到了限制，无法按照设计要求施工，且在实际施工操作过程中，由于打斜孔倾斜角度难以掌握，造成了掏槽效果不理想，炮孔利用率不高，进尺达不到要求。通过研究试验后对掏槽方式进行了改进，改用棱形直眼掏槽的方案，炮孔布置图如图2所示，爆破效果得到了很大的改善，平均循环进尺2.3m左右，炮孔利用率达到90%以上，掘进速度有了很大的提高，单头月进尺达到了180m以上。

图2 棱形掏槽孔布置图

2.2 通风排烟方案优化

为施工方便，本工程隧道内采用软质风管悬挂在洞内拱顶中心线压入式排烟方式，实践证明，该通风排烟方案平均耗时在40min以上，通风排烟效率低，其不足有：（1）采用压入式排烟的烟量比较大，通风时间长；（2）隧洞是双向开挖，采用压入式通风方案时，一头的炮烟会向相对的一头扩散，迫使另一头也无法施工，影响施工速度；（3）压入式通风排烟使得炮烟等有害气体从洞内经过，污染洞壁，影响供水质量。

结合国内类似工程经验和计算，原方案压入式通风排烟烟量为：

式中，炸药量G＝38kg；有害气体量b在岩层中取40；隧洞面积A为23.41m2；L为隧洞的全长，本隧洞独头最长为800m；漏风系数p按百米漏风率2%计算为1.7；淋水系数φ取0.7。计算得 M压＝11 372.5m3。

对排烟方案进行改进后，采用图3所示的抽出式通风排烟方案，风管改用钢性帆布管在洞口布置一台44kW轴流风机，当长度超过400m时再串联一台44kW风机。

图3 改进后2＃施工支洞通风排烟布置图

改进后抽出式通风排烟烟量为：

计算得M抽＝1 883.2m3，当风管吸口到掌子面距离大于风流有效吸程（1.5槡S）时，按公式计算出来的风量需加20%，则最终M抽＝2 259.8m3，抽出式方案所需的风量远小于压入式。在本工程中，决定通风设备风量的是隧洞洞内最小风速风量，因此风机不需改变，仅需增加两台44kW风机并将软风管改为钢性帆布管。实践表明，改进后通风排烟时间可以控制在15min以内，不仅使洞壁不受污染，还大大缩短了通风排烟时间，加快了施工速度。

2.3 出渣方案优化

本工程为引水隧洞工程，为保证引水质量，应业主要求洞内设计采用有轨运输，以减少污染。优化后采用洞内有轨出渣、洞外无轨运输为主的混合式出渣方式。在进水口支洞和2＃施工支洞内采用有轨出渣方式，在掌子面附近用WZL－150履带式挖掘装载机进行装渣，再用 XK16／132－KBT电机车牵引ST－14梭式矿车运渣，并在支洞与主洞交叉处设置中转渣场，用3台15t自卸式汽车转运至渣场，进水口施工支洞的出渣布置如图4所示。赶工期间为了实现高效快速出渣，每个支洞又增加了3台5t的自卸车，以保证装渣的连续性，较赶工前出渣的时间大大缩短了。

图4 2＃施工支洞出渣布置图

2.4 衬砌支护方案优化

根据C2标段隧洞的施工特点和赶工要求，衬砌施工改用多工序的交叉作业施工方式：（1）统一衬砌断面形式；（2）在有掘进和衬砌任务的洞段，通过设置联络洞来实现开挖和衬砌的交叉作业；（3）在已经完成开挖的洞段实行连续交叉作业的衬砌方法。在关键线路上将混凝土衬砌的时间提早，争取了更多混凝土衬砌时间，实现了快速衬砌的目标。

3 结语

中小断面长隧洞因断面小、洞线长、大型机械无法运用等特点使得加快施工速度成为难点。本工程通过采用棱形直眼掏槽替代斜眼掏槽、优化出渣机械匹配、使用交叉作业法等一系列有效的技术管理措施，提高了循环进尺及钻爆效率，加快了出渣速度，使施工速度得到大幅提高，缩短工期170天，其快速施工技术对类似工程施工具有借鉴和参考意义。

［1］中国水利水电勘测设计协会.调水工程应用技术研究与实践［M］.北京：中国水利水电出版社，2009：8.

［2］张正宇，等.现代水利水电工程爆破［M］.北京：中国水利水电出版社，2003：168－172.

［3］陈响亮，陈月娥.小断面长隧洞快速施工的优化与实践［J］.浙江水利水电专科学校学报，2007，19（2）：28－30.

［4］王祥秋.改进掏槽方式提高爆破效率［J］.爆破，1997，14（3）：46－48.