隧道洞身開挖施工技術(shù)研究

劉鑫

（貴州六枝特區(qū)交投運(yùn)營集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州六枝 553400）

1 隧道洞身開挖施工技術(shù)概述

當(dāng)隧道開挖一部分后，可根據(jù)隧道設(shè)計圍巖采取臺階法環(huán)狀挖留核心土的方式。在圍巖施工環(huán)節(jié)中，工作人員施工必須保證平臺空間作業(yè)面，同時工作人員施工要完全落實(shí)管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、快封堵、勤量測的標(biāo)準(zhǔn)。如果工程建設(shè)區(qū)的地質(zhì)條件較軟，需要通過人工操作與機(jī)器作業(yè)相結(jié)合的方式來進(jìn)行風(fēng)鎬挖掘作業(yè)。在人工作業(yè)無法對隧道洞身進(jìn)行施工時，則可利用下臺階或手持風(fēng)鉆先在洞身鉆進(jìn)，隨后再使用松動爆破的方法進(jìn)行對洞身的施工。

上下臺階的出渣工程作業(yè)與所用的機(jī)械處理方法是截然不同的，前者采用的是人工翻渣的方法，而后者是使用機(jī)器作業(yè)，如挖掘機(jī)、裝填手、自卸車等設(shè)備進(jìn)行出渣施工。當(dāng)挖掘洞身巖土?xí)r，必須限制每循環(huán)進(jìn)尺的挖掘速率，通常低至能架起約一榀鋼柱為止。在架設(shè)洞體中的拱處鋼梁后，必須盡快地完成縮腳錨索的施工，以防在完成下0.5 葉洞體的施工時，鋼梁發(fā)生懸而下沉問題。同時,施工者還必須進(jìn)行噴網(wǎng)保護(hù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)錨索的防護(hù)。

當(dāng)隧洞的V 型圍巖拱部初期保護(hù)施工完成后，還可通過弱爆破沖擊施工的風(fēng)鎬挖掘施工方法進(jìn)行隧洞基礎(chǔ)土的施工，避免后期施工過程對保護(hù)施工產(chǎn)生干擾與損傷。在具體施工時，必須按照施工圖紙的規(guī)定，在隧道洞體的上、下臺階中間留出相應(yīng)的自然坡度，保證與核心土頂板距離的實(shí)際寬度在2m 之內(nèi)。當(dāng)核心土施工完畢時，必須按照實(shí)際的地質(zhì)狀況構(gòu)造臨時仰拱，待完成斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)的完全封閉之后才能夠?qū)⑵湟瞥?/p>

在進(jìn)行隧道洞身結(jié)構(gòu)的上下臺階作業(yè)時，鉆孔爆破采用的是將人工作業(yè)與機(jī)器作業(yè)結(jié)合的方法，防止洞身結(jié)構(gòu)在施工過程中發(fā)生拱角的現(xiàn)象，以保證施工安全進(jìn)行。在進(jìn)行洞身施工之后，須根據(jù)施工計劃進(jìn)行底部鋼架、鋼筋網(wǎng)、錨索等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的澆筑，之后才能進(jìn)行洞身構(gòu)件的混凝土施工作業(yè)。在施工的后期，須適時做好隧洞下部構(gòu)件的支撐施工，按照設(shè)計條件進(jìn)行鋼筋的配置。同時，進(jìn)行水泥的澆筑，這樣就能夠做到與洞身拱壁初期支撐構(gòu)件的有效結(jié)合。

2 安全技術(shù)與防護(hù)的要求

隧道工程中存在著極大的風(fēng)險，為保證建筑的安全性，必須有效消除其中的安全隱患。新施工人員要想正式進(jìn)入施工崗位，就必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)與考核，待其考試合格后方可上崗工作。為了建立健全的火藥管理體系，對火藥的每次使用都必須經(jīng)過詳細(xì)的記錄與檢驗，以防發(fā)生違規(guī)事故。在火藥破碎工作中，火藥包的制造必須嚴(yán)密依照預(yù)定的工程設(shè)計要求來完成。在制造火藥包時，周邊必須嚴(yán)禁煙火，不準(zhǔn)任何人員在周邊逗留。填藥工作完成后，須輕輕壓實(shí)。只有在檢測好起爆方網(wǎng)絡(luò)，完成相應(yīng)的炸藥破壞信號發(fā)布工作，并排除危害區(qū)域內(nèi)的所有工作人員后，方可開展起爆方作業(yè)。現(xiàn)場爆破結(jié)束后的15min內(nèi)，由專業(yè)技術(shù)人員檢驗安全情況后，施工方可進(jìn)駐爆破區(qū)。應(yīng)明確爆破中的預(yù)告信息、起爆標(biāo)志和警示解除標(biāo)志，施工應(yīng)嚴(yán)密根據(jù)標(biāo)志實(shí)施作業(yè)。

3 案例分析

3.1 工程概況

3.1.1 項目位置

該項目位于山西臨汾市大寧鎮(zhèn)，位于呂梁山的最南端，北與永和市接壤，南同吉縣相連，東與蒲市、隰縣為鄰，西與陜西延長縣隔黃河相望。

3.1.2 地形地貌

大寧縣地勢北高，中部低，由東到西逐漸減小。北面群山環(huán)抱，中央山巒縱橫交錯，三川十塬溝四千，周圍都是丘陵。大寧縣境內(nèi)各峰為呂梁支脈，西南為隅石頭峰，平均海拔1710m，為全縣最高。其次是樺木山，位于西南二郎山，平均海拔1626m。最北的史平峰也超過了1500m。

3.1.3 項目氣候

大寧縣氣候?qū)倥瘻貛О敫珊禋夂颍瑲夂驕睾停募痉置鳎昶骄照?466.7h，年平均溫度10.7C，一月為- 7C，七月為23C。 全年年平均降水量536.9mm，常年無霜期212 天，年較差氣溫為31.8C。

3.1.4 項目水文

大寧縣有三條支流，即昕水河、義亭河和道岔河。其中，以昕水河為主，以吉縣金崗梁為主干支流，自東南偏東流入蘇北西部，匯入昕水河，全長70km。

3.1.5 南關(guān)隧道概況

G209 線曹城至大寧前樓底段改造是隰縣G209 線路一期工程的重點(diǎn)項目，其主要施工內(nèi)容為：G209線。該項目起點(diǎn)為K671+280，終點(diǎn)K672+035，總長755m。該隧道的最大深度是122m，其平面結(jié)構(gòu)是R-475(52)/R∞（638)，該隧道的側(cè)坡度為170m,0.3%。該隧道凈高7.2m，寬度10.5m，最大限高5.0m。

3.2 南關(guān)隧道開挖施工準(zhǔn)備

3.2.1 施工人員準(zhǔn)備

管理人員：2 名技術(shù)主管，1 名質(zhì)量監(jiān)督，1 名保安，2 名試驗檢驗員，3 名領(lǐng)班，共計9 名。

施工工人：35 名掘進(jìn)員，6 名爆破工人，共計41 名。

3.2.2 工程機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備

建設(shè)設(shè)備：3 臺電動空氣壓縮機(jī)，2 臺簡易高空作業(yè)平臺架，2 臺礦用電子變速式鉆機(jī)，2 臺YT28 式風(fēng)力挖石機(jī)，1 臺卡特320 式挖掘機(jī)1 臺，5 臺自卸車。

3.2.3 施工通風(fēng)和用電條件：通風(fēng)機(jī)2 臺，400kVA 電力變壓器1 臺。

3.3 南關(guān)隧道開挖施工方案及質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.3.1 南關(guān)隧道開挖施工方案

IV 段圍巖施工，在做好前期防護(hù)工作的前提下，采用上下兩層正階梯法，施工質(zhì)量控制要點(diǎn)如下：

(1)施工前，采用4.2m 超前注漿錨索進(jìn)行超前支護(hù)，以確保工程的安全。

(2)IV 段采用上、下段梯形施工法，將開挖面分成兩段，各段名稱分別為：上段施工、下段段開挖段。

(3)采用挖掘機(jī)輔助人工開挖，鏟斗上渣，自卸車出渣，施工后立即進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)，及時封閉圍巖，采用濕噴法進(jìn)行混凝土噴漿。

（4）在上臺階施工前沿，沿隧道縱斷面布置一根直徑為

φ

25mm 的預(yù)注漿錨，長度為4.2m，外部角度為15，環(huán)形間距為40cm。先在開挖面上噴入水泥，堵住開挖面，接著進(jìn)行部分洞體臺階的施工。為了避免對隧道的圍巖造成嚴(yán)重的擾動，造成拱部土體坍塌，需要人工修整，應(yīng)使其達(dá)到設(shè)計要求的開挖線，其進(jìn)尺不得大于100cm。

(5)上半段開挖后，在原鑿巖區(qū)進(jìn)行人工開挖，應(yīng)滿足原開挖條件。下0.5 段的導(dǎo)坑方法與上0.5 段的施工方法基本一致，盡可能地采用人工開挖，以減小對巖體的影響。

（6）每次施工完畢，立即噴6cm 厚的泥漿，封閉圍巖，安裝鋼筋拱架，打好錨桿，鋪設(shè)鋼筋直徑網(wǎng)片，按照設(shè)計的要求進(jìn)行噴淋。每個階梯都有臨時仰拱支撐，以保證每次施工順利進(jìn)行。

3.3.2 光面爆破技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

光面爆破是指根據(jù)不同巷道的圍巖類型、斷面特征，采用不同的炮眼高度、距離、數(shù)量、裝藥量等工藝參數(shù)。在施工時，首先要對中線、橫線、剖面等進(jìn)行測量，然后用紅色油漆進(jìn)行炮孔位置的標(biāo)識，檢查符合設(shè)計要求后，再進(jìn)行鉆孔的安裝。

在爆破后的破碎光面成型過程中，挖槽和周圍孔的設(shè)計是關(guān)鍵。挖槽是為了增加副井的新開孔，對爆破作業(yè)的效果和通風(fēng)透光有很大的影響，同時對爆破作業(yè)的采掘速度有很大的影響。

外圍孔與隧道開挖邊界的超前性挖掘和保留圍巖的破壞程度密切相關(guān)。副眼擴(kuò)大了掘溝孔的活動范圍，對巷道的圍巖造成了嚴(yán)重的破壞，為以后的爆破開辟了新的自由面。

（1）炮孔布置位置與形式

挖槽孔一般布置在斷面中、下段，常用楔形和桶形槽，多數(shù)采用楔形的開槽法，有水平楔和豎直楔兩種類型。外緣眼位于設(shè)計等高線，一般為斜視，眼底在設(shè)計等高線或后擺10cm 處，一般采用水平楔形挖槽。

（2）各類孔孔間距取值原則

（a）挖槽口夾持作用大，爆破條件差，因此，必須要有足夠的密度。

（b）當(dāng)挖孔、擴(kuò)孔等爆破后，副孔（崩落孔）對自由表面的要求更高，所以孔間距要大。

（c）離凹槽空間越近，行間距越大。

（d）外圍孔的作用是對開挖剖面進(jìn)行控制，鉆孔間距應(yīng)與排距相等；對周圍的孔進(jìn)行合理的封閉，可以使光面裂縫的形成合理化。若孔距過大，則孔隙導(dǎo)引效應(yīng)會削弱，則不能形成光面裂縫；若孔間距太短，會增加鉆機(jī)成本，損失爆破工作量，同時也會造成藥量偏大，光面效果不好。

光面爆破破碎機(jī)：一般在40～50mm 的孔徑下，距靶材一般為400～600mm；而在巖體節(jié)理裂縫發(fā)育處，或者在光面下要求爆破時，一般需要更小的孔距。在此項目中，應(yīng)選用最小的數(shù)值，一般為400～500mm。

（e）擴(kuò)溝孔、內(nèi)環(huán)孔、二臺孔、底板孔等的孔間距應(yīng)該大于孔和周圍孔，孔的距離或阻力線通常不超過孔的70%，所以孔的作用是逐漸擴(kuò)大孔，為以后的爆破提供有利的環(huán)境，同時適當(dāng)?shù)卦黾涌椎木嚯x，以增加爆破的破壞效果。

（f）內(nèi)圈的鉆孔與開挖面之間的距離很短，必須進(jìn)行合理的密封，這樣才能保證內(nèi)環(huán)洞區(qū)內(nèi)的炸藥分布均勻，可以減少爆炸對圍巖的破壞。

3.4 監(jiān)控量測方案及質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.4.1 南關(guān)隧道監(jiān)控量測方案

建立一支監(jiān)測測量工作隊伍，制定工作方案，并嚴(yán)格落實(shí)，及時分析監(jiān)測的成果，根據(jù)監(jiān)測到的巖體、支護(hù)動態(tài)數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工方案、支護(hù)參數(shù)、指導(dǎo)施工，保證工程的安全。

3.4.2 南關(guān)隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析及預(yù)測

得到測試數(shù)據(jù)后，應(yīng)迅速將其匯總，繪制出位移與時間、氣流等的變化關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，采用了回歸分析方法，預(yù)測最后的測點(diǎn)位置和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以便評價目前的施工技術(shù)，提出相應(yīng)的施工措施。地表沉降量測點(diǎn)布置見圖1，監(jiān)控量測布置見圖2。

圖1 地表下沉量測測點(diǎn)布置示意圖

圖2 監(jiān)控量測布置示意圖

4 結(jié)語

隧道洞身施工是比較復(fù)雜的施工過程，多數(shù)情況下不能僅選擇一種施工方法，必須針對現(xiàn)場圍巖實(shí)際狀況結(jié)合，使用各種施工方法綜合治理、控制施工，如使用全截面面施工法，以便保證生產(chǎn)安全。所以，工程建設(shè)單位應(yīng)做到提前預(yù)測，這對開挖工期十分重要，同時應(yīng)選擇科學(xué)合理的開挖方式與工序，才能保證隧道洞身開挖施工質(zhì)量。