小洞径洞室开挖的施工方法改进研究

张少飞

摘要：某某水库改扩建工程引水隧洞是城门洞型，洞径比较小为1.8m（宽）×2m（高），属于小断面开挖，在进行引水隧洞开挖施工的过程中，通过对小洞型室施工方法的不断优化，从而增加循环进尺。在进行引水隧洞的施工过程中，通过整改掏槽孔以及优化锥形掌子面，提高光爆孔的半孔率，在爆破的参数以及钻孔数相同的情况下，完整岩石的半孔率能够提高32%以上，不仅加快了施工的进度，还为通水工程赢得了宝贵的时间。在本篇文章中主要对施工过程中的施工质量控制方案进行了论述，为同类施工提供出有效的借鉴。

关键词：小洞径;洞室开挖;施工方法改进

引言

随着社会的发展，水的用量不断扩大，某水库在扩建工程中新建一条引水隧洞，为水库下游提供农田灌溉用水及城镇饮用水源，同时兼顾发电、泄洪等功能，国内小型水库众多，引水隧洞多为小洞室，所以在进行小洞径开挖的施工工艺上要进行不断的探索以及完善，要提高开挖的质量，从而减少后期混凝土衬砌以及喷混凝土的成本。提高全断面开挖的进尺、缩小循环的时间，在地下洞群在开挖过程中的作用更加突出。

1.概述

引水隧洞布置在了大坝的右岸，由进水渠、进水闸、隧洞、出口段等组成，总长度241.15m，其中隧洞段长度219.42m。此引水隧洞型是城门洞型，洞径比较小为1.8m（寬）×2m（高）。隧洞围岩主要为强风化、弱风化上部及弱风化下部板岩岩体，隧洞洞身进出口段围岩类别属Ⅴ类围岩，其余段基本为Ⅲ类围岩，进出口成洞条件较差，中间段岩石坚硬，需采用爆破方式开挖。

2.问题提出

根据下游供水及库区蓄水要求，引水隧洞必须在一个汛期内完成，施工进度比较紧张，因此，引水隧洞能否顺利完成，关键就在于是否能完成引水隧洞的开挖。按照合同的要求以及原有施工的设计，一定会出现几个方面的问题：

（1）工期问题。引水隧洞进出口地洞口明挖土石方大概15000㎡。施工面较小，投入施工设备受限。由于施工会受到很多干扰，所以只能采用手风钻造孔，因此，解决洞内开挖的问题就成了工程完成的关键。

（2）质量安全的问题。引水隧洞作为供给下游农田灌溉及城镇引水水源，需要对整个引水隧洞施工的质量提出更加严格的要求：不仅不能够欠挖，也不能够存在比较大的起伏情况。在引水隧洞的进出口处，由于其埋深浅以及风化严重的程度，安全质量的问题尤为突出，这也要求引水隧洞口必须要采取一定的安全防护措施。受到汛期的影响，隧洞开挖需单端掘进，工作面也受到限制。

（3）经济的问题。在此合同中，由于洞室开挖的单价非常低，因此，就必须要采取降低成本的措施，争取能够获得比较好的经济效益。

3.小洞径洞室开挖的施工方案

3.1小洞径洞室开挖的施工方法

受水库引水隧洞的洞身开挖采用单端掘进，在施工过程中采用全新的断面对其进行一次光面爆破开挖的施工方式，自下游段出口处向洞内进行开挖，1天2个循环，每次循环的进尺为1.5-2.2m。

3.2小洞径洞室开挖的施工顺序

洞身石方开挖的流程为：爆破的设计-测量放样-造孔-装药起爆-出渣-循环。

3.2.1爆破设计

爆破设计的详细参数见下列表1.

炮眼的利用率为87%，每次循环的进尺为1.6m，每次循环的钻眼总长度为46.0m，每次循环的开挖量为5.6m³，单位体积药物损耗量为2.84kg，炮眼的密度为7.1个每㎡。在施工的过程中，根据施工现场的实际情况，通过爆破试验的程度来调整爆破的参数。

3.2.2测量放样

（1）标定轴线。将TCR-711型的全站仪应用在轴线的标定中，并在洞口或者在一定的距离以内，设置洞轴线的后视装置，从而准确并及时的确定洞中点。

（2）掘进断面形状放样。利用已经定好的洞中点以及两侧的腰线点，运用距离交会法来进行。

（3）布孔和造孔。首先布孔。全断面开挖炮孔分掏槽孔、光爆孔以及辅助孔，也就是中间掏槽向周边进行光面爆破。根据隧洞中岩石地质的条件以及爆破参数的设计来对炮孔进行布置。按照爆破的设计来对布孔图进行设计，利用卷尺将各钻孔位进行逐一放样;其次是钻孔。引水隧洞断面的尺寸太小，只能够选择运用YT-28气腿式手风钻在掌子面上对其进行钻孔作业，并且要严格保证钻孔的精度，从而保证角度的准确。

4.小洞径洞室开挖的施工的优化

4.1线性掏槽

在线性掏槽的过程中，全部的炮眼都采用平行的方式进行钻孔，并且每一个孔直径都必须相同。对于小断面的洞径进行挖掘的过程中，一般采用小直径的炮孔，孔深一般为1.5-2.5m。

在应用掏槽方式对小断面进行挖掘的过程中，会受到掌子面大小的限制，并且考虑到钻孔机在进行作业的时候也会受到限制，因此h1值要取得较小，从而有利于钻孔设备的施工。掏槽的区域越大，在爆破的过程中崩落孔的临空条件就越好，爆破的效果也越好，但是爆破的成本也会相应的增多，通常来说掏槽区的面积为隧洞面积的3.5%-10%之间。

4.2锥形掌子面的应用

在进行隧洞的开挖过程中，每次循环钻孔的时候都要保持周边的孔以及崩落孔钻孔的长度一致，掏槽孔要根据掏槽的效果来进行钻孔，在掏槽孔进行爆破以后会形成突出的掌子面，能够降低周边孔的残孔长度以及崩落孔的长度。

椎体的深度与洞径大小、掏槽的方式、循环进尺以及岩石的等级都有关系，在下图中H为隧洞的高度;h为掏槽孔的深度;h1为椎体的深度;h2为掏槽区域距离地面的最大高度;h3为掏槽区域距离地面的最小高度;L为循环的长度。

洞径的大小能够直接影响到h1的大小值，孔深L和洞径D的比值大小也能够直接反映出周围岩石对爆破区域约束力的大小，比值如果越大，那么束缚力就会越大，如果比值越小，那么约束力就会越小。在孔深L与洞径D的比值大小已经确定的情况之下，要引入锥形的掌子面，这是为了通过对掌子面的形状进行改变，从而改变爆破区域周围的条件，并达到降低周围岩石对爆破区域的约束力的最终目的。

4.3爆破效果

在完成钻孔以后，仅需要将掏槽区的钻孔进行装药爆破。不管掌子面的形状是怎样的，在经过爆破以后，以掏槽孔底部平滑整齐的形式来形成干净迷你的方桶型小导洞。中心装药孔以及其他的装遥控在经过爆破后没有残孔;中心孔周围的4个空孔因超钻的长度在20cm，如果装200g的炸药会起到推渣的作用，并且在经过爆破后留有30cm的残孔。

5.结束语

在对小洞径进行开挖施工的过程中，要不断地优化爆破的参数，从而提高在完整岩石条件之下的成型率，并有效提高施工的质量。与此同时，也可能相对地降低施工的成本，但是在对小洞径进行开挖施工的过程中，应用锥形掌子面，必须要有成熟的掏槽方式以及精确的钻孔支持。在钻孔数量以及爆破参数都相同的条件下，完整岩石的半孔率能够提高32%以上。如果仅仅改变掌子面的形状，施工的进度能够加快10%，爆破的数量可以增加11%。钻孔的利用率可高达99.2%，不仅优化了锥形掌子面，还提高了光爆孔的半孔率。

参考文献：

[1]张文辉，张卫华.新奥法在大洞径洞室开挖施工中的应用[J].人民长江，2010，41（05）：28-30.

[2]曹宏新.小洞径洞室开挖的施工优化[J].人民长江，2007（03）：74-76.