钻爆法隧洞开挖及初期支护施工控制.pdf

山西水利科技第 2 期（总第 228 期）Tunnel Excavation Using Drilling and Blasting Method and Construction Control of Initial SupportSONG Ri-hui ZHANG BingAbstract:Taking a tunnel of key water conservancy project in Liaoning Province as an example袁therequirements of over-excavation and under-excavation in tunnel construction and the influence caused by over-excavation and under-excavation were analyzed.The excavation construction control袁excavation survey control袁initial support construction control were discussed to explore how to reduce overbreak through constructioncontrol袁so as to improve the comprehensive benefits of tunnel engineering construction.Keywords:tunnel engineering曰excavation曰measurement曰initial support文章编号：1006-8139渊2023冤02-029-02钻爆法隧洞开挖及初期支护施工控制宋日辉张冰（山西省水利建筑工程局集团有限公司 山西太原 030006）摘要：以辽宁省重点水利工程某隧洞为例，对隧洞工程施工中开挖的超欠挖要求以及超欠挖造成的影响进行了分析，并从开挖施工控制、开挖测量控制、初期支护施工控制等方面进行了论述，探讨如何通过施工控制减少超挖，达到提高隧洞工程施工综合效益的目的。关键词：隧洞工程；开挖；测量；初期支护中图分类号：TV554文献标识码：B1隧洞超挖控制的意义辽宁省重点水利工程某隧洞，主洞全长 17 km，为无压隧洞，开挖断面为圆拱直墙型，开挖尺寸为 6.5 m伊5.8 m。在隧洞开挖施工过程中，超挖现象不可避免。超挖部分需用混凝土填充，填充混凝土超出设计衬砌混凝土的工程量，一般占衬砌混凝土总量的 20%40%。超填费用高，对隧洞工程的综合效益和结构的可靠性带来很大的影响，因此对于隧洞工程开挖及初期支护的施工控制就显得特别重要。2隧洞开挖施工控制2.1 开挖超欠挖施工要求1）对于无结构要求的局部超欠挖要求：严控超挖不大于规范规定的 20 cm。2）对于有结构要求的局部超欠挖要求：严控超挖不大于规范规定的 15 cm。3）施工中不允许欠挖，严格控制超欠挖，合格后才进入下道工序。2.2 地质条件影响由于隧洞工程勘察设计阶段钻探岩石芯样具有一定的随机性和局限性，在开挖施工期间，实际开挖地质情况与勘察设计阶段的地质情况会有存在一定差别，隧洞工程受实际开挖地质影响较大。另外，开挖质量受围岩类型、岩石性质、各种不良地质条件，如涌水、塌方、岩爆等因素影响也很大。开挖完成后，结合实际地质条件，针对不同地质情况及围岩类型确定相应的支护方式。2.3 确定爆破方式对于不同的地质情况及围岩类型，对开挖洞段进行爆破试验，以确定各类围岩需采用的爆破方案，按照爆破方案进行钻孔、装药、爆破，同时根据施工现场实际情况对爆破基础参数进行相应的调整。收稿日期：2023-03-09修回日期：圆园圆3原03-21作者简介：宋日辉（1985-），男，2022 年毕业于太原理工大学，工程师。292023 年 5 月山西水利科技2.4 开挖控制要点1）确定钻孔方式：根据爆破参数确定钻孔方式、钻孔角度、钻孔深度以及各类围岩类型开挖轮廓线和底板控制标高。按照爆破参数确定的炮孔位置钻孔，掏槽孔严禁互相打穿相交，孔底比其他炮孔深 20耀30 cm。严格控制周边孔的钻孔间距，钻孔时掘进孔保持与隧洞轴线平行，周边孔外插角控制在 2毅耀3 毅。底板钻孔严格按照水平方向钻孔。2）确定合理循环进尺：针对不同的围岩类型，确定合理的掘进循环进尺。以该工程为例，吁类围岩开挖循环进尺控制在 11.2 m，郁类围岩开挖循环进尺控制在 1.21.5 m，芋类围岩开挖循环进尺控制在 22.5 m。同时，需确保两个作业循环的交接部位平滑、圆顺。3）确定爆破方式：为确保周边孔爆破效果，周边孔装药采取间隔装药，并严格控制装药过程。同时，严格控制一次同时起爆装药量，根据地质情况及时调整钻孔参数和爆破参数，保证隧洞爆破后开挖轮廓尺寸偏差满足设计和规范要求。隧洞掘进开挖后进行 5 m断面测量，计算每循环超欠挖情况；根据超欠挖情况及时调整钻孔间距及爆破参数。4）优化与调整：对于大洞室开挖（如 TBM 组装洞、拆机洞室等），施工中需要不断优化技术方案，合理确定开挖、支护分层高度。加强原型观测，不断调整优化开挖方案和爆破参数，减少爆破影响。采取可靠施工技术措施解决好大洞室开洞及交叉洞段的施工，以确保大洞室、交叉洞段的稳定。5）处理欠挖：严格控制欠挖，对局部欠挖的部位可采用人工或机械及时处理，也可在二衬作业开始前，统一用挖掘机带破碎锤处理或局部爆破处理，以保证衬砌混凝土达到设计厚度。3开挖测量控制1）严格按照监理批复的隧洞开挖施工控制网进行测量放线，同时洞内布设导线控制点，利用全站仪定期对激光指向仪进行校核，确保隧洞中心轴线准确。在每循环施钻炮孔前利用激光指向仪对轮廓线进行精确放样，标识出钻孔位置，然后进行施钻。2）隧洞工程开挖过程中，定期检测隧洞工程中心线的定线误差，及时修正测量误差，确保隧洞工程开挖位置和尺寸准确。3）每一循环爆破前使用经鉴定合格的测量仪器进行开挖施工放样，以减小隧洞开挖轮廓尺寸的测量放样误差。4）根据每循环超欠挖情况，及时修正周边孔测量放样点位置，以确保达到减少超挖的目的。5）施工过程中加强测量，隧洞开挖注意贯通精度，在距离贯通面 30 m 左右，提前开挖小导洞，以便通过测量及时纠正偏差，保证贯通精度。4初期支护施工控制每循环爆破开挖完成后，按照其围岩类型及时进行初期支护能起到稳定围岩的作用，防止围岩掉块以及塌方等情况发生。初期支护施工工艺流程：初喷混凝土（35 cm）寅安装钢拱架寅锁脚锚杆、锁定锚杆寅安装钢筋网片寅支护锚杆寅复喷混凝土（510 cm）。4.1 初喷先初喷厚度 35cm 的混凝土，对凹凸不平处找平，喷射后应保证岩面基本平顺，而后进行钢拱架支撑、锚杆、网片施工。4.2 钢拱架安装控制1）钢拱架下料长度及弯拱角度应满足施工图纸和规范要求，安装前应清除底脚下的虚渣及杂物，钢拱架支撑底脚置于牢固的基础上，底板部位若有超挖，须采用 C20 混凝土回填或现场根据超挖情况接长支腿至坚硬基础上。2）钢拱架支撑分节连接可采用垫板螺栓连接并密贴，型钢支撑一般采用 M22 螺栓，钢格栅支撑采用M18 螺栓，也可以采用焊接等方式连接，安装时注意顶拱焊接位置。3）钢拱架支撑之间采用 椎22 钢筋作为连接系杆，间距为 1.0 m，全周布置，采用焊接连接，与型钢支撑翼板双面焊接，搭接长度应不小于 5 cm。每榀钢拱架支撑设置不少于4 点的锁定（含锁脚）锚杆，每点至少 2 根，锚杆与钢拱架支撑焊接成整体。当锁定锚杆与系统锚杆位置重合时，锁定锚杆替代系统锚杆；每榀钢拱架支撑设置 4 根 椎22 锁脚锚杆，锚杆置入角度为 60毅，与钢拱架支撑焊接成整体的锁脚锚杆。4）对于局部超挖部位，钢拱架与围岩之间应用喷射混凝土喷填密实，不允许回填块石或片石。4.3 锚杆安装控制锚杆采用螺纹钢筋下料制作，考虑加工的弯钩长度以及由于围岩超挖的长度，确保锚杆伸入围岩的长度不小于设计要求的长度。锁脚锚杆和锁定锚杆加工成“L”型，便于与钢拱架焊接牢固。随机锚杆或系统锚杆采用垫片螺母加工，将围岩锚固，防宋日辉，张 冰：钻爆法隧洞开挖及初期支护施工控制（下转第 33 页）30山西水利科技第 2 期（总第 228 期）止塌方发生，锚杆孔位的钻设要经过测量进行确定，钻设要尽量垂直岩壁。对于易破碎的围岩，可采用自进式锚杆施工。4.4 复喷混凝土1）喷射面喷射混凝土之前进行工序验收，实行准喷证制度。2）喷层厚度检查采用预埋标尺或用锚杆代替，顶部喷涂红漆，确保喷射混凝土厚度达到设计要求。5其他注意事项1）隧洞工程开挖施工前，施工人员应熟悉施工图纸及相关施工规范要求，做好施工前的技术准备工作。2）在距贯通 15m 爆破时，必须停止一边作业，撤出所有施工人员，改单头掘进。防止因一边掌子面爆破时，对另一边掌子面施工人员造成伤害，出现安全事故。3）对参加爆破作业的人员，实行持证上岗，在施工中严格执行爆破安全规程和规定，配备专职爆破工程师和专职爆破安全员。4）在每循环开挖完成后，对隧洞拱部开挖面危岩进行排险及人工清撬，确保施工安全。6总结通过采用上述开挖及初期支护多项施工控制措施，开挖过程中也根据不同围岩类别、爆破效果及进尺情况不断总结及修正爆破参数，隧洞工程开挖质量及支护效果得到了很大的提高，减少了超挖现象，保证了工程施工综合效益，这对采用光面爆破施工技术施工的隧洞工程有一定的借鉴意义。两侧及管顶以上 500 mm 范围，要求最大粒径约40 mm的中、粗砂或碎石屑。3）管道的两侧及管顶以上回填时，应做到回填料对称入槽，禁止出现集中堆放情况。4）管道回填前，检查已安装完成的管道是否有损伤或者变形，若发现有，及时进行修复或者更换。5）管内径大于 800 mm 的管道，回填施工时在管内设置竖向支撑。6）管道回填分层进行，每层虚铺厚度根据压实机具控制在 200250 mm，回填完成后，在 1224 h 内测量管道变形率，其变形率控制在 2%以内。6效益分析6.1 施工成本对比分析采用外购合格料，必须先将管槽开挖石料全部运输至指定渣场，在运输开挖弃料和合格料时，投入机械设备多，增加施工成本，对施工进度有一定影响，有时遇到山地陡坡段，运输汽车无法到达工作面，需要挖掘机进行倒运，增加施工成本，安全隐患增多，此方法每日人工投入需 8 人，机械设备需要 3 台挖掘机，4 辆自卸汽车。在同等条件下，采用改装挖掘机式打砂机制取合格回填料施工方法，每日人工投入仅 4人，机械仅需要 2 台挖掘机，人工投入和机械台时减少。成本分析：以管径为 1 200 mm 球墨铸铁管、每 100 m 回填段、项目所在地物价为依据计算费用。1）采用外购合格料的回填方法（1）每 m 管槽开挖约为 10 m3，其中土方占 3 m3，石方占 7 m3，石方需外运，土方需复耕或恢复原地貌，石方外运费 15 元/m3。弃渣外运费：100 m伊7 m3伊15 元/m3=10 500 元。（2）管道回填料每 m 约需 6 m3，合格回填料费为80 元/m3，外购当地合格回填料为直接成本费用。合格回填料购进费：100 m伊6 m3/m伊80 元/m3=48 000 元。（3）渣场维护费用：2 000 元。（4）成本费=弃渣外运费+合格回填料购进费+渣场防护费用=60 500 元。2）采用改装挖掘机式打砂机制取合格回填料施工方法（1）此方法需实施 7 d，可以满足 100 m 管道回填需要，需 3 名试验人员，回填料试验检测 1 次。其试验费用需要 2 000 元。（2）此方法 7 d 制砂约 600 m3，满足 100 m 回填需求，其中包括破碎与筛分项。挖掘机式打砂机费用=7 d伊6 000 元=42 000 元（3）此方法产生弃料较少，均用于原地貌恢复和临时道路填筑，不产生外运费用。（4）成本费=试验费+挖掘机式打砂机=44 000 元。3）两种方法费用比较采用改装挖掘机式打砂机制取合格回填料施工方法可节省：60 500-44 000=16 500 元，达到了一定的经济效益。6.2 社会效益采用改装挖掘机式打砂机制取合格回填料施工方法，既省去开挖料外运增加的弃渣场占地和对周边村民通行的影响，又省去开采合格料破坏周边土地影响；开挖料经破碎后的回填料满足规范要求，质量得到保障；施工中涉及山地陡坡段，开挖料不需要机械上下运输，安全也得到了保障，其取得了一定的社会效益，在今后类似工程施工中具有一定的推广应用价值。张海飞：岩石段输水管道回填施工方法及效益分析（上接第 30 页）33