引小洞小断隧道技术探讨

边升航

【摘 要】随着引水工程以及小型水电站工程的建设，不断出现小断面隧洞工程。在各类型的隧道施工当中，小断面隧洞开挖是施工难度较大的一类。南沟门水库枢纽工程位于陕西省延安市黄陵县境内，该工程主要由南沟门水库枢纽工程和引洛入葫工程组成，其中南沟门水库枢纽工程由拦河大坝、溢洪道、导流泄洪洞、引水发电洞、坝后电站等组成。所以，为了确保隧洞开挖施工工期不受影响，特别就要注重施工的方式。

【关键词】小断面施工；隧道技术；施工技术

一、小断面隧洞开挖存在的问题

1、通风排烟方面

隧道洞内所排出的烟尘主要是出渣车的尾气和爆破之后的炮烟。在实际的施工操作当中，主要是根据在自卸车上加装尾气过滤装置、做好喷水扑尘的方式。随着隧洞开挖进尺不断地延长，需要更多的时间来通风排烟。虽然将簧串联通风机不断的设置，但是由于电压下降等诸多方面的影响，导致效果一直打不到理想状态，越是施工进行到后期，通风排烟所需要的时间越长，占据开挖循环的比例也就越大，给施工周期带来了影响。

2、涧内动力电源电压方面

随着洞挖进尺不断地延长，洞内的电压也会呈现出下降趋势。如果前期电缆所架设的断面过小。等待隧道开挖到后期时，就会出现明显的电压不足的现象，导致电焊机、水泵等设备都不能够正常的启动，如果进行电缆的更换，就会耽误整个施工周期，造成不必要的浪费出现。

二、小断面隧道施工技术

1、制定施工方案

引水隧洞分两个工作面进行开挖，即引水洞进口、出口各一个工作面。进出口两工作面在桩号引0+665.050贯通。Ⅲ类、Ⅳ类围岩采用全断面开挖，每个循环2m，每天2个循环。Ⅴ类围岩采用短进尺、弱爆破全断面掘进，采用超前管棚及预灌浆等特殊手段进行处理。每个循环0.8～1.0m.出渣采用LWL-80型挖掘装载机挖装，洞底留0.7m石渣便于交通，2t自卸汽车运至洞外，ZL-50装载机装15t自卸汽车拉运至弃渣场。洞内每隔200m开挖一个避车道，避车道宽2m，长8m。支护采用手风钻造孔，机械注浆，人工安装锚杆、挂网及钢支撑。喷砼在洞口设拌合站，2t自卸汽车运输至工作面，砼喷射机施喷。

2、锚喷施工

（1）钻孔

根据引水洞的洞径，选用 20m3空压机配YT-28手风钻钻孔，并用高压风管对孔内岩粉进行清理。锚杆孔开孔按施工图纸布置的锚杆位置进行，其孔位偏差不大于10cm，锚杆孔的孔轴方向垂直于开挖面，随机锚杆的孔轴方向与可能滑动面垂直。

（2）安裝锚杆

注浆锚杆的孔径大于锚杆直径，采用“先注浆，后安装锚杆”的程序施工，锚杆成品料下好后，机械注浆，人工安设锚杆。

（3）注浆

注浆的水泥砂浆配合比，由工地试验室负责通过试验选定。锚杆所用的材料按施工图纸的要求选用Ⅱ级钢；水泥砂浆采用强度等级不低于P.032.5的普通硅酸盐水泥，采用最大粒径小于2.5mm的中细砂；水泥砂浆的强度不低于20MPa。水泥砂浆中添加的速凝剂或其它外加剂，不含对锚杆产生腐蚀作用的成份。采用MZ-1型注浆机对锚杆进行注浆，至孔口有浆液流出为止，然后将锚孔塞紧并固定，防止浆液外流。锚杆在砂浆凝固前不敲击、碰撞、挂重物或拉拔。

（4）挂钢筋网

根据围岩实际情况及监理、地质人员的指示，在断层或岩石较为破碎部位加设钢筋网。钢筋为光面钢筋，直径6mm，网格尺寸为20*20cm，钢筋绑扎好后和洞内的锚杆焊接在一起然后进行喷砼施工。

（5）喷射砼

喷射砼所用水泥选用普通硅酸盐水泥，当有防腐或特殊要求时，经监理人批准采用特种水泥，强度不低于32.5MPa，进场水泥附有生产厂家的质量证明书；细骨料采用坚韧、耐久的粗、中砂，最大粒径大于2.5mm，使用时的含水率宜控制在5%～7%；粗骨料采用卵石，其粒径不大于15mm；速凝剂的质量符合规范要求并有生产厂家的质量证明书。初凝时间不大于5min，终凝时间不大于10min，选用的外加剂及其掺量通过实验确定并由监理批准后实施。

喷砼所用混合料采用750L自落式拌和机拌料，搅拌时间不少于2min，拌好后迅速运至施工现场，防止雨淋及大块石等杂物混入，混合料进入喷射机前过筛。喷射砼之前处理好光滑岩面，清除开挖浮石并在滴水部位埋设排水管，并对设备风、水管路和电路等进行全面检查和试运行。喷射砼分段、分片依次进行，喷射顺序自上而下。分层喷射时，后一层须在前一层砼终凝后进行，若终凝3h后再喷，先用水清洗喷层面后喷射作业。

喷射作业紧跟开挖工作面，作业时连续向喷射机供料，洞室拱部喷射回弹量不大于25%，侧墙喷射回弹量不大于15%，砼终凝至下一循环放炮时间不少于3h，喷射砼终凝2h后安排专人进行喷水养护，喷水养护时间满足有关规定。喷层厚度经检查未达到设计厚度时，及时进行补喷。经检查发现喷射砼中有鼓皮剥落，强度偏低或有其它缺陷的部位，及时进行处理和修补。

3、钢支撑施工

（1）加工制作本钢支撑根据需要设置，布置在进洞口。主要用在地下洞室内地质条件较差、易发性塌方的围岩及断层破碎带，由于该类围岩自稳能力差，需要提高初期支护的强度，采用钢支撑可承受开挖时引起的松动压力，抑制围岩大的变形，增强支护抗力。钢支撑采用自制工字钢拱架。采用I18工字钢，洞外制作，洞内焊接。钢拱架断面设计为开挖断面尺寸，钢拱架间距一般为0.8～1.0cm，中间联系钢筋采用φ25、φ16螺纹钢。钢支撑及钢筋拱架按计划提前制作成品10～20榀，并经过试拼装、验收合格备用。钢支撑及钢筋拱架在钢木加工场集中制作，其分节形成的单件便于现场操作使用，做到分节合理、拼装简单快捷，备件充足。

（2）安装方法

按监理人指令或在经超前勘探查明的岩石破碎软弱地段安装钢支撑，钢支撑装设在衬砌设计断面以外。拱架在初喷5cm厚砼后开始架立。安装时首先分批检查验收加工质量；然后按设计焊接定位钢筋及纵向连接筋，段间安设垫片螺栓连接。施工中严格控制钢拱架的中线及标高尺寸；钢拱架与岩面间安设鞍形砼垫块，确保岩面与钢拱架密贴、牢靠、稳固；确保钢架安装紧凑、稳固。钢支撑安装后，对破碎软弱地段的围岩稳定进行监测，遇到危险情况，及时增强钢支撑或采取其它加强措施，并报告监理人。经监理人检查认为不合格时，根据监理人的指令进行调整、修补和置换。

4、隧道支护

钢拱架安装要点：安装前检查开挖断面轮廓、中线、高程；安装时确保钢拱架放在牢固的基础上；钢拱架分节段安装，两节段之间通过钢板用螺栓连接，连接钢板与拱架轴线垂直；钢架立起后按中线、腰线将其校正到正确位置。

挂网：挂网与钢拱架安装基本同时进行。钢筋网在洞外分片制作，制作尺寸按施工方法及循环进尺确定，安装时搭接长度不小于10cm。人工铺设贴近岩面，与锚杆或钢架绑扎连接牢固。钢筋网和钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧，确保整体结构受力平衡。

喷浆：分析日进尺、各工序之间的衔接等因素，喷浆施工滞后掌子面5m～10m。在喷射混凝土前，将受喷面粉尘和杂物清除干净、检查喷浆机及管路的连接情况；拌料时潮湿石子与水泥按比例搅拌不少于两次，再与砂子搅拌，搅拌后能用手捏成团，松手即散为宜；喷射时喷距控制在0.8m～1.2m之间，且垂直于岩面；初喷厚度3cm～5cm，复喷至设计厚度。喷浆结束4h后，进行洒水养护，7d内每班养护一次，7d后每天养护一次，直至进行二次澆筑。

浇筑：主要步骤为拆除有关设备→检查→架设模板→立堵→浇筑→拆模→清理。混凝土采用边浇筑边振动的方法，遵守“快插慢提、深度适宜、分层浇筑、振捣均匀的原则”保证质量，消灭蜂窝、麻面。混凝土浇筑后要进行洒水养护，并持续28d。

5、隧道开挖保护措施

（1）在软弱地层中，开挖循环进尺恪守短进尺的原则。（2）开挖过程中严格按设计控制开挖断面，不得欠挖，平均线性超挖应小于15cm，当出现超挖，采用喷锚支护永久支护体系时，多次复喷，直至平顺。（3）钻爆法洞室开挖后，在洞壁两侧及洞顶设置拱顶下沉和水平收敛观测桩，Ⅳ、类围岩不大于10m，Ⅲ类围岩不大于25m。围岩变化处适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛1～2对各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，各类量测点应安设在距开挖面，1米范围内，并在工作面开挖后12h内和下次爆破前测取初次读数。（4）隧洞轴线定线偏差不超过5cm，轴线竖向误差不超过±3cm。

结束语：

小断面隧洞的开挖支护施工一直以来都是工程施工的难点。因此，寻找一种既快捷、方便，又节俭的施工方法是工程施工人员一直追求的目标。

参考文献：

[1]蔡葆廉，徐承祥，陈剑.水工长隧洞小断面开挖爆破施工技术[J].福建建筑，2010（03）：37-38.

[2]王腾军，田青文.超长隧洞内施工控制网设计与实施[J].测绘科学与环境学报，2005（2）：20-22.