简析小断面长隧洞开挖与支护施工

简析小断面长隧洞开挖与支护施工

谢建树、陈聪、杨普荣

紫金矿业集团股份有限公司 福建 龙岩 364200

摘要：开挖和衬砌平行作业是小断面隧洞施工的难点，隧洞按先行开挖和初期支护，待洞身开挖贯通后再进行混凝土衬砌的施工程序，投入配套的非标机械设备组成开挖及混凝土衬砌作业线，提高单项工序的生产能力和设备利用率，可大幅压缩工期，降低成本，实现预期的质量安全和工期目标。本文主要就针对小断面长隧洞开挖与支护施工相关方面进行分析和探讨。

关键词：小断面；长隧洞；开挖；支护施工

前言：隧洞引水工程将继续增加小断面，而长隧洞由于体积小、长度长，在引水工程中更为普遍。小断面长隧洞的合理、经济的施工组织设计难以施工、研究、探索，施工人员应该进一步实现快速施工和推广，实现远距离输水。

1、小断面长隧洞的开挖方式

对于小断面长隧洞而言，其在现阶段的很多区域都比较常见，同时对工程的综合建设和未来的发展而言，能够产生特别大的影响。为了在今后的小断面长隧洞施工中取得更好的成绩，应坚持在开挖方式上作出良好的保证，不能在该方面出现严重的缺失和不足现象。首先，在小断面长隧洞开挖之前，应做出有效的测量分析，针对最大开挖断面尺寸进行有效的测量分析，确保在开挖工作的实施过程中，能够按照合理化的模式来进行，不要执行错误的手段和方法，努力提高施工的可靠性、可行性。其次，在小断面长隧洞的开挖过程中，坡降方面必须做出良好的把控，最大限度地减少坡降幅度过大、过小的现象。第三，针对地质不良的位置，应该坚持通过短进尺、弱爆破、强支护的手段来进行操作，这样不仅能够在开挖的有效性方面获得良好的提升，同时不会造成严重的安全隐患。

2、改进电气和通风设备

就长隧道本身的小断面而言，在开挖过程中，实施供电和通风作业将产生特别大的影响，同时在开挖过程中做出良好的改进。尽可能为小断面长隧道的施工提供更多的保证。首先，在供电过程中，长隧道主要采用低压进气孔的方法。一般情况下，电压损失会伴随着长隧道小断面开挖深度不断增加。因此，建议长隧道建设的一小部分，工作电源应进行电容补偿的形式，这不仅可以降低电压的损失，而且还使其良好的性能在电源的稳定性和可靠性得到改善。其次，进行通风工作。长隧洞开挖对小断面具有决定性的影响，如果不积极处理，势必造成严重的安全隐患。

3. 小断面支护施工作业技术要点

3.1喷射混凝土施工

在相关混凝土的喷射施工操作中要对喷射面进行系统的清洗处理。对于其相关杂质以及堆积物进行清除；在实践中主要是通过高压风枪冲洗相关岩面；同时也要对其具体的喷射混凝土厚度的标准进行预先埋设；对于整个机械设备的各个系统进行综合的监测，在试运行无误之后方可作业。在其受喷面的涌水部位进行相关导管的预先埋设，对于一些导水效果不佳的含水层也可以进行盲沟排水的设置，在其淋水位置可以进行相关截水圈排水的设置。要对喷射混凝土中应用的各种材质进行科学管理，保障其与相关技术规范相契合，喷射混凝土的配比要在实验操作之后确定。在实践中通过高压风枪对喷射面进行清理，在其施工位置构建截流排水系统并对其进行混凝土的喷射操作。

3.2隧道钢拱架支护

隧道钢拱架支护是我国隧道工程建设过程中较为常用的一种技术形式，在我国进行钢拱架建设的过程中较多采用的是钢筋格栅钢拱架、工字钢钢拱架、U形钢钢拱架等。在运用钢拱架在进行建设和使用的过程中能够发挥自身不同的作用和特点。因此在进行建设的过程中应当依据与隧道工程的整体建设要求选用钢拱架，在隧道工程中进行建设。这关系到整个工程的施工进度，施工安全以及企业的整体形象，因此在进行建设的过程中应当重视对于钢拱架支护的建设工作。在进行隧道钢拱架建设的过程中主要有以下特点，在进行建设的过程中，要选用喷混凝土来发挥钢拱架支撑作用。同时在进行建设的过程中应当对喷射混凝土进行补强，这样能够达到更好的建设强度和建设效果。同时在进行建设的过程中钢拱架应当作为超前支护的支点，对于隧道的整体重量进行支撑。同时在进行建设的过程中应当，发挥锚杆喷射混凝土的共同作用，只有这样才能够达到更好的隧道工程支护建设效果。

3. 隧洞施工方案优化

4.1设置施工支洞，长洞短打

该支护孔的施工具有以下优点：1）掘进工作面多，实现了“长孔短打”，缩短了施工周期（单头控制适合1000m左右）；2）有利于隧道通风和排放；3）有利于滞后放电。支护孔的施工应遵循平衡施工的原则，既快又经济。主孔支护孔多，工作面多，有利于主孔施工进度，但临时施工量增加，不利于经济施工。相反，在支护孔中很少有或没有支护孔，活动工作面很少，不利于主动施工，影响后期施工的因素很多。

4.2花栅格构架施工作业要点

在一些地质环境较为恶劣的洞段中，要想提升开挖作业以及成型断面的相关围岩的整体稳定性，在对其进行挖掘操作过程中，要基于围岩的实际状况以及具体种类科学的选择有效的支护方式，其中花拱架方法是一种有效的作业模式。花拱架方式在实践的应用过程中主要是用螺纹钢筋制作。其整体宽度在17cm左右，高度在12cm左右，通过“S”形螺纹钢筋对其进行焊接，进而将其作为一种柔性的支撑体，其具体的长度主要就是根据其实际的周长决定的，花拱架底座钢板为200mm×200mm×200mm。在对其进行拱角开挖作业的时候，要适当的超挖相关范围，进而便于花拱架以及钢支撑底座的放置，对于无法形成拱座的相关部位，就要通过打插筋以及填补混凝土的方法对其进行修补完善；制作过程中主要应用焊接的方式。

4.3爆破设计

在小断面长隧洞开挖中，爆破设计是其重要的内容之一。洞内的爆破影响着洞身成型的质量和长隧洞开挖的进度。因此，需要对洞室爆破进行精心的设计。在洞室爆破开挖之前需要进行爆破实验，取得相关的爆破参数，才能进行隧洞的爆破开挖。隧洞爆破设计应该根据隧洞地质条件及岩性、技术规范要求、开挖方法及以往施工经验，按“短进尺、控爆破、少扰动、预支护”的原则进行。按围岩类别和抗震要求严格控制最大一段起爆药量。按规范和设计要求的质点振动速度值和洞渣粒径级配要求对爆破参数进行测验，根据实测参数进行爆破设计。

长隧洞开挖方式主要为全断面一次光面爆破，地质状况较为复杂及不良的地段，严格按“新奥法”原则进行，着重强调“超前探测，超前支护，短进尺、控爆破、少扰动，早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求，确保围岩成洞稳定，同时避免在爆破中出现意外事故。在隧洞施工爆破中，要注意控制爆破药物的用量，严格按照爆破操作规程进行。

3. 施工机械设备选型

对于地质条件较差的洞室，为了保证洞室开挖及形成断面时围岩的稳定性，根据围岩条件，采用花拱法及钢拱法对IV、V类围岩进行加固。其中，IV类围岩支护间距0.8m~1.0m，V类围岩支护间距0.6m~0.8m，以保证洞室围岩的稳定性。花拱框架由22mm螺纹钢筋制成。花拱架宽约17cm，高约12cm。中间是焊接的“S”螺纹钢筋，使其灵活的支持机构。长度根据拱的周长进行处理。花拱底座采用200mm×200mm×20mm钢板。拱角开挖时，需要超出一定范围开挖，形成拱座，放置花拱架或钢支撑底座；对不能形成拱座的部位，采用补强灌浆的方法进行修补；花拱框架的连接采用焊接方式。栅栏拱由间距为1M的22或25根钢筋连接。花门拱架连接尽量使用锚杆。如果不能使用，则放置锁紧锚杆。锁紧锚杆长度2.5m，由22条钢筋组成，间距1.0m~1.5m，可根据现场情况适当调整。

结束语：小断面长隧洞的开挖与支护要充分考虑到不同区域的施工特点，针对现阶段的施工成果有效的保留、利用，同时在下一个阶段的施工过程中深入的研究，进行大量的测试和分析，这样才能使小断面长隧洞的施工体系不断地完善。

参考文献：

1. 蒋吉红,杨洁,古德志.浅谈小断面长隧洞开挖及初期支护施工监理[J].四川水利,2018,39(01):60-62.

2. 李志德.小断面长距离引水隧洞施工技术研究[D].兰州理工大学，2017.