小断面长隧洞开挖支护施工技术

小断面长隧洞开挖支护施工技术

杜萌

陕西省泾惠渠灌溉中心   陕西省   713800

摘要：在水利体系建设施工中，小断面长隧洞施工是其主要组成部分，在一些待开发区域会有较为多样的小断面长隧洞，通常小断面长隧洞施工难度较高，施工过程中会受到外界因素影响从而出现安全问题，很难保证施工质量。为了保证水利工程的小断面长隧洞施工效果，在开工时需要制定合理的施工方案，并采取科学的施工方式，从不同角度分析施工技术的可行性和可靠性。同时，还需要在施工时做好监理工作，保证支护开挖施工质量，确保工程施工顺利。

关键词：小断面；长隧洞；开挖支护；施工技术

1小断面长隧洞施工现状与特点

隧洞是一种根据地质特点与实用功能建造的地下建筑物，通常隧洞有多种类型，并且长度不同。小断面长隧洞一般指的是断面面积小于20m2或者跨度小于4.5m的隧洞，独头开挖长度1200～2000m。

现阶段，我国各项基础设施越来越完善，水利设施工程项目增多，例如大规模的引水工程、水电站工程以及排污工程等。在这些水利工程，中小型长隧洞施工是其重要组成部分，也是比较常见的施工类型。中小型长隧洞在其施工时会受到断面尺寸限制，从而会存在施工干扰大、工序交叉多、施工空间小等问题；同一工作面中，钻孔、爆破、通风、出碴等施工工序只可采用周期循环施工方法；施工中很难使用大型、高效的机械设备；设备会在不同程度上影响洞内管线的布设。除此之外，距离也会对小断面长隧洞施工产生限制，在布设施工设施时，难度较大，施工环境也较差。综上所述，小断面长隧洞施工难度大、出碴量和单位开挖量少，施工很少受到地质环境的影响，可以采取便捷安全的支护施工方案。

2小断面长隧洞施工技术要点

2.1开挖施工设备选择要点

为确保小断面引水隧洞施工顺利进行和工程质量，选择合适的开挖设备是必要的。常用施工设备包括风钻、翻斗车、移动模式空压机等。要重视施工设备性能检测和验收，详细开展设备基本情况调查，科学进行设备的各项系统设置，选择综合性能优良的设备，提升机械设备作业精准度，为施工顺利进行和小断面引水隧洞施工质量提升奠定基础。

2.2开挖作业

①开挖方式。对小断面长隧洞来说，开挖作业作为比较常见的一种作业形式，对工程建设及其未来发展中会产生较大的影响。为了在小断面长隧洞施工中获得良好施工效果，需要做好开挖工作，合理选择开挖方式，防止开挖作业出现问题。在开挖工作开展前，需要进行相应的测量分析，有效测量分析最大开挖断面的尺寸，确保可根据合理化模式实施开挖操作，避免使用错误方法与手段，否则会影响施工可行性、可靠性。另外，在开挖过程中，需要合理把控坡降，按照设计的标准控制坡降，使其符合小断面长隧洞特征。对于地质不良的位置来说，操作时应选择弱爆破、短进尺和强支护等手段，以此提升开挖有效性，避免产生严重安全隐患。

②施工要点。在小断面长隧洞开挖过程中，需要按照施工工序及要求来施工。第一，施工准备阶段，做好洞内风、水、电的准备，施工人员与设备也应准备到位。做好爆破设计以及试验等工作，确定合理的爆破参数，施工过程中应按照生产性爆破试验结果来优化调整爆破参数，以获得良好爆破效果。第二，测量放线阶段，使用激光全站仪来测量洞内导线控制网，按照设计图纸对开挖轮廓线进行测放，并对导线以及隧洞轴线进行定期检查测量。开挖后成型断面也应及时测量，并纠正存在的偏差，专业人员进行测量需要在每排炮后测放开挖轮廓线，校核测量断面。结合隧洞布置实际情况，需要每个月对直线隧洞进行超过两次的坡度及洞轴线检查及复测。对于转弯隧洞来说，需结合情况，每一轮爆破初查和支护后需开展一次轴线测放，保证控制测量的工序以及质量。另外，根据洞挖与支护进度，需要在两侧洞臂设置桩号标志。第三，钻孔阶段，主要使用手持气腿风钻钻孔，为确保隧洞成型质量、减少轮廓线超挖情况，需要按照设计钻爆图施钻爆破孔，特别是周边光爆孔应根据“平直齐”要领操作。结合隧洞地质实际情况，当洞室围岩有完整结构且没有地下水时，控制钻孔深度在50～60cm，其一次循环进尺为2.2～2.5m。通常隧洞段的钻孔深度在2.5～3.0m，如果是洞口段以及不良地质段，需将一次循环进尺长度减少，使用多循环、少约量、强支护、短进尺的方式来施工，控制掏槽孔和周边孔偏差在5cm内，其他炮孔的孔位偏差也不应超过10cm。第四，爆破阶段，需要结合地质条件以及环境差异，合理制定爆破方案，进而达到理想爆破效果。实际施工中，需开展爆破试验，根据工程与地质实际情况对爆破参数进行调整，应注意进尺以及炮眼数目，避免其影响循环效率，也应注重循环时节，保证循环进尺效果。

③支洞优化。小断面长隧洞在施工过程中，采用施工支洞方式具有以下优势。一是实际设置施工支洞时，需要充分考虑地形特点，并开辟多个工作面，确保长洞短打，可将周期缩短。二是便于隧洞排烟、通风、出碴，并且需要避开重要建筑物，以便优先进洞，防止影响施工进行。在施工支洞设置时，需要采取均衡施工和快速施工方式控制施工成本。通常情况下，施工支洞越多，主洞工作面也就越多，其会严重影响施工进度，也会增加工作量，不具备良好经济性。

2.3锚杆支护施工技术

采取加固性支护施工技术可以有效提高隧洞的整体稳定性，选择的锚杆结构要符合易于切割、抗拉强度高等要求，锚杆支护流程。

锚杆施工过程中必须先确定钻孔的孔位，在孔位精准确定后，结合施工现场实际情况对孔位角度进行轻微的调整，然后进行钻孔以供后期的锚固使用。为了确保后期锚杆操作能够顺利的实施，在锚杆安装前必须开展清孔处理，并采用钻好的孔位安装锚杆。在制作锚杆时，引水隧洞的实际腰梁宽度应与锚杆的设计长度相关。

为了进一步加快施工进度，在工程支护施工时可以采取边拔管边注浆的操作方式，并且拔管与注浆操作不能间隔太短，否则将对锚杆质量造成较大的影响。在完成注浆后，通常以超过5m作为拔管条件，在孔口出现溢浆的情况下不得将注浆管拔出，此时应进行湿粘土封口处理，并开展二次稳压注浆操作。

2.4管棚法支护技术要点

首先使用潜挖钻机施工，明确孔位的具体位置，确定角度及立轴方向，开展质量检测，合格后才允许施工。钻孔直径在相关规范或设计范围内，根据岩层基本情况做好分析工作。钻机完成后使用高压风清理孔隙，保证表面干净整洁。对于大管质量和施工作业要求，需严格按设计图纸要求进行，对孔位编号并开展精准记录和分析。接下来进入钢管顶进作业，确保钢管质量符合设计要求，根据施工现场实际合理安装，钢管连接用丝扣方式。然后进行管口注浆口加工，使用镀锌钢管材料，在一端与管棚堵头钢板进行焊接，另一端与注浆管连接。最后灌注水泥浆，持续时间10min，连续、均匀进行，做好数据记录，完成后及时堵孔，避免浆液外流。

2.5挂网支护技术要点

挂网作业时主要采用锚杆、锚筋作业，将钢筋网铺设于全部开挖面。喷射岩面混凝土之后，再设置钢筋网，进行钢筋网安装施工，钢筋网及壁面距离控制在3-5m范围内为宜。用焊接方式固定锚杆与挂网，紧贴出喷层，开展混凝土喷射作业，全面进行覆盖，保障施工效果。

2.6喷射混凝土施工的主要方法

在喷射混凝土施工过程中,要注意以下4个方面的施工:

1)要埋设好喷厚控制标志,并设置满足要求的通风、照明,然后对喷射使用的机械设备、管线进行检查,确保现场施工正常,要处理好渗水面,准备充足的材料;

2)严格按试验配比进行拌和,搅拌时间要充足,拌和要均匀,对于拌和料运输要做好防雨、防污措施,严格控制其存放时间;

3)施工前要将开挖面的浮石、墙脚的石渣、各处的堆积物进行有效清除,然后使用高压风水枪冲洗喷面,并设置相应的排水措施;

4)对于现场喷射施工来说,可以通过分段、分片方式,自上而下进行喷射,避免回弹料覆盖未喷面,分层喷射后,前一层混凝土终凝后才能喷射后一层,喷射作业严格执行相应的操作规程。

2.7小导管施工

小导管施工是支护施工的重要组成部分。实际施工中，需要根据相关标准按部就班操作，不断提升施工可行性与可靠性，灵活调整，避免后续工作中出现问题。小导管属于无缝钢管，其管径为40mm，长度为3m或4.5m，沿着拱部开挖轮廓线来布置小导管，导管距离为30～40mm，结合现场具体要求加固长度与厚度来明确小导管角度，大约是3°。如果遇到有地下水、规模较大的破碎带时，利用小导管注浆加固方式，小导管即可和周围岩石一同承担压力，达到良好的堵水效果。完成钻孔工作后，需及时吹孔，在吹洗干净后安装钢管，在孔口段分段推进，直到孔底。实际钻孔时，对钻孔地段地质情况加以预判，为下步施工做好准备。

结论

小断面长隧洞施工由于受到进度、质量以及成本等各种因素影响，难以保证后期运行效果。因此，需要采用合理的施工技术，尤其是开挖施工与支护施工阶段，其作为整体施工重要组成部分需要保证良好施工效果。在实际施工中，注意掌握技术要点，合理安排开挖施工与支护技术各项工作，进而提升小断面长隧洞整体质量。

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