浅谈长距离特小断面隧洞钻爆法高效施工方法

浅谈长距离特小断面隧洞钻爆法高效施工方法

李军才

中国水利水电第十二工程局有限公司第四工程公司

[摘 要]近年来长距离输水工程逐年增多，受限于供水流量等原因，往往采用小断面或特小断面隧洞。虽然TBM等成套化设备迅猛发展，但在特小断面隧洞及交通道路较差位置仍存在一定应用局限性。研究长距离特小断面隧洞钻爆法高效施工方法仍然很有必要，对于解决隧洞部分作为关键线路的工程具有很大的现实意义。

【关键词】长距离；特小断面、钻爆法、高效施工

以目前工作的开化水库为例，整个工程由枢纽区和输水区两大部分组成，其中输水区包括24km隧洞和24km埋管，其中隧洞由7段组成，其中最长段隧洞为7.9km，还有超过5km隧洞2段，剩余4段为无施工支洞的距离小于3km短隧洞。合同工期为33个月，隧洞开挖衬砌为整个工程的关键线路，受限于施工准备时间长和征迁协调工作难度大，工程正式开工3个月后，隧洞才正式开始洞脸开挖和场地平整，对于捉襟见肘的工期更加雪上加霜。项目部积极讨论吸收借鉴先进施工经验，在前期做了大量调研工作。包括TBM施工应用、悬臂掘进机应用、隧洞开挖衬砌同步施工成套模板应用等。综合考虑施工可行性、施工成本、施工工期等，最终决定采用钻爆法施工。为满足施工工期要求，项目部施工过程中开展了大量调研、交流、经验分享、宣贯等工作。通过数月摸索优化，总结出一套长距离特小断面隧洞钻爆法高效施工方法。开化水库主要隧洞开挖支护工作面在无拱架支护情况下平均可以保持月进尺230米以上。

一、长距离特小断面隧洞开挖支护施工特点：

1、长距离特小断面隧洞开挖支护由一个个小的爆破循环进尺累加而成，长距离隧洞开挖支护相较于百米冲刺更像一场马拉松，比拼的是耐心，比拼的是毅力，只有通过每天每循环严格控制，才能实现最终的计划目标。受限于工作面范围有限，无法实现大量资源投入。一日曝十日寒，短期大量投入等赶工期行为很难在长距离特小断面隧洞施工中产生较明显效果。

2、长距离特小断面隧洞施工受制于工作面范围有限，炮孔钻孔、装药爆破、通风排烟、出渣、测量排险、支护等，各工序之间互相制约互相影响，只要有一个工序异常就会扰乱后续工序正常进行，最后反作用于异常工序形成闭环。同时作为每个工序背后的操作人员（即不同工种），只有在一种稳定、正常、标准化的工序流程中，才能按照习惯工作，以最大的熟练度工作，迸发最大的工作效能。所以长距离特小断面隧洞开挖支护高效施工关键就是要固化工序，向标准化靠拢，使每个工序平顺进行，使每个人在最熟悉的时间做最熟悉的工作。

二、人、机、料、法、环全方面保障

根据长距离特小断面施工特点，我们从人、机、料、法、环等多个方面保证，隧洞施工期间抢抓每个工序，抢抓每个循环，日积月累，达到最终进度目标。同时稳定工序，固化标准化工序，使每个工序出现在固定的时间。

1、人的方面

（1）人是第一生产力

人是第一生产力，人是生产力中最重要的一部分。为了保证最大发挥人的主观能动性，结合隧洞开挖支护特点，由于各工序顺序施工，操作工人无法得到较长连续时间段休息时间，所以必须优化作业工序，保证钻孔爆破和出渣工作在晚上10点~11点钟结束，保证充足休息时间，才能长时间连续数月甚至一年以上保证高强度工作状态。同时配备良好的生活设施，提供良好的生活环境，更能发挥人的工作热情。比如：具备大跨度时间段可以随时吃法、洗澡、睡觉等条件。

（2）配备全能的带班人员

隧洞开挖支护各工序环环相扣互相影响，无论哪个环节出现问题，其他工序就无法正常施工，导致整个工作面无法施工。但是施工过程中避免不了操作工人会出现个别请假现象，这个时候必须需要有人可以顶替他的工作而不影响其他工序施工。拥有几个全能的带班人员将在此时发挥巨大作用，可以迅速临时顶替工作，而不影响其他工序。避免临时高价从市场重新招聘人员。

2、机械设备的方面

（1）带液压破碎锤耙渣机广泛使用

相较于以前特小断面隧洞开挖支护施工，带液压破碎锤的耙渣机广泛使用是一个最有成效的新设备的使用。本工程2.8*2.75m 隧洞断面形式，在保证出渣车不耽误情况，平均2个小时可以完成出渣工作，极大的提高了施工效率，加快循环速度。同时通过优化爆破参数，可以使洞渣粒径匹配耙渣机型号，但在爆破过程中避免不了出现无法用耙渣机出渣的较大石块，以往无论通过补炮或者人工解小都非常耽误时间。现在通过自带破碎锤的耙渣机可以轻松解决这个问题，为隧洞开挖支护高效施工，起了巨大作用。

（2）易损件处置模式

易损件的处置模式也是影响隧洞开挖支护高效施工的一重大因素。结合前面隧洞开挖支护施工特点，想要实现高效施工，必须将每天工序，工序之间进行固化、标准化。像生产车间生产标准件一样，做到熟能生巧的地步。这样才能发挥最大的生产效力。机械设备的易损件发生破坏往往会造成顺畅的工序发生中断，后面工序进行延后，整个循环全部打乱。比如：出渣车的轮胎、变速箱，搅拌机的钢丝绳等等。为避免该类情况，必须避免机械设备易损件在生产过程破坏。这样就要求我们做好日常机械设备的保养检修工作，能在不影响生产情况达到使用寿命80%时更换，绝不在达到使用寿命100%情况坏在生产过程中。易损件的处置模式极大影响隧洞开挖支护高效施工。

3、材料的方面

（1）充足的材料供应

提前准备15天~20天材料用料，不仅包括主体工程使用材料，也包括机械设备等消耗性材料，严格控制，不出现因为缺少材料而影响工序正常推进或者停工的情况。

4、施工工艺的方面

（1）加强工序衔接

隧洞开挖支护由一个个小的循环进尺组成，整体施工用如下比较火的两个公式可以很生动形象说明问题：1.01365=37.8和0.99365=0.03。加强每个工序之间衔接工作，积小成多，日积月累将产生巨大效果。比较成功经验举例如下：

1)钻孔和火工品之间

准确合理预估钻孔完成时间，要求钻孔完成前火工品炸药车提前到达洞口，在掌子面钻孔还剩1~2个的时候，钻工班长提前到洞外根据本次钻孔岩石软硬和节理发育情况，准备炸药和电子雷管，实现掌子面钻孔完成后恰好炸药和电子雷管送到掌子面进行装药。

2）出渣和测量排险之间

出渣车在倒数第二车渣出洞口时测量人员开始进洞，当测量人员到达距离掌子面最近一个避车道时，最后一车渣几乎同时完成装渣经过避车道，保证测量人员快速赶到掌子面开始下一循环排险和测量钻孔。

（2）优化爆破参数，增加循环进尺

隧洞高效施工受影响最明显的就是两方面，除了前面介绍到的加强工序衔接，另一个便是不停的优化爆破参数，增加循环进尺。在循环数不变的情况下，每次爆破循环进尺有明显增加，日积月累会产生非常明显的效果。这就要求我们在爆破施工过程中需要根据岩石不同情况不停优化爆破参数，并和工程范围内其他工作面加强交流和学习，通过不停试验，找到最优的爆破参数，得到最长的循环进尺。尤其在本项目利用电子雷管代替非电雷管后，电子雷管拥有更高精度的延迟时间，可以设置多时间段延迟时间。为我们设置段内延迟、逐孔起爆、特小断面大延迟平行直掏等提供了条件。借助电子雷管优越的性能，不断优化爆破参数，增加循环进尺，是我们在隧洞开挖施工中永恒追求的目标。

5、管理、施工等环境的方面

（1）强化奖罚考核

隧洞开挖支护通过控制爆破循环数或者进尺长度，非常便于进行相关奖罚考核。根据不同围岩类别设置合理爆破循环数和进尺长度指标，本着奖励为主，惩罚为辅的原则，每个月进行严格奖罚考核，可以极大的调动各工作面班组的施工热情，并营造出你争我赶的工作氛围，可以极大促进高效施工。

（2）炸药单耗和循环进尺平衡

钻工班组往往是根据进尺米数计算工资，一个无法避免的问题是火工品的消耗量是否和钻工班组工资挂钩。通过多个工作面施工结果对比分析，火工品和钻工班组工资挂钩，往往会出现为了减少火工品用量，钻工会减少周边孔数量，造成比较大超挖情况，这里不建议将火工品的用量和钻工班工资组挂钩。虽然钻工班组可以不必担心火工品用量了，但也不能放任自流，必须在合同协议中明确每月保底的爆破循环数和平均循环进尺，防止火工品出现不必要浪费。

三、小结

开化水库输水工程面临单段隧洞距离长、隧洞断面小、地质情况复杂、征地移交晚、施工工期紧等不利条件，通过发挥集体力量，多考察、多调研、多交流、多宣贯。在数月不停试验和摸索下最终总结出一套关于长距离特小断面隧洞钻爆法高效施工方法。