隧道非爆破开挖施工技术实践

隧道非爆破开挖施工技术实践

作者：张发志

来源：《砖瓦世界·下半月》2020年第01期

摘 要：施工中存在很多因素影响施工，再加上基础设施的建设对爆破施工振动比较敏感。本文作者针对这种情况，分析隧道非爆破开挖施工技术实践，从实际工程案例分析出发，阐述水文、设计要求以及相关结构，综合考虑这些要素的基础上使用比较安全的方式，使用非爆破开挖施工，这也是一项技术成熟且安全可靠的施工选择。 关键词：隧道工程;非爆破开挖;施工技术

建筑与交通建设中，存在各种条件的隧道，传统的隧道施工技术难以满足时代发展下施工的需要，因此出现很多新型的隧道施工技术，如非爆破法开挖。这种方式是在周边的环境不利于爆破的情况下，通过机械与人工开挖隧道。 一、工程概述

某市南山路KO+780隧道周围300米范围内存在大量居民和工厂，以及存在高压线塔，由于这些设施的存在，工程难以施行爆破，一方面是由于这些设备对爆破振动非常敏感，一方面是由于这拆除和迁改这些设备费用很高，如果采取爆破将面临极大的安全问题。KO+780隧道为双滦拱暗挖隧道，长度为162M，经过地段的的地理情况为山陵，隧道最大埋深度为24M，属于浅埋偏压隧道。隧道进口上方有两座高压电塔，一座电塔距离隧道的净距离为8.70M，埋深22M。另外一座高压电塔与隧道的净距离为3.42M，隧道埋深1.84M。本工程的地质情况为，隧道穿越地区的地质基本上属于全风化与半风化混合花岗岩，全风化层坚硬土状和强风化硬土，半岩半土状等，局部地质是混合花岗岩残积砂质黏土，中风化混合花岗岩，很大部分岩土层遇到水就会软化，崩解，岩石质地软强度低，应该要加强保护，防止冒顶和坍塌[1]。局部地下水渗流还要考虑排水措施。 二、隧道开挖方案

隧道开挖方案设计为以中导洞为主要方向，中导洞以隧道进口侧向隧道出口侧方向开挖，单向掘进。隧道两侧导坑为辅助施工方向。中导洞贯通之后由隧道进口侧向隧道出口侧面，浇筑中隔墙。等隧道进口段中隔墙砼满足设计强度之后，中隔墙顶部与侧边间隙回填密实之后由进口侧，朝着隧道出口侧面对隧道主动开挖施工。 （一）施工结构

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隧道洞身全身为全V级围岩，使用三导洞法对隧道施工，中导洞与中隔墙、后左右两侧壁导洞预留核心土的施工顺序，按照一定的开挖顺序开挖：首先是中导洞开挖、中隔墙浇筑、左线洞侧壁导坑上台阶开挖、左线洞主体上台阶预留核心土开挖、核心土开挖和左线洞主体下台阶开挖、左线洞仰拱浇筑、左线洞衬砌，右线洞侧壁导坑上台阶开挖、右线洞主体上台阶预留核心土开挖、核心土开挖、右线洞主体下台阶开挖、右线洞仰拱浇筑、右线洞衬砌。 1、开挖施工难点分析

隧道施工难点体现在隧道埋深前、偏压以及隧道周围有很多居民居住，还有很多工厂，如果采取爆破振动会影响到居民的生产和生活。施工风险高，贯穿高压电塔。为了减少扰动和地表沉降，开挖禁止爆破。坚硬土层与软岩层使用铣挖法进行施工，比较坚硬岩层在开挖前，使用液压钻造90MM劈裂孔供劈裂机劈裂后在使用液压锤破碎。（1）劈裂施工工艺首先使用具有临空面的岩石或是有夹层的岩石部分开始劈裂，逐渐向岩层中递进。（2）打孔，使用液压潜孔钻在岩石上钻垂直孔，孔距离最好在30CM～40CM内，深度和孔径分别为120CM与90CM。插入劈裂枪后使用劈裂枪将岩石分裂，确保活塞全部塞入孔径为90CM的孔内[2]。启动电源之后换动手动换向阀到蓝色油管进油，活塞伸出后孔内生产侧向临空面方向的推力，岩石出现分裂情况。液压油压力显示达到120MPA就表示劈裂工作完成，回油活塞收缩进行循环。破坏岩层结构之后使用破碎锤破碎，挖掘机清理渣将其运往外面。 2、施工准备

施工使用设备、水、电力、施工人员、机械等在施工前应该要做好准备，在开挖之前，要完成地质预报工作。根据超前地质预报明确掌子面前方100～150M范围内岩体的实际情况，确定岩层级别，以此优化施工设计方案。铣挖机挖下的颗粒比较细，会造成隧道内粉层增加。所以使用铣挖机挖掘的时候可以先洒水降低粉层，在铣挖过程中通风来改善施工的环境。机械设备选择要根据隧道设计的土层情况、土层分层情况和工程的总体特征：①岩石风化属于中级，混合花岗岩成短柱或者是碎块状，接力和裂隙发育，岩质硬，承载力0.2MPA，抗压强度为35.8～38.5。全强风化混合花岗岩呈坚硬土状和半岩半土状，局部碎石状承载力为300～500MPA，饱和单轴抗压强度为6.7～11.6MPA。根据岩石的实际情况选择特定型号的铣挖机器，另外配置两台纵向铣挖机器作为狭窄地段挖掘使用。 （二）施工

中导洞开挖采取从中间向周围、从下往上、从质地坚硬的地质到柔软的地质逐渐转变，根据围岩情况确定开挖尺寸，拱脚处开挖有专业人员指挥。预留10～20CM避免超挖，使用厚风镐凿除。铣挖的时候要注意使用切削鼓碰撞和铣挖成形。中导洞与左右两侧壁和主洞顶部硬土层等合适部位采取知己铣挖机切削施工。中导洞岩层比较后且坚硬，抗压强度达到30MPA以上，地段采用劈裂法开挖，劈裂法以高压油作为主要动力能源，使用斜契原理在油压作用下劈裂力度得到几百吨，从而劈开岩石。液压破碎锤适合在有裂缝和有层理分明的底层，层理与节

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理之间有软弱层夹层方便开挖，由于中导洞下部岩石比较坚硬，铣挖效率会非常低且消耗刀片，所以底部4M以下使用液压潜孔钻造孔，岩石劈裂机劈裂在使用岁破锤施工，每循环1.2M中导洞拱部使用铣挖机器进行轮廓修正，在拱脚与隧道底部等位置使用人工配合的方式進行施工。侧壁导坑上台阶开挖铣挖方式运用在中导洞开挖，由于上台阶洞室比较小，铣挖机臂伸展需要保留好足够的长度，开挖上台阶超过下台阶5M左右，铣挖修整完成之后驾驶工作地面，人工风镐凿除顶部与死角位置，再利用小型挖掘机装土往外运输。侧壁导坑上台阶开挖铣挖操作的时候，挖除预留上坡道附近的岩石，在缓慢向周边靠近，由下向上开挖[3]。上坡道沿着坡道从下向上铣挖，仰拱以上部位开挖自下而上。开挖之后应该要尽快做初期指出，封闭成环。低洼处碎石回填，保证车道平整。侧壁导坑下台阶先使用岩石劈裂再使用液压破碎锤破裂。主体上台阶开挖与侧壁导坑上台阶开挖类似，上台阶铣挖修整后退到下台阶铣挖，完成后人工风镐凿除修整，再使用小型挖掘机装土外运。主体下台阶劈裂机劈裂、液压破碎锤破碎进行。围岩支护施工有很强的必要性，在铣挖机施工中坚持支护的强度，坚持强支护和早封闭的原则。循环掘进是铣挖机在开挖完成之后，机器退出工作面，清理渣、出渣等，等待锚支护工作完成，再次进行掘进工作。 （三）机械选择

对于不同岩层的厚度与硬度，铣挖刀片磨耗率、施工作业空间大小不一都需要采取不同的机械组合进行。钻孔采用两台履带式液压潜孔钻，岩石劈裂机单洞选择九台，每一台配置4把霹雳枪头和一个油泵。破碎锤选择按照一定的规范和施工需要。 三、结束语

综上所述，本次隧道的开挖中，由于铣挖法比较适合速调地质情况，劈裂机配合液压破碎锤适合在中硬岩石开挖中使用。铣挖机的作业具备极强的优势，如可以长时间工作，具有良好的环保效果。 参考文献：

[1] 褚夫蛟， 刘敦文， 彭怀德，等. 上穿输水隧洞公路隧道爆破开挖安全控制研究[J]. 爆破， 2017， 34（4）：159-166.

[2] 王飞雁. 开挖与爆破技术在输水隧洞工程中的应用[J]. 湖南水利水电， 2018， No.216（04）：70-73.

[3] 李小勇， 刘曙光， 刘东霞， et al. 砂岩地区暗挖隧道掘进开挖技术参数研究[J]. 地下空间与工程学报， 2018， 14（S2）：269-274.