隧道超前导洞水磨钻非爆施工工法823

1、隧道超前导坑水磨钻非爆破施工工法中铁隧道集团一处有限公司中铁二院工程集团有限责任公司张志和匡凫陈赤坤为保证隧道在近距离下穿构筑物和建筑物的安全，必须严格控制爆破震动。一般的爆破震动控制技术，也只能是最大限度地降低爆破震动，且振速控制波动性较大，易对居民造成影响。在地表建筑物林立的城市环境下进行浅埋隧道掘进施工时，对于下穿地表抗震等级低的构筑物困难地段，或者不允许产生爆破震动的地段，非爆破开挖往往成为一种不得不选用的手段。尽管非爆破开挖具备完全减震的特点，能降低或完全解决一些因爆破开挖而对周边环境产生的影响，但其也存在一定的局限性，主要体现在：机械化程度低、移动不方便，效率较低，作业范围有限，无

2、法解决施工进度问题，因此对于长距离、大断面下穿地表建筑物隧道而言，非爆破开挖设备及工艺仅能作为爆破开挖施工的补充，无法作为主要施工手段进行施工。在重庆地区地层砂泥岩分布较广，抗滑桩和桩基等基坑开挖中利用水磨钻在垂直方向取芯劈裂开挖应用较多，据此，我们认为这种非爆开挖方法也可以在水平方向的隧道掘进中试用，为此将“水磨钻”非爆破开挖引入隧道循环施工中，达到既能减轻爆破地震动，又能达到快速施工的目的。中铁隧道集团一处有限公司在长洪岭隧道出口DK183+395DK182+995浅埋下穿江池镇段施工中，开展了浅埋高风险隧道下穿密集民房施工爆破震动控制技术研究课题研究，采用水磨钻非爆破的方法施工导洞，为后

3、续扩挖提供临空面，很好地控制了后续扩挖的爆破震动，取得了一定效果，本文通过对科研成果和工艺的总结提高，形成本工法，希望给类似工程提供借鉴。2 .工法特点2.1 本工法投入小，施工成本低。本工法无需大型设备，所需设备成本低，轻便易维护，易于操作，并且需用劳动力较少，普通工人即可操作，设备和人员方面的投入较小，和静态爆破、铳挖法、掘进机法等低震、微震工法相比，施工成本低。2 水磨钻及液压劈裂机工作时，不会产生震动、冲击、噪音、粉尘飞屑等，不会产生有毒气体和其它有害废弃物，对周围环境无影响，作业环境明显改善。2 与其它爆破震动控制较好的几种开挖方法相比，兼具成本和效率优势，综合效益高。2 工艺简单，

4、对操作人员进行简单培训即可上岗，易于学习掌握，便于推广。3 .适用范围本工法适用于围岩较好、爆破震动控制严格的隧道工程开挖施工，尤其适用于采用导洞超前、后钻爆扩挖进行爆破震动控制的隧道超前导洞施工；在工期要求不严或距离较短的地段也可采用上台阶或全断面开挖。4 .工艺原理本工法采用“周边钻孔取芯切割+中心钻孔劈裂”的方法进行隧道或超前导坑的非爆破法开挖，减小隧道后续扩挖爆破震动。采用水磨钻沿开挖区域周边以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道，成型开挖轮廓，为中部岩体劈裂和后部隧道扩挖提供临空面。在中部开挖区域周边内使用风钻按一定间距在水平方向钻劈裂孔，然后以周边槽道形成的临空面，用液

5、压劈裂机自周边向内进行分裂开挖岩体，人工清除劈裂岩体。.施工工艺流程及操作要点施工工艺流程（见图5.1）施工确定非爆.挖断面I1测量放分布孔图5.1施工工艺流程图5.2操作要点施工准备按照“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，先对施工段隧道进行超前地质测报、水文地质调查及时监测的信息化施工，根据围岩级别及水文地质情况确定支护参数及开挖方法，并结合现场人员、机械配置情况制定施工方案，确保施工安全，施工方案经济、合理。确定非爆开挖断面超前导洞非爆开挖，其断面尺寸根据隧道整体开挖断面及掏槽区大小确定，同时必须满足作业人员操作需要，又要便于现场操作，非爆开挖部分宜位于隧道下部中线处。考虑到超前导洞非

6、爆破开挖及隧道扩挖层、支护等循环时间，按照一天一循环进行组织，同时考虑到相同周长条件下圆形面积最大的特点，非爆开挖断面也采用圆形断面，半径为1.5m左右为宜，可做到一次搭设简易作业支架、完成一次作业循环全部钻孔。测量放线、布孔1由测量人员根据隧道洞内控制导线，精确测设出非爆开挖断面的圆心，然后再在掌子面上画一个半径1.5m的圆。2水磨钻钻孔孔位可沿轮廓线连续布置。由于水磨钻行程仅有60cm,有效成孔深度在50cm左右，需多次钻孔才能达到非爆区的设计循环进尺，水磨钻钻孔需存在一定外插角，若开孔处采用相切圆，则在孔位末端存在楔形岩体，断面不连续，因此，开孔时采用咬合圆的型式，消除孔末端的楔形岩石，

7、形成连续的临空面。3中部用于劈裂的钻孔孔间距40cm、排距40cm,沿隧道中线呈梅花形左右对称布置。说明：1、本图尺寸以cn#o2、沿开挖线边缘用水磨钻钻孔取芯，孔深50cnfc右;3、中间用液压劈裂机，逐层逐段劈裂开挖。图5.2.3-1超前导坑“周边钻孔取芯切割+中心钻孔劈裂”孔位布置示意图搭设简易台架用于钻孔和劈裂的台架采用脚手架搭设。台架顶部非爆开挖区高80cm、宽2m（左右侧各1m）左右，以便于人员操作和水磨钻悬吊。台架搭设应牢固，强度和稳定性满足要求，尽量减少作业的晃动，保证施工安全和试钻精度。水磨钻钻孔、取周边岩芯5.2.5-1,水磨钻支撑架见图1将水磨钻利用倒链悬吊在作业台架上，

8、并安装可以调节水磨钻横向位置的支撑架，然后上下左右调整水磨钻位置，检查水磨钻能否顺利到位。水磨钻布置见图5.2.5-2。滑轮简易脚手架图5.2.5-1超前导坑水磨钻取芯作业示意图水磨钻钻头水磨钻行走杆水磨钻电机水磨钻进水孔水磨钻支撑杆水磨钻旋转轴图5.2.5-2超前导坑水磨钻支撑结构立面图开机检查水磨钻运转是否正常，然后人工手持取芯钻在隧道轮廓线上钻孔取芯，采用以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道临空面。为了同时保证取芯效率和较小的超挖量，相邻钻孔中心间距13cm,两孔搭接2cm（见图5.2.5-3）,每循环取芯孔数在6570个。根据取芯钻筒长度每次钻取深度50cm左右。23台钻

9、机,每台钻机需34人操作。取芯时一个孔钻进时间约为510分钟。超挖轮廓线开挖轮廓线图5.2.5-3超前导坑水磨钻钻孔孔位咬合圆示意图水磨钻取芯到位时，人工缓慢拉出水磨钻，人工轻轻敲击芯体，使其与母岩断开，然后人工将其取出，水磨钻移至下一个孔位处钻孔。钻劈裂孔在开挖区域轮廓线取芯的中间部分先用YT28凿岩钻机钻孔，相邻孔间距40cm,孔径4.2cm,钻孔数4245个；钻劈裂孔也可在搭设简易台架前进行，为方便施工劈裂孔可一次钻进24m,满足48个劈裂循环作业（一个开挖循环约1.5米，每劈裂循环约0.5米）。液压劈裂机分裂核心岩体1取芯孔完成后，然后以周边槽道形成的临空面，用液压劈裂机自周边向内进行

10、分裂开挖岩体，劈裂自上而下分裂岩块，人工撬落。2劈裂采用一台劈裂机，4个操作人员，根据围岩裂隙发育情况，小导洞劈裂每循环约1小时。人工清除劈裂岩体为保证台架和液压劈裂机管线和下部工作面安全，劈裂机将岩体分裂后，分裂岩块随时由人工将地面石块用手推车运至距离掌子面10m以外临时堆放，根据现场条件约3个运柞人员，开挖完一个循环后用装载机配合大车出硝至弃硝场。检查验收、信息反馈每循环后检查施工效果，分析原因及时修正相关参数，改善技术经济指标，检查后续开挖是否超过设计要求，对比爆破前后地表建筑物情况，是否对建筑有破坏。5.3劳动组织采用两班倒循环作业制，劳动力见配备表5.3。表5.3劳动力配备组织序号工序作业内容班次X人数备注1开挖搭设简易台架、钻孔2X122装运装硝2X1挖机司机出硝运输2X1出硝车司机3测量开挖轮廓线放样2X24管理及后勤保