隧道硬岩段掘进工艺

隧道硬岩段掘进工艺

他维斌,白潮辉,钟春花,石吉林,刘环宇,卢兆新,黄漫

（中国建筑一局（集团）有限公司，广东深圳，518000）

[摘要]隧道工程是现代城市建设中不可或缺的一部分。在隧道建设中，施工工艺的选择直接影响着隧道的建设效率和质量。隧道采用水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法施工工艺可以有效地提高隧道建设的效率和质量，为隧道建设提供了可靠的技术支持。

[关键词]水磨钻钻孔静力爆破冲击劈岩机

一、工程概况

翔东路隧道项目位于深圳市罗湖区东晓街道区域内，场地北侧为九尾顶自然山体，总地势北高南低，高差较大。平均高程29.12m～109.86m。项目范围为lglK0+376～lglK0+661，全长295m；含隧道一座，起迄里程lglK0+376～lglK0+592，长216m，为短连拱隧道，所处地层从上至下为：素填土、粉质黏土、第蓟县系-青白口系混合花岗岩、碎裂岩广泛分布。

设计洞身开挖方案为机械开挖，采用EBZ318型悬臂掘进机开挖，EBZ318型悬臂掘进机为矿山开挖机械，适合于岩体裂隙发育、岩石强度不大于80MPa的隧道洞身开挖。该机采用切削方式进行掘进，振动小，对围岩扰动极小，集切削、装渣、转运和自行于一身，可以做到切削、转运同步进行，具有多功能性和机动性，掘进机切割部带有自动喷水及吸尘设备，可分解因切割岩面产生的大量粉尘，净化掘进操作现场环境。当岩石强度过大时，由于翔东路隧道与住宅楼紧邻，无法采用火工爆破作业，采用水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法的方式进行洞身开挖。

二、水文地质条件

地表水系不发育。雨季时，雨水自坡顶沿坡面及边坡已建截排水沟漫流，汇集后流入市政雨水管道中。隧道里程K0+390~K0+410段为山沟，后经关公路建设，形成洼地，为附近区域场地汇水区，雨季时，地表流水汇入该区域后经已有排水沟排走及渗入地下，形成地下水。场地附近无其它地表水。整体地势北高南低，高差较大，地下水类型为基岩裂隙水。土状强风化岩含水弱，富水性差，块状强风化岩风化带内风化裂隙较密集，裂隙贯通性较好，为地下水的富集、流通提供良好的空间，地下水顺地势由北向南径流。山岭段边坡上部地下水埋藏较深，主要地层为强风化岩，在强降雨等条件下，地表水渗入坡体后，地下水位上升，造成风化岩土体软化并降低其力学性质，并增加岩土体自重，对边坡的稳定产生不利影响。隧道进口、出口段均存在偏压，岩体破碎，节理裂隙发育，小断层较多，稳定性较差，隧道开挖过程中，岩体经扰动，裂隙水流失，在应力作用下，山体会产生形变而滑动。场地周围还存在较多陡边坡及挡墙，目前处于基本稳定～稳定状态，但在地震作用下可能发生崩塌及滑坡，故应考虑地震时边坡可能会产生滑坡和崩塌。

三、施工工艺

水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法施工工艺为：1、水磨钻钻孔直径为20cm，孔深为1m，孔孔相连布置。钻孔布设为：沿中导洞两边拱腰和拱顶布设一条，拱顶下3m位置十字型布设并加弧线布设一条，底部横向布设一条。中导洞布设水磨钻钻孔总数约205个。2、静力爆破：在所有水磨钻钻孔中灌装膨胀剂(静力爆破专用)，每m3岩体需膨胀剂药卷约24kg，依靠膨胀力使岩体产生裂隙或裂缝，达到使岩体松裂的目的。装药完成后3～5小时为岩体开裂时间。3、冲击劈岩机劈岩：利用液压岩石破碎机破碎松裂的岩体。具体流程如下：

1、水磨钻钻孔

（1）钻孔直径和孔深

水磨钻钻孔的直径一般为20cm，孔深为1m，孔孔相连布置。钻孔布设为：沿中导洞两边拱腰和拱顶布设一条，拱顶下3m位置十字型布设并加弧线布设一条，底部横向布设一条。中导洞布设水磨钻钻孔总数约205个。

（2）操作流程

水磨钻钻孔的操作流程如下：

1)选定钻孔位置，并确定孔深和孔径；

2)在钻孔位置钻出孔眼，孔眼深度一般为钻孔深度的2/3；

3)在孔眼内注入水泥浆，使岩层表面与孔壁之间形成一层薄膜；

4)使用钻杆和钻头在孔内旋转，使岩层逐渐磨损并形成一个圆形孔洞；

5)清理孔洞内的碎石和泥浆，确保孔洞的通畅性。

2、静力爆破

（1）膨胀剂的灌装

在所有水磨钻钻孔中灌装膨胀剂(静力爆破专用)，每m³岩体需膨胀剂药卷约24kg，依靠膨胀力使岩体产生裂隙或裂缝，达到使岩体松裂的目的。装药完成后3～5小时为岩体开裂时间。

（2）操作流程

静力爆破的操作流程如下：

1)将膨胀剂注入水磨钻钻孔中；

2)等待膨胀剂充分膨胀，使岩体产生裂隙或裂缝；

3)检查岩体裂缝情况，确定是否需要进行进一步的处理；

4)清理孔洞内的碎石和泥浆，确保孔洞的通畅性。

3、冲击劈岩机劈岩

（1）设备介绍

冲击劈岩机是一种利用液压岩石破碎机破碎松裂的岩体的设备，它具有体积小、重量轻、使用方便等特点，是隧道建设中常用的一种设备。

（2）操作流程

冲击劈岩机的操作流程如下：

1)将冲击劈岩机移动到需要破碎的岩体位置；

2)启动冲击劈岩机，使其对岩体进行冲击破碎；

3)观察岩体破碎情况，根据需要调整冲击劈岩机的位置和参数；

4)清理岩体碎片，确保施工现场的安全和通畅。

四、施工效果

隧道采用水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法施工工艺，可以有效地提高隧道建设的效率和质量。该工艺具有以下优点：

（1）施工效率高：水磨钻钻孔和静力爆破可以快速地破坏岩体，冲击劈岩机可以迅速地破碎松裂的岩体，从而提高施工效率。

（2）施工质量好：水磨钻钻孔和静力爆破可以使岩体产生裂隙或裂缝，冲击劈岩机可以破碎松裂的岩体，从而使岩体更容易被清理，保证了施工质量。

（3）施工安全性高：水磨钻钻孔和静力爆破可以使岩体产生裂隙或裂缝，冲击劈岩机可以破碎松裂的岩体，从而减少了人工破岩的风险，提高了施工安全性。

五、经济效果评比

六、结论

当岩体完整、岩石强度过大时，可采用水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法的方式进行洞身开挖。通过对EBZ318型悬臂掘进机开挖、辅助措施配合EBZ318型悬臂掘进机开挖和水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法开挖三种开挖方案的比较，采用水磨钻钻孔+静力爆破+冲击劈岩机劈岩法开挖，占用工时较短，造价较低，同时该工艺的实施可以有效地提高隧道建设的效率和质量，为隧道建设提供了可靠的技术支持

作者简介：他维斌（1993—），男，甘肃天祝人，工程师，主要研究方向隧道工程。