小断面隧洞机械开挖与钻爆法开挖对比分析

陈兵

【摘 要】文章针对鄂北地区水资源配置工程14标兴隆~万福隧洞地质条件的特点,隧洞开挖施工分别采用钻爆法和机械开挖,在确保施工安全和质量的情况下,对这两种开挖方法进行综合对比分析,达到选择合理的开挖方法及合适的开挖设备的目的. 【期刊名称】《中国高新技术企业》 【年(卷),期】2017(000)009 【总页数】2页(P164-165)

【关键词】小断面隧洞;钻爆法;机械开挖;对比分析;地质条件 【作 者】陈兵

【作者单位】中铁十一局集团第一工程有限公司,湖北襄阳 441000 【正文语种】中 文 【中图分类】U455

兴隆～万福隧洞及鲁城河暗涵是鄂北水资源配置工程2015年开工的第一批项目。兴隆～万福隧洞（142＋330～157＋710）长15.38km，隧洞进口位于枣阳市兴隆镇聂家湾村南侧，上接兴隆（狮子山）暗涵；出口位于随县万福镇鲁城河水库下游，下承鲁城河暗涵。隧洞上覆岩层厚度20～65m，隧洞埋深浅，Ⅴ类围岩5980m，占39%；Ⅳ类围岩3380m，占22%；Ⅲ类围岩6020m，占39%。隧洞断面型式为马蹄形，Ⅲ类围岩开挖断面6.6m×6.6m，Ⅳ类围岩（较好）开挖断面6.8m×6.8m，Ⅳ类围岩（较差）开挖断面7.0m×7.0m，Ⅴ类围岩开挖断面

7.5×7.5m，净断面5.8m×5.8m。隧洞出口鲁城河暗涵长200m。

隧洞除进、出口作为施工通道外，根据施工进度要求，另设5个施工支洞作为施工通道，施工支洞开挖断面采用城门洞形，净尺寸为4.5m×5.5m。 地质情况：

154＋300～155＋100段：长0.800km，属Ⅴ类围岩，为白垩—第三系（K-E）紫红色含砾粉砂岩，地下水活动轻微，可能会有裂隙性渗水现象。岩石单轴饱和抗压强度Rb＝20.0MPa，较稳定，属较软岩，岩石强度较低。

155＋100～157＋460段：长2.360km，属Ⅳ类围岩，不稳定。围岩为震旦—青白口系耀岭河群灰绿色、浅灰色钠长片岩、透闪阳起片岩和中元古界上岩组灰绿色、灰白色白云钠长石英片岩，呈强风化状。该段耀岭河群片岩单轴饱和抗压强度Rb＝39.7～45.0MPa（弱风化～微风化），中元古界上岩组（Pt2b）片岩单轴饱和抗压强度Rb＝31.8MPa（弱风化），岩石强度为中硬岩。

由于隧道较长，全隧道开挖共设计5条支洞，在桩号154＋900设置5#支洞，上游采用人工钻爆法开挖。下游地表覆盖层较浅25～35m，多次下穿村庄、池塘，采用机械开挖。 2.1 钻爆法开挖

钻爆法开挖采用人工钻孔、装药、爆破。由于受隧洞断面尺寸影响，只能同时6人进行钻孔作业，根据围岩情况及爆破设计参数，每循环进尺3m，钻孔共需要用时3h左右，洗孔、冲孔1h，装药、连线、爆破30min。每循环爆破方量138m3，出渣用时3h。 2.2 机械开挖

2.2.1 采用EBZ200H悬臂式掘进机开挖（设备参数见“表1”），掘进机额定电压为1140V，为满足设备供电需求，在洞外原10kV变压器处增设一台专用变压器，将10kV的电压转换为1140V，从变压器接线至洞口配电柜，从配电柜引出

的电线与掘进机相连，电线选用合适的电缆线，将电线沿洞壁固定布设，掘进机电线连接处安装一个自动转盘，在掘进机进退的同时，电线可相应的收放。 2.2.2 开挖作业。EBZ200H悬臂式掘进定位掘进最大高度只有4.8m，本隧洞的开挖高度7.4m，造成开挖时不能全断面一次开挖，必须分上下台阶2次完成。先用装载机运渣将隧洞底部垫高3m左右，开挖上半部分断面，出渣后再开挖下半断面。每循环掘进3.6m，开挖上半部分用时2h，垫渣回填用时2.5h，开挖下半断面用时2.5h，机械开挖总耗时7h左右，出渣用时3h。

通过每循环用时及进尺比较两种开挖方法的功效情况，从表2中可以看出采用EBZ200H悬臂式掘进机开挖该断面尺寸的隧洞在进度方面没有大的优势。 4.1 人工钻爆开挖

人工钻爆开挖按照一个出渣口两个作业面考虑，主要投入设备资金195.6万元，按照资金利息7%计算，每月资金利息约13.69万元。见表3。 4.2 掘进机开挖

掘进机开挖按照一个出渣口两个作业面考虑，主要投入设备资金648.96万元，按照资金利息7%计算，每月资金利息约45.4万元。见表4：

从投入上考虑，掘进机开挖一次投入比人工钻爆开挖费用648.96－195.6＝453.36万元。 5.1 人工钻爆开挖

人工钻爆开挖钻孔时，钻孔人员靠近掌子面，作业人员多，安全风险高，空气粉尘多，污染较大，环境较差。 5.2 机械掘进

作业人员数量较少，距离掌子面较远，有设备防护，安全系数相对较高，但是机械噪声大，凿岩作业粉尘大，施工环境较差。 6.1 人工钻爆开挖

人工钻爆开挖爆破时不容易控制孔距、深度、角度等钻孔参数，易出现超欠挖状况，Ⅳ级、Ⅴ级围岩开挖质量控制较差。 6.2 机械掘进

掘进机掘进时周边围岩控制相对较准确，周壁围岩平整度较好。 7.1 人工钻爆开挖

钻爆法有较成熟施工方法，风枪等设备比较便宜，钻杆、钻头等易耗件更换简单，受设备故障影响较小。但是人工风枪开挖技术保障较繁琐，尤其是钻孔时炮眼的间距、孔深、角度、装药系数等都需要实践并深入地交底。 7.2 机械掘进

掘进机掘进前只要在掌子面周边放线定出周边设计位置，同时交底清楚掘进的循环长度即可。但受操作水平及素质影响较大，机械故障后需要更换人工钻爆开挖，影响工效，同时构配件更换等技术保障难度相对较大。

（1）人工风枪钻爆施工是比较传统的施工工艺，长大隧道施工主要受通风、出渣影响较多；（2）掘进机械化作业，受设备稳定性和设备操作熟练程度影响较大，掘进机操作方面经验欠缺，操作手一般需要外聘和培养，设备维修保养需要与厂家联合进行，一旦掘进机出现故障或者操作不当，容易造成掘进窝工。 9.1 钻爆法开挖的缺点

（1）采用人工钻孔，洞内粉尘大，施工环境差，对工人健康影响大；（2）爆破需用炸药、雷管等火工品，现场施工安全隐患大；（3）爆破对围岩扰动较大，造成洞内掉块，甚至隧洞塌方事故；（4）对于浅埋段，地表有结构的地段，由于爆破震动容易造成地表结构的损坏；（5）爆破开挖容易造成隧洞断面超挖，导致喷射混凝土超方，增加施工成本。 9.2 机械开挖的缺点

（1）一次性投入大，购买一台EBZ200H悬臂式掘进机需要450多万，还需要配

备专用变压器一台；（2）由于隧洞断面小，造成其他设备交通不便，对后续施工有干扰；（3）受机械本身性能限制，地下施工，地质情况变化大，施工中遇到围岩变硬、强度大的情况，施工进度受影响。 9.3 机械开挖的优点

（1）对岩层扰动小，施工安全更有保障；（2）隧洞穿越居民区、厂房等建筑物时，采用机械开挖，避免造成结构物损坏，消除了阻工、赔偿等现象；（3）能很好地控制隧洞断面的超欠现象，有效地减少喷混凝土的超方，节约施工成本。 钻爆法开挖是目前隧洞施工采用的最为普遍的一种方法，本文通过对小断面隧洞采用钻爆法开挖和机械开挖的对比分析，对两种开挖方法的功效及在实际应用中的优、缺点进行比较，找出各自的不足，为以后针对小断面隧洞施工在开挖方法和和设备选择方面提供参考依据。

【相关文献】

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