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摘要：本文以福建某电厂取水隧洞的施工为依托，对小断面圆形隧洞开挖方式、爆破参数等方面进行优化设计，希望能为小直径圆形隧洞在一些引排水工程、输油管线工程中的应用提供借鉴意义，促进小直径隧洞的发展及应用。
关键词：小断面隧洞；开挖方式；爆破参数
1.引言
神华福建罗源湾电厂新建工程取水口工程设计建造一条小直径圆形隧洞，供新建电厂设备冷却用水使用，因其断面尺寸较小，且尺寸不一，断面形式多为圆形，无成熟的施工工艺，施工组织困难、现场管控难度较大。
2.工程概况
2.1项目概况
福建电厂新建工程取水口工程，其主要施工内容有：引潮沟（底宽45m，顶宽82m，长70m）、闸门井（44×14.8×19m，侧壁厚1.4m）、翼墙（主要为沉箱结构）、取水隧洞（成洞内径6.5m）以及闸门设备安装。其中隧洞长1125.4m，两端分别与泵房和闸门井进行连接，满足电厂供水需求。
2.2隧洞设计结构形式
本工程取水隧洞设计形式为圆形隧洞，成洞直径D=6.5m，由于地质围岩较好，参考水力隧洞施工相关规范，无初期支护设计，图纸二次支护设计衬砌厚度40cm，为钢筋混凝土结构、双排钢筋网片。
2.3隧洞水文地质情况
⑴水文情况
潮位特征值最高潮位：8.05m（基准面为当地理论最低潮面，下同）；最低潮位：-0.21m；平均高潮位：6.58m；平均低潮位：1.60m；平均海平面：4.06m。
⑵地质情况
地勘勘察报告显示，该施工区域岩石为中等风化凝灰熔岩：总体为块状构造，区域岩石较致密、且坚硬，为较硬岩，岩体较完整，质量等级基本为Ⅱ级。
3.工艺优化
3.1隧洞洞口开挖和基坑防渗技术优化
本工程隧洞开挖设计为干季施工条件，隧洞位于最低潮水位以下，且隧洞口离海岸边最近距离仅30m，确保海水不渗漏是本工程顺利进行的前提。根据地勘点提供数据，隧洞口及闸门井所在区域外侧为陡坡，坡底延伸至-11.0m，按设计先进行闸门井区域深基坑爆破开挖后，剩余岩体可能无法抵挡海水压力，基坑安全存在隐患，通过现场测量放线及补勘钻孔，经与设计、业主沟通，将闸门井位置朝路域方向迁移10m，确保闸门井基坑开挖完成后，基坑北侧邻水埝体有足够宽度承压。考虑后期闸门井建成后，埝体爆破拆除对已完闸门井的影响，技术小组最终通过优化后续挡埝拆除时的爆破参数，缩短挡埝与闸门井的安全距离，进一步增大抵水埝体的宽度，保证埝体强度要求。
3.2隧洞开挖施工工艺
本工程具有工期紧长、施工场地有限、不具备双向掘进施工条件等特点。掘进过程中的出渣及衬砌施工是本工程难点。为保证下部有平面供出渣车辆的通行，项目部决定对原全断面一次爆破的施工工艺进行优化，优化为上下两次爆破的开挖形式，根据车辆参数，确定两次开挖的分界线。上部开挖速度决定了工程整体进度的快慢，因此施工过程中全力保障上部的开挖。下部二次开挖部分先期用于渣石外运通道，满足车辆通行需求，同时由于下部面积较小，且开挖时具有足够的临空面，下部开挖时钻孔数量及炸药使用量减少，钻爆时间缩短，开挖完成后，现场就地整平，继续供车辆通行使用，不影响上部隧道的掘进开挖，保证隧道的连续掘进，节省开挖时间，减少施工成本投入。
本工程两次开挖分界线为5.6m（上拱顶向下）。施工时先进行上部大半圆的开挖掘进施工，下部暂不施工，留有一段施工步距（保证前后两次爆破不影响即可），下部平面供上部施工使用，保证上部施工的连续进行。隧洞开挖后每隔200m设置一处避车洞，供洞内施工车辆掉头使用，由于下部二次爆破施工量较小，下部施工可同步与上部施工过程中，因此上部施工进度控制是整个隧道施工工期管控的重点。下部开挖时，采用松动爆破即可，爆破完成的渣石原地整平，供上部开挖施工车辆通行所用。由于本隧洞为平坡隧洞，松散的石渣同时可作为隧洞排水的隧洞盲沟，沿隧洞纵向每隔120m设置一处集水井，布设污水泵将洞内积水进行外排。洞外设沉淀池，洞内排出的污水经沉淀池沉淀后，清水经高压水泵接入洞内，供钻机钻孔使用，实现污水循环再利用，减少施工用水量，降低污水的外排量，达到了绿色施工节水要求。同时下部开挖不需要栈桥进行辅助施工，省去了栈桥的材料投入、移动栈桥的设备投入，节省了设备挪动时间。
3.3爆破施工参数的优化
本项目施工区域围岩情况较好，为中风化Ⅱ级围岩。隧洞爆破设计采用全断面一次爆破的施工工艺，经现场优化，改为上下两次爆破的施工工艺，原爆破设计断面整体设五圈炮孔，共打设炮孔102个，从中间到外边分别为：第一圈、第二圈掏槽眼，第三圈、第四圈为辅助眼，第五圈为周边眼。施工中，钻孔施工不能连续，中间需要移动一层台车方能将所有炮孔全部打设完成，之后再进行炸药及雷管安装，最后进行隧洞的全断面爆破开挖。根据项目实际情况，对爆破设计方案进行了优化再设计，增加中部掏槽眼数量，辅助眼借助掏槽眼所产生的临空面使隧洞爆破面逐步加大，保证周边眼爆破时具有足够的临空面，保证周边眼的爆破质量，确保隧洞开挖轮廓线符合要求。爆破方案优化为：将掏槽眼增加到三圈，设一圈周边眼，一圈辅助眼。确保施工时掏槽眼岩石能全部抛出，使辅助眼和周边眼爆破时具有足够的临空面，保证隧道开挖质量。
4.综合效益分析
4.1安全方面
原爆破设计方案施工工序较多，钻孔施工不能连续，机械设备需多次进入洞内进行辅助施工，存在较大的事故风险，同时隧洞开挖所用时间较长，对作业人员身心健康存在影响。采取优化的隧洞开挖方案，采用上下台阶开挖方式，安全方面更易于管控。
4.2进度方面
由于其下部开挖量小，且可穿插于掌子面开挖，不影响施工整体进度，因此时间管控重点控制上部掌子面开挖即可，由于钻孔数量减少且不需要开挖台车的二次移动，钻孔时间、装药时间、出渣时间等各工序时间均得到缩短，上台阶开挖每3m进尺循环时间约8-9h，正常施工时可达到2天施工5个循环，工期要求得到极大的保证。
4.3质量方面
采用断面两次爆破，且上部斜眼掏槽面积增大，致使岩石能有效抛掷，为辅助眼及周边眼的爆破创造足够的临空面，有效促进炸药能力的充分利用，保证了上部隧洞开挖轮廓线的质量，同时在下部开挖时，由于其具有向上临空面，炸药单耗降低，下部轮廓线更易控制，隧道整体质量能最大得到保障。
4.4成本方面
断面两次爆破施工，其循环时间缩短，时间成本大大降低，人员在洞内施工时间缩短，工作强度降低，个人劳动效率得到提高，同时两次爆破炮孔数量得到减少，单次起爆药量减少，材料成本得到减少。两次開挖节省了全断面开挖所需机械进行辅助施工的相关费用。
5.结语
通过对神华电厂新建工程取水工程施工环境的优化、爆破施工工艺的优化、爆破施工参数的优化，工程在各方面得到了业主、监理等相关方的首肯，如期实现了隧洞的安全贯通。希望通过本工程的经验积累，能为今后类似水工隧道施工提供一些借鉴。
参考文献
[1] 天津大学出版社.水利水电工程爆破施工技术规范[S].天津：天津大学出版社，2002.
[2]周坤才.浅析小断面长隧洞开挖与支护施工[J].农业科技与信息，2018（11）：117-118.
作者简介：张超，2009年毕业于吉林建筑工程学院交通工程专业，学士学位，一级建造师。2009年进入中交一航局第四工程有限公司，从事施工生产及技术质量管理工作。先后参建了天津大道工程、贵都高速公路工程、天津港二公司卸粮仓项目、南港东路项目、神华福建罗源湾电厂项目、天津港沁芳苑一期项目等。涵盖市政工程、高速公路工程、港口工程、电厂工程、房建工程等，现从事项目生产管理工作。
（作者单位：中交一航局第四工程有限公司）
关键词：小断面隧洞；开挖方式；爆破参数
1.引言
神华福建罗源湾电厂新建工程取水口工程设计建造一条小直径圆形隧洞，供新建电厂设备冷却用水使用，因其断面尺寸较小，且尺寸不一，断面形式多为圆形，无成熟的施工工艺，施工组织困难、现场管控难度较大。
2.工程概况
2.1项目概况
福建电厂新建工程取水口工程，其主要施工内容有：引潮沟（底宽45m，顶宽82m，长70m）、闸门井（44×14.8×19m，侧壁厚1.4m）、翼墙（主要为沉箱结构）、取水隧洞（成洞内径6.5m）以及闸门设备安装。其中隧洞长1125.4m，两端分别与泵房和闸门井进行连接，满足电厂供水需求。
2.2隧洞设计结构形式
本工程取水隧洞设计形式为圆形隧洞，成洞直径D=6.5m，由于地质围岩较好，参考水力隧洞施工相关规范，无初期支护设计，图纸二次支护设计衬砌厚度40cm，为钢筋混凝土结构、双排钢筋网片。
2.3隧洞水文地质情况
⑴水文情况
潮位特征值最高潮位：8.05m（基准面为当地理论最低潮面，下同）；最低潮位：-0.21m；平均高潮位：6.58m；平均低潮位：1.60m；平均海平面：4.06m。
⑵地质情况
地勘勘察报告显示，该施工区域岩石为中等风化凝灰熔岩：总体为块状构造，区域岩石较致密、且坚硬，为较硬岩，岩体较完整，质量等级基本为Ⅱ级。
3.工艺优化
3.1隧洞洞口开挖和基坑防渗技术优化
本工程隧洞开挖设计为干季施工条件，隧洞位于最低潮水位以下，且隧洞口离海岸边最近距离仅30m，确保海水不渗漏是本工程顺利进行的前提。根据地勘点提供数据，隧洞口及闸门井所在区域外侧为陡坡，坡底延伸至-11.0m，按设计先进行闸门井区域深基坑爆破开挖后，剩余岩体可能无法抵挡海水压力，基坑安全存在隐患，通过现场测量放线及补勘钻孔，经与设计、业主沟通，将闸门井位置朝路域方向迁移10m，确保闸门井基坑开挖完成后，基坑北侧邻水埝体有足够宽度承压。考虑后期闸门井建成后，埝体爆破拆除对已完闸门井的影响，技术小组最终通过优化后续挡埝拆除时的爆破参数，缩短挡埝与闸门井的安全距离，进一步增大抵水埝体的宽度，保证埝体强度要求。
3.2隧洞开挖施工工艺
本工程具有工期紧长、施工场地有限、不具备双向掘进施工条件等特点。掘进过程中的出渣及衬砌施工是本工程难点。为保证下部有平面供出渣车辆的通行，项目部决定对原全断面一次爆破的施工工艺进行优化，优化为上下两次爆破的开挖形式，根据车辆参数，确定两次开挖的分界线。上部开挖速度决定了工程整体进度的快慢，因此施工过程中全力保障上部的开挖。下部二次开挖部分先期用于渣石外运通道，满足车辆通行需求，同时由于下部面积较小，且开挖时具有足够的临空面，下部开挖时钻孔数量及炸药使用量减少，钻爆时间缩短，开挖完成后，现场就地整平，继续供车辆通行使用，不影响上部隧道的掘进开挖，保证隧道的连续掘进，节省开挖时间，减少施工成本投入。
本工程两次开挖分界线为5.6m（上拱顶向下）。施工时先进行上部大半圆的开挖掘进施工，下部暂不施工，留有一段施工步距（保证前后两次爆破不影响即可），下部平面供上部施工使用，保证上部施工的连续进行。隧洞开挖后每隔200m设置一处避车洞，供洞内施工车辆掉头使用，由于下部二次爆破施工量较小，下部施工可同步与上部施工过程中，因此上部施工进度控制是整个隧道施工工期管控的重点。下部开挖时，采用松动爆破即可，爆破完成的渣石原地整平，供上部开挖施工车辆通行所用。由于本隧洞为平坡隧洞，松散的石渣同时可作为隧洞排水的隧洞盲沟，沿隧洞纵向每隔120m设置一处集水井，布设污水泵将洞内积水进行外排。洞外设沉淀池，洞内排出的污水经沉淀池沉淀后，清水经高压水泵接入洞内，供钻机钻孔使用，实现污水循环再利用，减少施工用水量，降低污水的外排量，达到了绿色施工节水要求。同时下部开挖不需要栈桥进行辅助施工，省去了栈桥的材料投入、移动栈桥的设备投入，节省了设备挪动时间。
3.3爆破施工参数的优化
本项目施工区域围岩情况较好，为中风化Ⅱ级围岩。隧洞爆破设计采用全断面一次爆破的施工工艺，经现场优化，改为上下两次爆破的施工工艺，原爆破设计断面整体设五圈炮孔，共打设炮孔102个，从中间到外边分别为：第一圈、第二圈掏槽眼，第三圈、第四圈为辅助眼，第五圈为周边眼。施工中，钻孔施工不能连续，中间需要移动一层台车方能将所有炮孔全部打设完成，之后再进行炸药及雷管安装，最后进行隧洞的全断面爆破开挖。根据项目实际情况，对爆破设计方案进行了优化再设计，增加中部掏槽眼数量，辅助眼借助掏槽眼所产生的临空面使隧洞爆破面逐步加大，保证周边眼爆破时具有足够的临空面，保证周边眼的爆破质量，确保隧洞开挖轮廓线符合要求。爆破方案优化为：将掏槽眼增加到三圈，设一圈周边眼，一圈辅助眼。确保施工时掏槽眼岩石能全部抛出，使辅助眼和周边眼爆破时具有足够的临空面，保证隧道开挖质量。
4.综合效益分析
4.1安全方面
原爆破设计方案施工工序较多，钻孔施工不能连续，机械设备需多次进入洞内进行辅助施工，存在较大的事故风险，同时隧洞开挖所用时间较长，对作业人员身心健康存在影响。采取优化的隧洞开挖方案，采用上下台阶开挖方式，安全方面更易于管控。
4.2进度方面
由于其下部开挖量小，且可穿插于掌子面开挖，不影响施工整体进度，因此时间管控重点控制上部掌子面开挖即可，由于钻孔数量减少且不需要开挖台车的二次移动，钻孔时间、装药时间、出渣时间等各工序时间均得到缩短，上台阶开挖每3m进尺循环时间约8-9h，正常施工时可达到2天施工5个循环，工期要求得到极大的保证。
4.3质量方面
采用断面两次爆破，且上部斜眼掏槽面积增大，致使岩石能有效抛掷，为辅助眼及周边眼的爆破创造足够的临空面，有效促进炸药能力的充分利用，保证了上部隧洞开挖轮廓线的质量，同时在下部开挖时，由于其具有向上临空面，炸药单耗降低，下部轮廓线更易控制，隧道整体质量能最大得到保障。
4.4成本方面
断面两次爆破施工，其循环时间缩短，时间成本大大降低，人员在洞内施工时间缩短，工作强度降低，个人劳动效率得到提高，同时两次爆破炮孔数量得到减少，单次起爆药量减少，材料成本得到减少。两次開挖节省了全断面开挖所需机械进行辅助施工的相关费用。
5.结语
通过对神华电厂新建工程取水工程施工环境的优化、爆破施工工艺的优化、爆破施工参数的优化，工程在各方面得到了业主、监理等相关方的首肯，如期实现了隧洞的安全贯通。希望通过本工程的经验积累，能为今后类似水工隧道施工提供一些借鉴。
参考文献
[1] 天津大学出版社.水利水电工程爆破施工技术规范[S].天津：天津大学出版社，2002.
[2]周坤才.浅析小断面长隧洞开挖与支护施工[J].农业科技与信息，2018（11）：117-118.
作者简介：张超，2009年毕业于吉林建筑工程学院交通工程专业，学士学位，一级建造师。2009年进入中交一航局第四工程有限公司，从事施工生产及技术质量管理工作。先后参建了天津大道工程、贵都高速公路工程、天津港二公司卸粮仓项目、南港东路项目、神华福建罗源湾电厂项目、天津港沁芳苑一期项目等。涵盖市政工程、高速公路工程、港口工程、电厂工程、房建工程等，现从事项目生产管理工作。
（作者单位：中交一航局第四工程有限公司）