浅谈水磨钻非爆破施工技术在小断面水工隧洞施工中的应用

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  摘要:在隧洞施工中,由于地理位置、地层条件等多方面因素的限制,往往会造成爆破开挖不能使用及常规机械开挖施工困难的情况。本文结合工程实际,将水磨钻非爆破开挖施工工艺应用到小断面水工隧洞施工中。结果表明:在特定的地质、地貌和水文地质情况下,在受周边环境影响较大的小断面隧道开挖施工中,使用合理的取芯设备,采取安全可靠的保证措施,水磨钻非爆破开挖不仅能够降低工程成本,提高经济效益,而且能够缩短工程期限,提高工程质量。
  关键词:水磨钻;非爆破开挖;小断面隧洞
  中图分类号:U455.43  文献标识码:A
  一、前言
  随着“一带一路”建设、长江经济带、西部大开发等战略的深入实施,未来西部地区经济社会将快速发展,但受到径流年内分配不均及西部地区地形限制,水资源供需矛盾日益突出。为此,国家发改委、水利部、住建部联合印发的水利改革发展“十四五”规划明确提出建设国家水网,加快完善水利基础设施体系,解决水资源时空分布不均问题,提升国家水安全保障能力。在水资源配置工程规划建设中,往往需要利用输水隧洞进行跨流域跨区域水源调配,且难以避开城市周边的建(构)筑物,在浅埋隧道掘进施工时,往往需要采用非爆破开挖进行施工。在渝西水资源配置工程红岩隧洞出口隧洞开挖地层中,砂岩分布较广,由于该隧洞断面小,采用凿岩机开挖进度较慢,引入“水磨钻”非爆破施工技术,克服砂岩开挖的困难,达到快速施工目的。
  二、工程概况
   渝西水资源配置工程红岩隧洞出口段断面尺寸为3.5m*5m,由于工程施工受周边建筑物影响,该段爆破施工无法开展,且涉及到小断面隧洞开挖,大型开挖机械不具备施工条件,故采用“水磨钻”非爆破施工技术。
  三、水磨钻施工技术要点及施工工艺流程
  3.1施工技术要点
  正确采用水磨钻机在隧道周边钻孔取芯,在隧道周边形成连续槽道临空面后,用凿岩机在隧道中部钻孔,结合劈裂机劈裂隧道内部的岩块,是保证隧道开挖顺利进行的关键。
  3.2施工工艺流程
  施工工艺流程:施工准备→开挖轮廓线测量放线、布孔→水磨钻机钻孔,取周边岩芯→水磨钻机钻劈裂孔→液压劈裂机分裂岩体→凿除劈裂岩体→检查验收。
  施工准备:按照“安全第一、预防为主、综合治理”的原则,先对施工段隧洞进行超前地质测报、水文地质调查,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。
  开挖轮廓线测量放线、布孔:
  1)由测量人员根据隧道洞内控制导线,精确测设出开挖轮廓线。
  2)水磨钻钻孔孔位沿轮廓线连续布置。由于水磨钻行程仅有70cm,需多次钻孔才能达到设计循环进尺,开孔处采用相切圆,形成连续的临空面,沿轮廓线连续布置。
  水磨钻机钻孔,取周边岩芯:
  1)开机检查水磨钻运转是否正常,然后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。
  2)每循环取芯孔数在65~70个。根据取芯钻筒长度每次钻取深度70cm左右,钻机需1~2人操作,取芯时一个孔钻进时间约为5~10分钟。
  3)水磨钻取芯到位时,人工缓慢拉出水磨钻,轻轻敲击芯体,使其与母岩断开,然后人工将其取出,水磨钻机移至下一个孔位处钻孔。
  水磨钻机钻劈裂孔:
  在开挖区域轮廓线取芯的中间部分先用钻机钻孔,相邻孔间距50cm,钻孔数20~24个(一个开挖循环约2米,每劈裂循环约0.7米)。
  液压劈裂机分裂岩体:
  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分裂开挖岩体,劈裂自上而下分裂岩块,劈裂完成后利用凿岩机进行凿除。
  2)劈裂采用一台劈裂机,2个操作人员,根据围岩裂隙发育情况,劈裂每循环约1小时。
  检查验收: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,檢查后续开挖是否超过设计要求。
  四、施工注意事项
  1)本工法开挖作业面小,开挖时采用人工先将掌子面的危石清除,施工员将对其认真仔细检查,确保 安全以后才让工人靠近工作面。
  2)开挖必须遵循“管超前、严注浆、少扰动、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则,减少对围岩的扰动,减少对周围建筑物的影响。
  3)加强施工量测。施工时对周边建筑物进行沉降及变形观测,随时掌握开挖对建筑物的影响程度,并及时反馈信息,以便及时调整开挖支护参数指导施工。
  五、水磨钻施工优缺点分析
  5.1优点分析
  1)本工法所需设备成本低,轻便易维护,易于操作,设备和人员方面的投入较小,施工成本相对较低。2)水磨钻及液压劈裂机工作时,产生震动微小、冲击力小、噪音低、粉尘飞屑少,不会产生有毒气体和其它有害废弃物,对周围环境影响小,对施工作业环境有明显改善。3)不受火工品供应限制,能够组织不间断循环作业,综合效益高。4)施工工艺简单,组织人员进行简单培训即可上岗,易于学习掌握,便于推广。
  5.2缺点分析
  1)相比于钻爆法施工,每日进尺进度较慢(每日进尺约2m),不适用于对工期要求较高的关键线路施工。
  2)工序循环次数较多,每劈裂循环进尺约0.7米,每日需完成3次循环(每循环约6~7小时),才能达到正常施工强度,对人员机械设备的配合要求较高。
  结束语
  综上所述,在特定的地质、地貌和水文地质情况下,在受周边环境影响较大钻爆法无法使用的小断面隧道开挖施工中,使用合理的取芯设备,采取安全可靠的保证措施,“水磨钻”非爆破开挖可以降低工程成本,提高经济效益,而且能够缩短工程期限,提高工程质量。对“水磨钻”非爆破开挖法进行认真、全面的技术经济比较后,有选择地采用此工法,效果更明显。
  参考文献
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