摘要：采用非爆破石方洞挖技术，解决无法进行钻爆法施工作业区域的施工难题。
关键词：水磨钻；取芯；预裂；非爆破石方开挖；索道运输；锚喷支护
前言
目前，隧道与地下工程的主要施工方法有：明挖法、半明挖法、盾构法以及钻爆法，对于岩质地区则以钻爆法即掘进爆破技术为主要施工方法，由于爆破自身高效、快速的特点，使得它在隧洞开挖中的作用不可替代。随着我国经济的快速发展，工程建设将更多的向人口密集、环境要求较高的地区发展，由于爆破开挖施工对周围环境和建（构）筑物造成的负面影响越来越受到重视，致使采用非爆破石方开挖方式往往成为一种不得不选用的施工手段。而且非爆破开挖技术以其干扰小、占地小、无泥浆排出、可大面积开展施工、安全可行等优势越来越得到施工单位的认可，渐成为禁止钻爆施工有关地区进行隧道和其它地下工程石方开挖的主要方法之一。
1.工程简介
重庆市江津区卧龙沟水库是一座是以灌溉为主，兼有防洪、发电、旅游、水土保持等功能的综合利用中型水利工程。水库运行中，一直存在坝体、坝基、坝肩严重渗漏等多种病险情况。为解决大坝绕坝渗漏问题，需在大坝左坝肩沿坝顶修建左岸灌浆平洞，通过在洞内进行帷幕灌浆处理，彻底解决大坝左坝肩的绕坝渗漏问题。
坝顶至外界仅有一条人工通行便道联接，不具备机械化作业施工条件。且该项目处于国家5A级风景区内，并属于三类危坝，为克服爆破时对原有建筑物产生的扰动技术难题和当地旅游业的影响，确保江津区卧龙沟水库除险加固应急抢险工程的顺利进行，有必要采用非爆破开挖技术应用至石方洞挖工程中以期取得较好施工效果。
2.主要施工方法
2.1.洞脸支护施工
隧洞开挖前对洞口边坡危石进行清理，用反铲、风镐将洞口7m宽，6m高范围的岩石开挖成垂直面。根据设计图纸和现场岩石的情况，洞口周围施工1排锁口锚杆，锁口锚杆深度4.5m。洞脸部位 7m×6m范围（除开挖洞口部位）内喷射挂网混凝土，喷锚厚度为10cm，局部薄弱部位根据地质情况施工随机锚杆。
图1 洞脸支护图
混凝土喷锚采用PZ-5喷锚机进行喷护，配合比根据试验确定，喷射混凝土强度C20。
2.2.隧洞开挖
灌浆平洞在完成洞口周围一排锁口锚杆支护后，开始隧洞的开挖，隧洞开挖拟采用水磨定向钻施工工艺进行，平洞分上下半洞呈台阶状开挖。即首先利用水磨钻沿平洞上半洞设计轮廓线进行水平钻孔取芯开槽，钻孔直径150mm，钻进深度60cm，钻孔紧密相连，使掌子面岩石和四周围岩分离；掌子面内岩石分区域施钻预裂孔，预裂钻孔采用仍采用水磨钻进行，钻孔深度150mm，钻孔自上而下分层分列布置，把掌子面上岩石根据岩石硬度分成大小均匀块体，具体块体大小可根据出渣运输条件和设备确定。预裂孔同层水平间距100～150cm，同列垂直钻孔间距100cm左右，待预裂钻孔结束后，利用液压预裂设备插入预裂孔内，通过施加外力，由液压预裂设备通过膨胀预裂孔撑开岩石，达到分层分块开挖平洞目的（具体分离孔及预裂孔见图2）。
上半洞开挖进尺达到15m以后，开始进行下半洞开挖，由水磨钻洞平洞设计轮廓进行竖向钻孔取芯开槽，分层深度一般为60cm，使用洞内岩石和四周围岩分离，进而设置竖向预裂孔，竖向在预裂孔排距为100～150cm，由液压涨裂设备分段预裂松动，形成大小均匀的弃渣石方块体。待本层开挖至一定深度后，进行下半洞的下一层水磨钻竖向开挖（下半洞分离孔和预裂孔布置见图3）。通过逐层逐段分台阶式在不同进尺下的同时开挖，推动整个平洞进行流水作业施工，达到非爆破进行平洞整体开挖目的。
图2 分离孔及预裂孔位布置图
图3 下半洞竖向钻孔布置图
分段开挖的石渣由洞外卷扬机牵引斗车运至洞外，在洞外坝顶至坝后弃渣场地设置两条施工索道，利用弃渣石料自重，在卷扬机控制下缓慢下放至坝后弃渣场。
2.3.隧洞支护
隧洞支护锚杆采用YT28型手风钻进行钻孔，边墙锚杆和顶拱锚杆采用锚固卷进行锚杆安装。排水孔采用YT28型手风钻进行钻孔。
洞口前10m段根据现场情况安装钢支撑，钢支撑在加工厂加工，段与段之间设置连接钢板，现场安装时用螺栓连接。钢支撑间距初设为1m，钢支撑间采用钢筋连接，并用喷射混凝土与四周围岩形成整体，混凝土喷射厚度与钢支撑厚度相当。其它部位采用素喷混凝土进行支护，支护厚度以覆盖水磨钻开挖形成的锯齿轮廓为准。局部破碎区域布设钢筋网加强支护，混凝土喷锚采用干喷机进行喷护，喷锚料现场进行拌制，合理确定当班使用混合料，保证当班拌制当班用完。
3.隧洞开挖支护施工工艺
3.1.隧洞开挖施工
隧洞开挖的施工工艺流程：测量→钻水平分离孔→钻水平预裂孔→上半洞破除第I层→上半洞破除第II层→出渣→开挖下一循环→……→进尺15m→钻竖向分离孔→钻竖向预裂孔→下半洞分段破除第III层→出渣→……进尺15m→下半洞分段破除第IV层→出渣→临时支护。
⑴测量
隧洞开挖钻孔前，由测量人员对隧洞的轴线、方向、轮廓线等进行测量放线，并将测量数据提供给现场技术人员，以便进行钻孔的控制。
⑵分离孔施工
采用水磨钻进行分离孔施工，钻孔孔径150mm，单孔深60cm，分离孔紧密布置，保证钻孔有效连接成槽，有效分离周转岩层。上半洞分离孔钻孔方向沿洞轴线方向保持5°夹角，沿径向向外扩散，下半洞分离孔沿轮廓线与竖直方向保持5°夹角向洞外倾斜，确保循环进尺过程中，开挖洞体尺寸符合设计要求。
⑶钻预裂孔
预裂孔同样采用水磨钻进行取芯开槽分离周围岩石，下半洞底部轮廓预裂孔可采用YT-28手风钻进行钻孔施工，钻孔孔径32mm，单孔深度60cm，预裂孔间距根据岩石条件和预裂效果进行调整。
⑷分层预裂破除
预裂孔施工结束后，利用液压预裂设备按照自上而下、自左向右的顺序，分层逐孔岩石预裂。局部欠挖部位，可用手风钻预裂孔，插入特制钢楔，按顺序用重锤击打预裂孔内的钢楔，致使岩石按照分层预裂线被楔形破胀开。已被分层胀开的较大岩块可根据运输需要，再次再进行解小，降低块体单个重量，利于出渣。
⑸临时支护
对开挖岩石面进行检查，并根据揭露岩石的类别，裂隙发育情况等确定是否进行随机支护，若需要随机支护，待支护完成后再进行下一步骤的施工。
3.2.索道弃渣
平洞口处安装2台5t卷扬机，分别用于石渣水平运输和垂直运输，洞内的石渣由安设在轨道上的斗车，在卷扬机的索引下，把石渣拖到洞外。洞外石渣在另一台卷扬机的控制下，从坝顶转运至坝后弃渣场。
图4 垂直运输索道安装图
从坝顶至坝后弃渣场布设2条φ15.5纲丝绳施工索道，单根索道长度200m。施工索道上安装运输滑轮组，两条索道上的滑轮组依靠规格为φ12的控制缆绳与卷扬机缠绕，利用卷扬机控制石渣下降速度。石渣动送时，一条索道上的滑轮轮吊运着石渣在卷扬机控制下缓慢下降至弃渣场，同时另一条索道上的滑轮组在卷扬机的控制下缓慢上升至坝顶，两条运输索道交替向坝后运送石渣，提高运输效率。
3.3.锚杆施工
1）钻孔
（1）钻孔孔径为φ42mm，孔深为2m，对于设计孔深大于5m的钻孔，可用YG80型凿岩机或100B型潜孔钻机造孔。根据设计要求和围岩情况确定孔位，并做出标记。
（2）在破碎岩层中钻进，应放慢钻进速度，慢慢钻进至设计深度。
（3）用不同长度规格钻杆替换使用，保证钻杆规格满足钻孔设计深度要求。
（4）钻到设计深度后，用水或高压风洗孔，保证孔内清洁干净。
2）锚杆安装和检验
安装锚杆前，应做好检查工作，锚杆原材料型号、规格、品种、锚杆各部件质量及技术性能应符合设计要求。为防止塌孔，应在锚杆孔钻完后及时安装锚杆杆体。
（1）水平锚杆孔安装锚杆钢筋采用φ22mm热轧螺纹钢筋，钢筋末端距设计孔10cm，钢筋位于钻孔中心位置。
（2）锚杆安装
a）锚固卷规格为φ28mm，装入锚杆孔内的水泥卷数量应保证插入锚杆后孔内没有空隙。
b）锚固卷浸水前上端扎3～5个小孔（孔径1mm）。浸水直到小孔不冒泡，马上取出安装使用。浸水时间约为1～1.5min，浸水过少，水泥水化不完全，影响锚固力。浸水过多、水泥浆易流动，充实不足影响锚固力。
c）将打好的眼孔用高压风吹净，将浸好水的锚固卷装入眼内，用炮棍送至眼底，将锚杆插入，其位置应尽量居中，端部外露长度为10cm。
3.4.喷混凝土施工
1）工艺流程
2）脚手架搭设
边坡危石清除后，采取自下而上的方法搭设脚手架。脚手架型式为双排钢管脚手架，其中立杆纵向间距2.0m，层高1.5m。根据施工需要，在施工层满铺并绑扎脚手板。脚手架较高应设立剪刀撑和连接点。隧洞喷锚不需要搭设脚手架，采用自制台车进行。
3）喷射面清理
疏松或粉碎的岩石、岩屑、土壤或其它疏松材料和任何油膜或不合适的材料应从岩石表面清理掉。疏松材料清除后，用高压风枪或采用其它可接受的方式将表面清洗干净。
埋设混凝土喷射厚度标志，喷厚标志设置时，其外端头低于喷射混凝土表面3～5mm，待混凝土喷射完毕，其喷面可保证较为平整。对受喷面滴水部位，采用埋设导管、盲管进行排水处理。
4）钢筋网制安
现场编制安装钢筯网，钢筋网格间距为20cm×20cm，安装钢筋直径8mm。若开挖面较平整，可先将钢筋在场外编焊成20cm×20cm的网片，再沿受喷面铺设。其间距及保护层应符合设计图纸要求。网片间采用扎丝牢固绑扎。钢筋网应使用岩面锚筋牢牢地固定，并用定位块进行支撑。
5）混合料的制备与运输
混和料由拌和站进行拌制。拌制喷射砼的混合料时，各种材料按施工配合比要求分别称量。混合料应达到搅拌均匀，颜色一致的要求。混合料在运输、存放过程中严防雨淋及大块石等杂物混入，装入喷射机前要过筛，并且应随拌随用，保持物料新鲜。速凝剂利用喷射机投放。
6）喷射混凝土
（1）检查喷射机械及施工用风管路等设施，工作风压为0.2-0.3Mpa，耗风量为7m3/min。试运行正常，拌和、运输、喷射系统准备就绪后，才能进行喷射作业。
（2）按先通风后送电，然后再投料的顺序进行作业。喂送混合料保持连续、均匀，施喷中使用助风管，协助管道畅通。
（3）采用PZ-5型喷锚机喷射砼。作业顺序采用自下而上分段分区方式进行，区段间的接合部和结构的接缝处妥善处理，不得存在漏喷部位。
（4）喷射厚度为10cm时，可以一次喷至设计厚度。喷嘴与施工面之间的距离应保持在900mm至1500mm之间，且垂直于受喷工作面。从喷嘴射出的混凝土流应稳定连续。对于铺设钢格栅部位的喷射混凝土，其设计厚度为150mm，分两次喷射至设计厚度。第二层喷射在第一层喷射混凝土终凝后进行。
喷射作业自下而上喷射，螺旋移动喷抢，喷混凝土层的厚度应以喷砼材料不坍落或下陷为准。
（5）喷射作业时，连续供料，并保证工作风压稳定。完成或因故中断作业时，将喷射机及料管内的积料清理干净。
（6）喷射过程中如发现混凝土表面干裂松散、下坠滑移或拉裂，应及时清除，重新喷射。喷射作业中回弹料不再使用于工程中。
（7）喷射混凝土的回弹率：边坡和顶拱应不大于15%。
7） 喷护混凝土养护
在混凝土终凝2h后，应进行喷水养护。
4.结束语
利用水磨钻进行平洞石方开挖，既排除了爆破振动的安全隐患，也解决了施工噪声和环境污染等安全文明施工问题。而在江津区卧龙沟水库病害整治工程灌浆平洞开挖中的有效使用，在满足工程施工需要的同时，也避免了对该风景区的不良社会影响，整体经济效益显著。
参考文献：
[1]范洪海 王卓歆 张辰俊杰 李朝龙 水磨钻在砂岩桩基中的应用 四川建筑 2014年第04期
[2]蒋卫民 人工挖孔桩水磨钻施工技术 建造技术开发 2014年第12期
[3]韩廷洪 水磨钻在岩石地质下的成孔工艺 公路 2014年第07期
论文作者:陈咏梅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：裂孔论文; 钻孔论文; 隧洞论文; 混凝土论文; 水磨论文; 岩石论文; 锚杆论文; 《基层建设》2017年第34期论文;