李密林

（中國(guó)電力投資集團(tuán)公司云南國(guó)際電力投資有限公司 云南 昆明 650228）

0 引言

盡管國(guó)內(nèi)在大型地下洞室的開挖方面積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，而且也作了一定的理論和試驗(yàn)研究，但是對(duì)于大型地下洞室施工程序的選擇和開挖方法的確定仍處于一種經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)。在使用了現(xiàn)代化施工機(jī)械的情況下，對(duì)于大型地下洞室的開挖缺乏比較全面的研究。

1 斷面尺寸及體形特征

在圍巖穩(wěn)定性較好的情況下，洞室斷面形式及大小對(duì)洞室開挖方法的影響是顯著的，當(dāng)施工機(jī)械和技術(shù)裝備一定時(shí)，對(duì)于斷面尺寸比較小的隧洞，可以采用全斷面掘進(jìn)，但對(duì)于跨度和高度比較大的洞室，則有可能只能采用分部開挖法。 《水利水電地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》中根據(jù)隧洞及洞室斷面大小將其分為四類：

（1）小斷面：面積小于20m2或跨度小于4.5m；

（2）中斷面：面積為20-50m2或跨度為4.5-7.5m；

（3）大斷面：面積為50-120m2或跨度為7.5-12m；

（4）特大斷面：面積大于120m2或跨度大于12m。

實(shí)際施工中，因根據(jù)洞室的形狀特征及斷面尺寸采用合適的開挖方法。

在使用現(xiàn)代化的施工設(shè)備以后，大斷面隧洞開挖較多的使用了全斷面方法，全斷面開挖的最大斷面達(dá)到了12×7.5m2，而對(duì)特大斷面洞室， 臺(tái)階法成為優(yōu)先考慮的方案， 臺(tái)階法開挖的最大斷面為21.2×25.4m2。 針對(duì)圍巖地質(zhì)條件比較好的隧洞，由表中對(duì)比可以得出如下結(jié)論：

（1）相對(duì)于同等大小的城門洞形隧洞，圓形隧洞基本上都沒有采取全斷面開挖，較多的使用了臺(tái)階分層開挖，而且在上半部分采用了導(dǎo)洞超前的方法，這樣不僅有利于上部后續(xù)的支護(hù)作業(yè)，而且使隧洞一次開挖后的底面是平面，較好的解決了隧洞必須作為施工通道的問(wèn)題；

（2）在使用三臂鑿巖臺(tái)車的情況下，對(duì)城門洞形隧洞，高度和跨度成為考慮施工方法的一個(gè)重要依據(jù)：高度和跨度均小于10m 的隧洞，優(yōu)先考慮使用全斷面法；高度和跨度相當(dāng)，且均在10-15m 之間的隧洞，可以采用中下導(dǎo)洞超前全斷面開挖法；高跨比大于1，且高度在10-15m 之間的隧洞，使用臺(tái)階法比較適合；高度大于15m 的特大斷面隧洞，則必須使用臺(tái)階法開挖，且上層開挖要考慮導(dǎo)洞超前；另外，高跨比比較小，即矮寬型的隧洞，可以使用中導(dǎo)洞超前、兩側(cè)擴(kuò)挖的方法（側(cè)臺(tái)階法），這點(diǎn)對(duì)于臺(tái)階法分層后的上層仍然適用。 使用臺(tái)階法開挖的洞室下層基本上都采用豎直孔梯段爆破， 不僅加快了開挖速度，而且使爆破效率提高，降低了工程成本。

對(duì)于屬于超大斷面的地下廠房，一般采用臺(tái)階法分層開挖，施工中首先確定合理的分層方案，然后大體上遵循自上而下的順序逐級(jí)開挖。廠房上部頂拱的開挖利用鑿巖臺(tái)車鉆孔，周邊光面爆破，因?yàn)閺S房跨度大，所以施工中采用導(dǎo)洞（中導(dǎo)洞或者兩側(cè)導(dǎo)洞）超前的方式；廠房中部開挖則利用液壓鉆或潛孔鉆鉆大孔徑豎直孔， 梯段爆破開挖，這樣可以大大提高爆破效率，同時(shí)為了減輕爆破震動(dòng)對(duì)巖錨梁及邊墻的影響，一般會(huì)采取邊墻預(yù)裂或者預(yù)留保護(hù)層等措施；廠房下部則主要利用引水隧洞和尾水洞作為施工通道， 開挖仍以臺(tái)階爆破為主，但由于廠房下部機(jī)坑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以可能會(huì)采用不同的鉆爆方式。

另外，洞室的長(zhǎng)度也是洞室開挖時(shí)必須考慮的一個(gè)因素，當(dāng)洞室較短時(shí)，使用綜合開挖方法（水平孔加豎直孔）是不經(jīng)濟(jì)的。在小灣、三板溪地下廠房的母線洞開挖中，雖然采用了臺(tái)階法開挖，但是臺(tái)階下部仍然使用鑿巖臺(tái)車鉆孔，節(jié)省了機(jī)械轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間，使整個(gè)開挖過(guò)程變得簡(jiǎn)單。

2 圍巖穩(wěn)定因素

想達(dá)到快速掘進(jìn)的目的， 洞室開挖中首先必須保證圍巖的穩(wěn)定，如果施工中由于開挖體整體或局部失穩(wěn)，發(fā)生塌方、掉頂?shù)仁鹿?，不僅威脅到工程和人員設(shè)備的安全，而且會(huì)增加工程成本，耽誤工期，影響整個(gè)工程的進(jìn)度。 大型地下洞室斷面尺寸大，而且相互之間空間關(guān)系復(fù)雜，在施工中必須充分考慮到影響圍巖穩(wěn)定的各方面因素。 在施工機(jī)械設(shè)備和技術(shù)水平一定的條件下，保證洞室圍巖穩(wěn)定成為選定合理的施工方法和施工程序的一個(gè)重要依據(jù)。

3 施工機(jī)械

3.1 施工機(jī)械對(duì)總體施工方案的影響

地下洞室開挖過(guò)程中所使用的施工機(jī)械對(duì)總體方案的影響巨大，有時(shí)甚至是決定性的。 現(xiàn)代化施工機(jī)械，特別是大型鑿巖鉆孔機(jī)械的使用，大大提高了地下工程的開挖速度，并且使原先存在的交通和通風(fēng)難題相對(duì)變得簡(jiǎn)單。

3.2 施工機(jī)械性能對(duì)開挖程序的影響

現(xiàn)代化施工機(jī)械的使用可以加快施工進(jìn)度，簡(jiǎn)化施工程序，但是各種施工機(jī)械性能上的差異也會(huì)對(duì)施工程序造成一定的影響，特別是在大型地下洞室分層開挖的過(guò)程中，必須兼顧鉆孔機(jī)械的外形尺寸和作業(yè)范圍，以期選定合理的開挖斷面，充分發(fā)揮現(xiàn)有施工機(jī)械的作用。

4 爆破震動(dòng)因素

在地下工程鉆爆法開挖的過(guò)程中， 爆破引起的震動(dòng)可能會(huì)對(duì)圍巖及相鄰洞室產(chǎn)生影響，并且在一些特殊的部位，出于保護(hù)某些重要部位或設(shè)施的需要，爆破震動(dòng)可能會(huì)成為阻礙快速掘進(jìn)的主要因素。

工程中普遍以質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度作為爆破震動(dòng)控制的依據(jù)，《爆破安全規(guī)程》中對(duì)各類隧洞的安全震動(dòng)速度規(guī)定如下：（1）水工隧洞10cm/s；（2）交通隧洞15.0cm/s；（3）礦山巷道：圍巖不穩(wěn)定有良好支護(hù)10.0cm/s；圍巖中等有良好支護(hù)20.0cm/s；圍巖穩(wěn)定無(wú)支護(hù)30.0cm/s。

關(guān)于質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度與裝藥量及爆心距的關(guān)系，目前在國(guó)內(nèi)比較通用的是前蘇聯(lián)的M.A 薩道夫斯基公式V=K（Q13R ）α，式中V 為質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度，cm/s；Q 為單響藥量（齊發(fā)爆破時(shí)為總裝藥量，時(shí)為最大一段裝藥量），kg；R 為質(zhì)點(diǎn)到爆源中心的距離，又稱爆心距，m；K、α 為與爆破方法、地質(zhì)、地形條件有關(guān)的待定系數(shù)，又稱K 為場(chǎng)地系數(shù)，Q 為衰減指數(shù)。

5 其他因素

地下洞室開挖還受到施工輔助工程、施工進(jìn)度等其他一些因素的影響。 例如，在一些長(zhǎng)大隧洞的施工中，一般會(huì)采用導(dǎo)洞領(lǐng)先，兩側(cè)擴(kuò)挖跟進(jìn)的開挖方法，但是當(dāng)獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)度較大時(shí)，隧洞中通風(fēng)狀況將會(huì)變得糟糕，而且由于大斷面隨洞開挖工程量大，鉆孔、爆破、運(yùn)輸?shù)仍斐伤矶磧?nèi)的空氣污染程度較高， 在這種情況下可以加快開挖導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞貫通后再擴(kuò)挖，這樣可以實(shí)現(xiàn)縱向式通風(fēng)，改善隧洞通風(fēng)條件。另外，地下洞室開挖還受到施工通道的制約，這方面的影響既包含本身可利用的施工通道條件，也包括為相鄰洞室施工提供通道的考慮。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)大型洞室施工方法，特別是在目前地下洞室開挖廣泛使用了現(xiàn)代化施工機(jī)械的情況下，對(duì)洞室開挖方法和開挖程序作比較系統(tǒng)的研究，將具有很實(shí)際的工程意義。

［1］于景辰.地下廠房開挖的若干問(wèn)題[J].東北水利水電，1999，5:15-17.

［2］陳萬(wàn)業(yè)，董蘭鳳.地下洞室施工理論與技術(shù)進(jìn)展[J].西北水電，2002，2:47-50.