本發(fā)明涉及一種隧洞開挖施工方法，具體地說是一種小型隧洞泥巖開挖施工方法，屬于隧洞開挖施工方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
小洞徑隧洞泥巖施工開挖過程中，使用小型挖掘機配液壓破碎錘開挖的研究，在新疆地區(qū)近十年未見與本項目研究內(nèi)容相同的文獻公開報道。
泥巖是已固結(jié)成巖的，但層理不明顯，或呈塊狀，局部失去可塑性，遇水不立即膨脹的沉積型巖石，它由泥巴和黏土固化而成，不顯層理、呈塊狀，主要由細顆粒的沉淀物組成，其內(nèi)聚力大，抗壓強度低，透水性弱，吸水性強，遇水易軟化、塑變，抗風(fēng)化能力弱，易崩解。
洞室開挖一般分為3種：鉆爆法開挖、機械開挖、人工開挖，除特殊地質(zhì)采用人工開挖或人工與機械相結(jié)合開挖外，通常采用鉆爆法開挖和機械開挖。小洞徑隧洞泥巖開挖，由于受洞徑、泥巖特性限制，采用鉆爆法開挖施工，存在炸藥審批難度大、看管及施工成本較高、安全隱患較大、對圍巖穩(wěn)定性破壞較大的問題。對于小洞徑泥巖隧洞開挖施工，適宜采用機械開挖，而傳統(tǒng)的機械開挖方法有：掘進機開挖、銑挖機開挖、挖掘機開挖等。
采用挖掘機施工，由于受洞徑限制，大型挖掘機無法進入隧洞施工，而使用小型挖掘機進行開挖施工，泥巖在未失水崩解及風(fēng)化的情況下，硬度較高，小型挖掘機功率不夠，無法進行施工；銑挖機施工受限制情況與挖掘機開挖施工相同。
因此小洞徑隧洞泥巖開挖可采用掘進機開挖，但掘進機開挖時會產(chǎn)生較大的灰塵（掘進機鉆頭通過旋轉(zhuǎn)開挖把圍巖磨成粉狀），洞內(nèi)能見度較低，對通風(fēng)條件要求較高，若使用掘進機需進行降塵處理，增加通風(fēng)設(shè)備投入及灑水降塵都會增加施工成本，若不進行降塵處理，則洞內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境較為惡劣，影響機械作業(yè)人員、值班人員及一襯作業(yè)人員的身體健康；且掘進機的動力來源為電力，需要專用的特高壓變壓器，用電量較大，且隧洞單一工作面里程較長，電纜需求量較大，且施工過程中用電安全隱患較大；且泥巖隧洞中若有滲水及出水現(xiàn)象，將會對掘進機收渣產(chǎn)生較大影響，因掘進機開挖后的泥巖成粉狀，遇水將會變得粘稠，掘進機無法收渣，每開挖一米掘進機需退回洞外（洞內(nèi)無錯車道），其他出渣設(shè)備在進行出渣，因掘進機行走較慢，所需時間較長，直接影響施工速度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計了一種小型隧洞泥巖開挖施工方法，開挖泥巖速度最快，施工工藝較為簡潔，工序銜接較快，大量的節(jié)省了時間，且開挖施工過程中對洞內(nèi)施工環(huán)境作業(yè)較為良好，并減少對圍巖的擾動，提高了施工效率，縮短了工期，達到降低施工成本的目標。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
小型隧洞泥巖開挖施工方法，包括以下步驟：
（1）測量放線在開挖掌子面上放出輪廓線點位，并交底每個點位的情況；根據(jù)提供的控制點、水準點，設(shè)立臨時施工控制點及輔助施工基線；施工控制點和輔助施工基線應(yīng)設(shè)置在不受干擾、牢固可靠且通視好、便于施工控制的地方；根據(jù)設(shè)計施工圖紙的斷面尺寸，隧洞兩側(cè)設(shè)立控制腰線，隧洞軸線上部安裝紅外線激光指向儀，以方便地控制標高和軸線位置；在紅外線激光指向儀的前方設(shè)置不少于兩個控制點，以在開挖后檢查，或隨時檢查紅外線激光指向儀是否發(fā)生偏移；
（2）開挖掌子面：采用小型挖掘機配液壓破碎錘開挖，根據(jù)測量放樣的設(shè)計開挖輪廓線；采用裝載機裝渣、運輸至洞口或避車洞處裝車，自卸汽車運至指定的棄渣場棄置；出渣過程中隧洞底部軟弱處采用裝載機裝運戈壁料鋪設(shè)，護洞室底部不受破壞；
（3）掌子面修整：大面積渣體運至洞外棄渣場，液壓破碎機配合人工風(fēng)鎬開始修整輪廓線，待修整完畢，檢測開挖輪廓面；
（4）檢測：使用儀器檢測開挖輪廓線，如果偏差較大，需要使用重新整修；如偏差較小，進入下一個工序。
特殊地質(zhì)洞段施工措施。在隧洞施工地質(zhì)預(yù)報中加強傳統(tǒng)的地質(zhì)方法，既要掌握原始地質(zhì)資料，又要根據(jù)開挖的實際情況修正和補充原始地質(zhì)資料，著重巖體結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、特征、組合形式及地下水狀態(tài)觀測。通過觀測、素描、地質(zhì)作圖，最后跟地質(zhì)鉆探法、測、分析、判斷開挖面前方近距離地質(zhì)構(gòu)造。
1）對圍巖較差洞段采用注漿小導(dǎo)管超前支護、成孔困難時，采用自進式錨桿超前支護；
2）在斷層破碎地段，為保證開挖安全，對掌子面采用噴射砼進行封閉；
3）對圍巖穩(wěn)定性差的地段及時進行格柵支撐加強初期支護
隧洞排水：在隧洞開挖施工過程中，由于洞內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，有時會碰到夾砂層，此地段會存在出水現(xiàn)象，由于泥巖特性存在親水性，遇水存在膨脹變形，為了保證施工安全，因噴護后巖體還是存在滲水現(xiàn)象，滲水會隨著開挖的圍巖面繼續(xù)滲透，主要集中在拱腳位置，易使拱腳處泥巖受水影響膨脹變形，存在安全隱患，及施工進度順利進行，需對滲水進行處理。
本發(fā)明采用液壓挖掘機為動力、破碎錘為主要開挖工具，替代掘進機施工，開挖過程中根據(jù)洞徑大小選擇機械：型號小、重量輕、機械性能好，減少對圍巖的擾動。
采用此方法施工，機械開挖過程中，開挖時按照從下至上、環(huán)形順序、逐層擴大開挖面，開挖機械振動有限，有效保證圍巖的完整性，最大程度的減小對圍巖的擾動。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：使用小型挖掘機配液壓破碎錘在小洞徑隧洞泥巖開挖與傳統(tǒng)開挖方法比較，液壓破碎錘開挖具有簡便、快捷、安全、經(jīng)濟的特點。在相同地質(zhì)、相同洞徑大小的隧洞開挖施工中，破碎機開挖泥巖速度最快，施工工藝較為簡潔，工序銜接較快，大量的節(jié)省了時間，且開挖施工過程中對洞內(nèi)施工環(huán)境作業(yè)較為良好，并減少對圍巖的擾動。
經(jīng)過預(yù)算評估及現(xiàn)場實驗確定，采用小型挖掘機配液壓破碎錘在小洞徑隧洞泥巖開挖施工與傳統(tǒng)的開挖施工方法如：掘進機開挖、銑挖機開挖、挖掘機開挖比較，較為經(jīng)濟合理且能保證工程施工的預(yù)期目標，使工程的質(zhì)量、工期、安全和經(jīng)濟效益得到了可靠的保障
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
小型隧洞泥巖開挖施工方法，包括以下步驟：
（1）測量放線在開挖掌子面上放出輪廓線點位，并交底每個點位的情況；根據(jù)提供的控制點、水準點，設(shè)立臨時施工控制點及輔助施工基線；施工控制點和輔助施工基線應(yīng)設(shè)置在不受干擾、牢固可靠且通視好、便于施工控制的地方；根據(jù)設(shè)計施工圖紙的斷面尺寸，隧洞兩側(cè)設(shè)立控制腰線，隧洞軸線上部安裝紅外線激光指向儀，以方便地控制標高和軸線位置；在紅外線激光指向儀的前方設(shè)置不少于兩個控制點，以在開挖后檢查，或隨時檢查紅外線激光指向儀是否發(fā)生偏移；
（2）開挖掌子面：采用小型挖掘機配液壓破碎錘開挖，根據(jù)測量放樣的設(shè)計開挖輪廓線；采用裝載機裝渣、運輸至洞口或避車洞處裝車，自卸汽車運至指定的棄渣場棄置；出渣過程中隧洞底部軟弱處采用裝載機裝運戈壁料鋪設(shè)，護洞室底部不受破壞；
（3）掌子面修整：大面積渣體運至洞外棄渣場，液壓破碎機配合人工風(fēng)鎬開始修整輪廓線，待修整完畢，檢測開挖輪廓面；
（4）檢測：使用儀器檢測開挖輪廓線，如果偏差較大，需要使用重新整修；如偏差較小，進入下一個工序。
特殊地質(zhì)洞段施工措施。在隧洞施工地質(zhì)預(yù)報中加強傳統(tǒng)的地質(zhì)方法，既要掌握原始地質(zhì)資料，又要根據(jù)開挖的實際情況修正和補充原始地質(zhì)資料，著重巖體結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、特征、組合形式及地下水狀態(tài)觀測。通過觀測、素描、地質(zhì)作圖，最后跟地質(zhì)鉆探法、測、分析、判斷開挖面前方近距離地質(zhì)構(gòu)造。
1）對圍巖較差洞段采用注漿小導(dǎo)管超前支護、成孔困難時，采用自進式錨桿超前支護；
2）在斷層破碎地段，為保證開挖安全，對掌子面采用噴射砼進行封閉；
3）對圍巖穩(wěn)定性差的地段及時進行格柵支撐加強初期支護
隧洞排水：在隧洞開挖施工過程中，由于洞內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，有時會碰到夾砂層，此地段會存在出水現(xiàn)象，由于泥巖特性存在親水性，遇水存在膨脹變形，為了保證施工安全，因噴護后巖體還是存在滲水現(xiàn)象，滲水會隨著開挖的圍巖面繼續(xù)滲透，主要集中在拱腳位置，易使拱腳處泥巖受水影響膨脹變形，存在安全隱患，及施工進度順利進行，需對滲水進行處理。
由于技術(shù)先進，施工控制得力，施工組織合理，節(jié)省開挖時間，加快了工程進度，節(jié)省施工成本，以農(nóng)七師奎屯河七級水電站引水隧洞工程為例：
與掘進機施工作為比較：掘進機施工每天掘進平均每天為3.5米，隧洞全長1600米，無支洞，分為進、出洞口兩個工作面，單一工作面平均每天開挖支護3.5米，所需時間為229天，采用破碎機開挖施工每天可開挖支護4米，所需時間為200天，節(jié)省時間為29天，按平均每天施工成本8800元（人工、機械設(shè)備租賃費、維修費等）計算，節(jié)省直接經(jīng)濟成本24.94萬元，且開挖每方泥巖，使用破碎機開挖施工較掘進機施工成本降低約20%，節(jié)約成本140.43余萬元，降低了成本，縮短了工期，取得了較好的經(jīng)濟效益。
應(yīng)用實例
農(nóng)七師奎屯河七級水電站引水隧洞開挖施工
1工程概況：奎屯河七級水電站引水隧洞工程，隧洞布置在奎屯河河左岸山體內(nèi)，為無壓隧洞，隧洞圍巖主要為ⅳ類圍巖，巖石類別為泥巖，其最大埋深124m，最小埋深12m。隧洞斷面為馬蹄形斷面，采用鋼筋混凝土襯砌，襯后尺寸為4.5m×4.5m，襯砌厚度根據(jù)地質(zhì)情況不同分為40cm和60cm，開挖洞徑分別約為5.6m，6.0m。隧洞縱坡1‰，糙率取0.015。
于2014年10月31日施工至2015年11月30日竣工，造價22400000元。引水隧洞長1.6km，分為進、出洞口兩個工作面。
2施工情況：采用液壓破碎機施工，隧洞按照“短進尺、弱開挖、快封閉、勤測量”的原則組織施工，由下而上環(huán)形逐層開挖，沿開挖輪廓線進行破碎開挖，開挖后采用自卸車出渣。每循環(huán)進尺控制在3-4米，具體進尺根據(jù)圍巖調(diào)整。
3工程結(jié)果評價：奎屯河七級水電站工程引水隧洞工程，通過采用液壓破碎機進行施工，縮短工期29天，降低施工成本165.74萬元。此工藝解決了施工準備期時間過長的弊端，大大降低了成本，提高了隧洞施工的安全性，確保了工程按照進度計劃實施。
奎屯河三級水電站
1工程概況：奎屯河三級水電站裝機容量為63mw,年發(fā)電量大約為22202萬kwh，飲水隧洞長約10.86公里，集中水頭146米，河道縱坡為15%，設(shè)計水頭為145.8米，引水流量為50立方米/秒，電站裝機4臺，引水隧洞工程主要建筑物由取水口、引水暗渠、沉沙池、隧洞、廠房、升壓站、尾水渠、進廠道路等組成。引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、升壓站等主要建筑物均為三級建筑物；臨時施工用房、施工道路等為四級建筑物。
2施工情況工程開工日期為2012年7月15日，全部工程竣工日期為2013年11月15日，總工期為480天。由于工程建址在河床岸邊，老引水渠及原有道路全被洪水沖垮，加上開工較晚，正處洪水高峰期。60%以上的隧洞工程施工段無施工道路，施工物資運輸受阻無法到場。同時，由于主隧洞地處高邊坡，造成施工場地狹窄，施工供電供水困難。另外，由于河道地處山區(qū)，經(jīng)常性風(fēng)雨泥石流，損壞施工場地和道路等等復(fù)雜多變的施工條件，都影響正常的施工。
3地質(zhì)復(fù)雜：由于引水隧洞地處第三系泥巖0+000-0+410，洞孔掘進與洞壁噴護須同步進行，導(dǎo)致工序不能穿插流水施工。特別是部分地段由于存在夾砂層及滲水，可能會導(dǎo)致坍塌。洞孔成形段面不規(guī)則，造成噴護和洞壁砼超預(yù)算工程量等等，也是影響制約工程質(zhì)量和進度的重要因素。
4總體評價:該工程于2015年10月通過新疆發(fā)展和改革委員會、新疆七師水利局、七師水利工程建設(shè)管理處組成的竣工驗收委員會驗收。該工程經(jīng)質(zhì)量驗收評定，工程質(zhì)量等級達到優(yōu)良，滿足設(shè)計和規(guī)范要求，受到了業(yè)主、監(jiān)理和上級部門一致好評，多次被評為樣板工程。為今后推廣該項施工技術(shù)提供了可靠的技術(shù)保證，該項工法的推廣和應(yīng)用，必將取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
效益分析
相同斷面大小的馬蹄形小洞徑泥巖隧洞，每米土方量為27.5方，若使用掘進機進行施工，開挖、出渣時間為3.5小時每米，且由于大型掘進機受洞徑限制，無法進入洞內(nèi)施工，采用小型掘進機，受掘進機自身臂長限制，開挖無法一次性到位，洞頂無法開挖，仍需其他開挖機械或人工輔助開挖，最少需2小時，以24小時為例，采用掘進機開挖施工每天只能開挖并完成一襯噴護一循環(huán)3.5米。
以上述相同斷面大小的小洞徑泥巖開挖為例，使用小型挖掘機配液壓破碎錘開挖，所用機械設(shè)備較為簡單，設(shè)備來源較廣，在開挖施工時受洞內(nèi)滲水等影響較為小；開挖時開挖料成塊狀，產(chǎn)生的粉塵較小，洞內(nèi)影響作業(yè)環(huán)境的主要是開挖機械及出渣機械產(chǎn)生的尾氣，通過洞外架設(shè)通風(fēng)機，完全能夠保證洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境良好，且使用小型挖掘機配液壓破碎錘施工，小型挖掘機活動靈活，臂展較掘進機有很大提高，通過延伸及調(diào)節(jié)臂長及仰角，斷面內(nèi)任一位置都能夠開挖到位，掘進速度較快，開挖出渣每延米所需時間為2-3小時，每一循環(huán)可以掘進4-5米，經(jīng)過對比，采用液壓破碎錘開挖施工，所以破碎機施工所需時間較短，工序銜接快捷，施工工藝較為簡單，對洞內(nèi)環(huán)境影響較小，施工成本較低，降低了工程造價。
本發(fā)明中所采用的各種設(shè)備，均為本領(lǐng)域生產(chǎn)工藝中使用的常規(guī)設(shè)備，且各設(shè)備的操作、參數(shù)等均按照常規(guī)操作進行，并無特別之處。
最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。