11.1.3.1　钻孔作业

钻孔作业工作强度很大,所花时间占循环时间的1/4～1/2,因此应尽可能采用高效钻机完成钻孔作业,以提高工程进度。常用钻孔机具有风钻和钻孔台车。风钻是用压缩空气作为动力使钻头产生冲击作用破岩成孔的。有手持式风钻和气腿式风钻,每台风钻控制面积约为2～4m2。风钻钻孔适用于开挖面积不大、机械化程度不高的情况。钻孔台车一般由底盘、钻臂、推进器、凿岩机和气动或液压操纵系统等部分组成,其钻臂有时多达15台,是一种高效钻孔机械。按行走装置不同分为轮胎式、轨道式和履带式三种。钻孔台车适用于开挖断面较大的情况,如图11.2所示。

为了保证开挖质量,钻孔时应严格控制孔位、孔深和孔斜。掏槽孔和周边孔的孔位偏差要小于50mm,其他炮孔则不得超过100mm。所有炮孔的孔底均应落在设计规定的平面上,以保证循环进尺的掘进深度。

11.1.3.2　装药和起爆

炮孔应严格按设计要求的装药方式进行装药,炮孔的装药深度随炮孔类型而异。通常掏槽孔的装药深度为炮孔孔深的60%～67%,药卷直径为炮孔直径的3/4；崩落孔和周边孔的装药深度为炮孔深度的40%～55%,崩落孔药卷直径为孔径的3/4,周边孔为1/2。炮孔其余长度用黏土和砂的混合物(比例为1∶3)堵塞。爆破顺序依次为掏槽孔、崩落孔、周边孔。起爆一般采用秒延发或毫秒延发电雷管起爆。隧洞开挖轮廓控制应采用光面爆破技术,以保证开挖面的光滑平整,尽量减少超、欠挖。

11.1.3.3　临时支护

隧洞爆破开挖后,为了预防围岩产生松动掉块、塌方或其他安全事故,应根据地质条件、开挖方法、隧洞断面等因素,对开挖出来的空间及时进行必要的临时支护。临时支护的时间,取决于地质条件和施工方法,一般要求在开挖后,围岩变形松动到足以破坏之前支护完毕,尽可能做到随开挖随支护,只有当岩层坚硬完整,经地质鉴定后,才可以不设临时支护。

临时支撑应具有足够的强度和稳定性,能适应围岩松动变形、爆破震动、机具碰撞等情况,此外,临时支撑还要求结构简单,便于安装和拆除,不过分占用空间。临时支护可分为喷锚支护和构架支护两类。除特殊情况外,应优先选用喷锚支护。构架支护的形式,按使用材料不同分为木支撑、钢支撑、预制混凝土或钢筋混凝土支护等几种。

(1)木支撑。木支撑具有重量轻、加工架立方便、损坏前有明显变形等优点,但承受压力小、所占净空大、消耗材料多、费用高,因而逐渐被其他支撑材料所代替。适用于断面不大的导洞的支护,如图11.8所示。

图11.8　门框形木支撑

(a)横剖面；(b)纵剖面
1—顶梁；2—立柱；3—底梁；4—纵向撑木；5—垫木；6—顶衬板；7—侧衬板

(2)钢支撑。钢支撑适用于破碎而不稳定的岩层,能承受很大的山岩压力,耐久性好,所占空间小。钢支撑可以重复使用,但耗材多,费用高,只有在不良地质段施工才采用,如图11.9所示。

图11.9　钢支撑

Ⅰ—半截面(有立柱)；Ⅱ—半截面(无立柱)
1—木撑；2—连接杆；3—支撑板；4—工字托梁；5—立柱；6—楔块

(3)预制混凝土或钢筋混凝土支护。这种支撑能承受很大的山岩压力,耐久性好,且可以留在永久性衬砌内不必拆除。但结构重量大,洞内运输、安装都不方便,应采用机械化施工。

11.1.3.4　装渣运输

装渣与运输是隧洞开挖中最繁重的工作,所花时间约占循环时间的50%～60%,是影响掘进速度的关键工序。因此,应合理选择装渣运输机械,并进行配套计算,做好洞内出渣的施工组织工作,确保施工安全,提高出渣效率。

隧洞出渣常见的装运方式如下。

1.人工装斗车出渣

这种方式适用于隧洞断面较小,机械化程度不高的情况。人工装渣,要求爆落岩石块度很小。为了减轻装渣的劳动强度,可在装渣地点铺上钢板,使岩石爆落于钢板上,以利用铁铲装车；当采用下导洞开挖时,上导洞可利用漏斗棚架出渣(图11.6)；当采用上导洞开挖时,上导洞可用活动工作平台车出渣(图11.10)。

图11.10　工作平台装渣

2.装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣

这种出渣方式适用于开挖断面较大的情况。装岩时可采用0.4～1m3的装岩机(图11.11、图11.12),装岩斗车或矿车可由电气机车或电瓶车牵引。当运距近、出渣量少时,也采用人力推运或卷扬机牵引运输。根据出渣量的大小可设置单线或双线运输。单线运输时,每隔100～200m应设置一错车岔道,岔道长度应够停放一列列车,如图11.13所示；双线运输时,每隔300～400m应设置一岔道,以满足调车要求,如图11.14所示。

图11.11　0.4m3风动铲式装岩机

1—装渣时的铲斗；2—卸渣时的铲斗

图11.12　隧洞1m3短臂正向铲(单位：cm)

堆渣地点应设置在洞口附近,其高程较洞口低,以便重车下坡,并可利用废渣铺设路基,逐渐向外延伸。

这种装运方式适用于大断面隧洞开挖。装岩采用斗容量为1～3m3的装载机或液压正铲,自卸汽车洞内运输宜设置双车道,如设置单车道时,每隔200～300m应设错车道,运输道路要符合矿山道路的有关规定。

11.1.3.5　隧洞开挖的辅助作业

隧洞开挖的辅助作业有通风、散烟、防尘、防有害气体、供水、排水、供电照明等。辅助作业是改善洞内劳动条件、加快工程进度的必要保证。

1.通风与防尘(www.daowen.com)

通风和防尘的主要目的是为了排除因钻孔、爆破等原因而产生的有害气体和岩尘,向洞内供应新鲜空气,改善洞内温度、湿度和气流速度。

(1)通风方式。通风方式有自然通风和机械通风两种。自然通风只有在掘进长度不超过40m时,才允许采用。其他情况下都必须有专门的机械通风设备。

图11.13　单线调车示意图

1—装岩机；2—正在装渣的车；3—空车；4—重车

机械通风布置方式有：压入式、吸入式和混合式三种,如图11.15所示。压入式是用风管将新鲜空气送到工作面,新鲜空气送入速度快,可保证及时供应,但洞内污浊空气是经洞身流出洞外；吸入式是将污浊空气由风管排出,新鲜空气从洞口经洞身吸入洞内,但流动速度缓慢；混合式是在经常性供风时用压入式,而在爆破后排烟时改用吸入式,充分利用了上述两种方式的优点。

(2)通风量。通风量可按以下要求分别计算,并取其中最大值,再考虑20%～50%的风管漏风损失。

1)按洞内同时工作的最多人数计算,每人所需通风量为3m3/min。

2)按冲淡爆破后产生的有害气体的需要计算,使其达到允许的浓度(CO的允许浓度应控制在0.02%以下)。

3)按洞内最小风速不低于0.15m/s的要求,计算和校核通风量。

(3)防尘、防有害气体。除按地下工程施工规定采用湿钻钻孔外,还应在爆破后通风排烟、喷雾降尘,对堆渣洒水,并用压力水冲刷岩壁,以降低空气中的粉尘含量。

图11.14　双线调车示意图

1、2—1号和2号道岔；3—装岩机；4—正在装渣的车；5—空车；6—重车；7—电气机车；8—调车用的电气机车

图11.15　隧洞机械通风方式(单位：m)

(a)压入式；(b)两台鼓风机混合式；(c)吸入式；(d)一台可转向的鼓风机混合式

2.排水与供水

隧洞施工,应及时排除地下涌水和施工废水。当隧洞开挖是上坡进行、且水量不大时,可沿洞底两侧布置排水沟排水；当隧洞开挖是下坡进行或洞底是水平时,应将隧洞沿纵向分成数段,每段设置排水沟和集水井,用水泵排出洞外。

对洞内钻孔、洒水和混凝土养护等施工用水,一般可在洞外较高处设置水池利用重力水头供水,或用水泵加压后沿洞内铺设的供水管道送至工作面。

3.供电与照明

洞内供电线路一般采用三相四线制。动力线电压为380V,成洞段照明用220V,工作段照明用24～36V。在工作较大的场合,也可采用220V的投光灯照明。由于洞内空间小、潮湿,所有线路、灯具、电气设备都必须注意绝缘、防水、防爆,防止安全事故发生。开挖区的电力起爆线,必须与一般供电线路分开,单独设置,以示区别。

11.1.3.6　循环作业施工组织

开挖循环作业是指在一定时间内,使开挖面掘进一定深度(即循环进尺)所完成的各项工作。循环时间是指完成一个工作循环所需要的时间的总和。循环时间常采用4h、6h、8h、12h等,以便于按时交接班。隧洞开挖循环作业所包括的主要工作有：钻孔、装药、爆破、通风散烟、爆后检查处理、装渣运输、铺接轨道等。为了确保掘进速度,常采用流水作业法组织工程施工,编制工序循环作业图,对各工序的起止时间进行控制,见表12.2。

表11.2　隧洞开挖循环作业图