极软围岩中隧洞施工方法探讨

（钻爆法）和机械开挖对两种开挖方式在工程中的应用情况及优缺点进行对比分析，结果显示：引洸供水二期工程中

隧洞围岩类别多为IV、V类，IV、V类围岩以软岩~极软岩为主，机械开挖应用较为广泛。为以后在极软围岩隧洞掘 进施工提供参考。［关键词］ 极软岩；开挖；爆破；铳挖机；掘进机［中图分类号］TV5S2 ［文献标识码］B ［文章编号］1004 - 1184（2019）01 -0222 -02甘肃省引冰供水二期工程区处于西至大咸河、东到葫芦 河、北至黄河、南到渭河的甘肃省中部广大区域。行政区划

陆河湖相碎屑沉积，广泛分布于工程区各凹陷盆地之中，其

岩相及厚度变化较大。盆地中心以泥质胶结的粉砂质泥岩、 泥质粉砂岩为主的细粒相沉积，有从盆地中心向边缘沉积厚 度逐渐变薄，由细粒的泥岩向砂岩、砂砾岩过渡的趋势。涉及定西市的安定区、陇西县、通渭县，白银市的会宁县、平 凉市的静宁县，以及天水市的武山县、甘谷县、秦安县共3市 8县区⑶。涉及隧洞及岩性较多，这次主要针对该工程涉及 的极软岩隧洞开挖方法进行探讨，对传统爆破开挖及机械开

根据颗粒组成可将引洸二期新生代红色碎屑岩类极软岩 划分为以下四大岩组：古近系（E3）砂岩夹砂砾岩、％砂砾

挖两种方法进行对比，对以后类似围岩隧洞施工或该类岩石 土方施工进行开挖方法选择，以提高施工过程中的安全、质 量、进度。岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩颗分试验成果统计⑴（见表1）。

该类岩石强度低，同属极软岩，在该类岩石中古近系（Ej）砂

岩夹砂砾岩和新近系（％）砂砾岩工程地质性质差；而新近系 （%）粉砂质泥岩和泥质粉砂岩工程特性相对较好，极软岩物

1极软岩的工程特性在引洸二期工程中分布较为广泛的地层有新生代红色碎

理力学性质性质试验成果统计⑶（见表2）。对各岩组的工

程地质特性综合分析，各岩性组均为极软岩，岩性软弱，水理 性质不良，具塑性流变性；在隧洞开挖中极软岩易产生塑性

屑岩，主要为古近系（E,）、新近系（％）地层。古近系（E,）为一套内陆山麓一河湖相碎屑沉积，集中分 布于静宁凹陷盆地、陇渭凹陷南部边缘地带，由紫红~灰白

变形。由于极软岩中泥质胶结物含量不同，胶结程度有所差

异，各岩组强度有差异，水理性质差异较大，围岩类别为IV、

Vo色砂岩夹砂砾岩等组成。新近系（％）为一套红色为主的内表1极软岩裁

倾粒级配组成/%20 ~ 5e3砂岩夹砂砾岩n2砂砾岩

5 ~2.025.615 -27.32.0 ~0.50.5 〜0.250.25 -0.0750.075 -0.005<0.00516.240. 8 -74.710.4 -30.35.7 ~ 15.46.4 -20. 819 -22.410.5 -13.31.3 -3.36.5 -11.453.3 ~77.412.2 -22.63.4-10n2泥质粉砂岩n2粉砂质泥岩45.6 -49. 857.2 -73.719.5 ~3013 -32.3表2极软岩物理力学性质性质试验成果统计表地层年代e3岩石天然密度/g/cm3原状抗压强度度/MPa0. 1 ~0.9名称砂岩夹凝聚力c/MPa内摩擦角9/度35.4 -37.9变形模量/MPa崩解时间2. 13 ~2. 250.07 -0. 1410分钟大部分崩解砂砾岩砂砾岩

(2.19)(0.39)0.2-3(0. 10)0.2 ~ 1.5(36.7)40.9 -43.62.05 -2.57(2.24)2. 23 -2.28110 ~270(190)240 -360崩解时间差异较大(1.2)2. 8 -4.9(0.68)0.12 〜0.57(42.1)泥质粉砂岩

36.4 -40.4(38.5)24小时部分崩解(2.25)1.93 ~2. 05(3.59)0.3 ~0.4(0.34)0.01 ~0.9(290)粉砂质泥岩22.7 -44.3(35.49)3 ~24小时全部崩解(2)(0.33)(0.34)注：括号内数值为平均值。［收稿日期］2018-11 -16［作者简介］杨虎（ 1984 -）,男，甘肃兰州人，工程师，主要从事水利水电工程地质勘察工作。222第41卷第1期地下水2019年1月2两种施工方法开挖极软岩隧洞的工艺流（Ej）砂砾岩及新近系（％）砂砾岩中，岩体自身胶结较差，爆

破震动对围岩稳定性影响较大，造成松动圈扩大，很容易造 成超挖等问题;爆破产生的硝烟，在洞内很难消去，多以黑色

程及特点引洸二期供水工程中广泛分布的地层有新生代红色碎屑 岩，对该类极软岩开挖主要以爆破开挖和机械开挖为主，总 干渠涉及的软岩隧洞有4个断面，我们以总干渠26\"隧洞断

粉末弥漫在空气中，需等粉尘稍降，才能进行下道工序，这样

就造成施工周期较长；爆破开挖对地质条件的适应性差，使 用有局限性。面为三心圆，尺寸4. 05 X4.03 m,总干渠29*隧洞断面为三 心圆，尺寸4. 05 x 4. 03 m、总干渠33*隧洞为三心圆，尺寸 3.490 x3.4 m为例，统计其几个月的进尺进行比较（见表2.2机械开挖引洸供水二期工程隧洞开挖中机械开挖有铳挖机⑴和 掘进机⑷，机械开挖的施工顺序：铳挖一出渣T支护-下一

3、表4、表5）；总干渠26*隧洞、总干渠29\"隧洞围岩岩性为新

循环（见图2）。铳挖机和掘进机的特点：低振动、低噪音、污 染少，可以大大的减少洞内噪音及空气污染，为作业人员提 供一个良好的施工环境；可以快速准确的修整隧洞轮廓，应

近系（％）粉砂质泥岩和泥质粉砂岩；总干渠33*隧洞围岩岩 性为古近系（E,）砂岩夹砂砾岩。总干渠26*隧洞、总干渠

29\"隧洞开始阶段采用爆破开挖施工，后调整为机械开挖，而

用在隧道开挖中，不但可以解决令施工单位头疼的欠挖问 题，降低施工单位“宁超勿欠”所引起的成本增大问题。使用 铳挖机取代人工进行极软岩或破碎岩层的隧道掘进，排除掌 子面前方工人开挖的危险，从而大大提高了隧道施工的安全

总干渠33*隧洞开始到隧洞贯通一致采用机械开挖。钻爆法 和机械开挖方式各有特点，现对两种开挖方式针对其特点分

别论述：性。开挖过程中对极软岩的扰动低、安全性高，适合不宜爆

破施工的地段；对总干渠26*隧洞、总干渠2『隧洞及总干渠

33*隧洞每月掘进进尺进行统计（见表3 ~表5）,平均每日开

挖在进度上一般为3~5 m；铳挖机⑷和掘进机操作简单，可

控性高，开挖轮廓线清晰准确；可轻松解决隧道内欠挖修整、

内表面凿槽及开挖边沟等问题。图1钻爆法施工工艺流程2. 1 爆破开挖引洸供水二期工程中采用的爆破方式为光面爆破⑵，原

料以乳化炸药，乳化炸药其特点：密度高、抗水性能好、临界 直径小、起爆感度好，小直径情况下具有雷管敏感度。而对

图2铳挖机施工工艺流程极软岩爆破开挖中，爆破开挖的施工顺序：爆破出渣T欠 挖部分爆破一轮廓修整-出渣-支护T下一循环（见图1）。 现以总干渠26\"隧洞、总干渠29*隧洞为例，围岩为新近系

机械开挖只能适用于岩体饱和强度小的（软岩~极软 岩）围岩；而对这种软岩~极软岩的岩体机械开挖有两种，一 种是功率较低的铳挖机，一种是功率较大的掘进机；掘进机

（%）粉砂质泥岩和泥质粉砂岩，隧洞围岩稳定性差、变形大 且变形时间长，开挖断面易受风化影响，自稳时间短，且围岩 属于柔性，爆破效果达不到预期。对隧洞的轮廓较难控制，

与铳挖机相比，掘进机机械尺寸较大，对最小断面的隧洞不 适用，再加上机械本身售价较高，施工成本也会增加；而铳挖 机的机械费用远小于掘进机，而且尺寸可以根据隧洞大小调

容易产生超欠挖，欠挖时又需补充爆破，又容易造成超挖。 整，对工程的适用性更强；在极软岩中粘粒含量较高时，需要 及时对钻头清理，而且钻头的损耗也随之增大，进度也会相 对慢一些，作业时间随之增长。m对总干渠26\"隧洞、总干渠29*隧洞每月开挖进尺进行统计

（见表3.4）,平均每日开挖进度上一般为2-4 m；在古近系

表3总干渠26#隧洞施工开挖进尺情况进尺钻爆法开挖 掘进机开挖月份3月

4月5月6月 7月9月 10月 11月416151.8 76.9 142.6

m138.4131.4m表4总干渠29\"隧洞施工开挖进尺情况月份表5进尺总干渠33*隧洞施工开挖进尺情况月份进尺10月11月12月1月

51.84月 5月6月4月5月 136.8

6月 7月 136.3

8月9月钻爆法开挖86.3 铳挖机开挖112 81.9铳挖机开挖145139 11091113.8 139.9143.4（下转第241页）223第41卷第1期地下水2019年1月真空加压法的工作中，应在地表铺设砂垫层，在其中埋设垂 俱进的软土地基施工观念，充分发挥相关技术的积极作用。直类型的排水管道，使用封闭膜材料将其与大气间隔，将薄 膜的四周设置在土壤中，采用真空装置进行抽气处理，在创

参考文献[1] 余明东.西昌市水利工程施工中有效加强软土地基稳定性的方

设真空环境的情况下，有利于促进排水工程的合理实施，降 低地基含水量，提升承载力与强度；使用降压加压法应设置

法研究[J].科技通报.2017.33(2) =223 -226.砂井以及塑料排水井，合理的进行处理以及施工⑵。[2] 翁昕，严平.一种新型软土地基处理方法[J].科技通报.2017.

33(10) ：179 - 182.24化学固结技术水利工程施工部门在使用化学固结技术进行软土地基施 工期间，应结合软土地基的特点以及实际情况开展处理工

[3] 陈祥龙，江舜武，金亚伟，等.海南海花岛软基处理工程中真空

预压法的改进与机理分析[J]. 土木建筑与环境工程.2017. 39(2) ：75 -83.[4] 刘慈军，何宁，董英杰，等.杭州湾跨海大桥南岸接线高速公路

作，例如：采用电化学施工法，在实际工作中进行电化学的处 理，结合化学固结的施工特点，改善软土地基的承载能力与 强度，根据目前的软土地基施工特点以及现状，合理的进行

深厚软基处理[J].水利水运工程学报.2017. 15(3)：116 -

123.[5 ] Yuewen H . 土工合成材料在广州水利工程中的应用介绍[J].

长江科学院院报.2017. 34(2) ：120 - 125.[6] 齐昌广，郭卫，崔允亮.单壁螺纹PVC塑料套骨现浇混凝土桩技

固结，提升稳定性⑻。3结语在水利工程施工中，企业应制定完善的施工方案，重点 关注软土地基处理工作，筛选最佳技术措施进行软土地基的 处理，全面提升整体结构的稳定性以及承载力，通过科学化

术及现场试验[J].水利水电科技进展.2016.36(1) ：66 -70.[7] 姜忠，付明，袁俊年，等.珠海海堤淤泥质软土地基处理方案实

例解析及效果评价[J].水利水电技术.2016.47(7) =42 -46.[8] 张继芳，李匆，夏，等.预压加固中软土压缩模垦与固结度

以及合理化的施工方法，增强软土地基施工效果，优化各方 面的工作模式以及，满足目前时代发展需求，形成与时

的变化关系[J].水利水电技术.2016.47(8) ：38 -39.(上接第223页)等方面存在较大的差距。3两种施工工艺开挖极软岩隧洞对比分析引洸供水二期工程极软岩隧洞掘进在开始阶段多采用钻

两种开挖方法在洞内环境上也有较大的差距，机械驱动 为电力，而洞内的污染以粉尘为主；爆破开挖方式不光有粉 尘污染，还有在爆破过程中的黑色硝烟。两种开挖方式从安

爆法施工，通过表3、4进行对比，每月进尺钻爆法在50-80 m,后期调整为机械开挖，每月进尺在110 ~ 140 m,两种开挖

全性上看，机械开挖对围岩的振动较小，且人员离开挖面在 隧洞支护范围之内，而爆破开挖对围岩的振动较大，围岩松

方式每月进尺差距在30 -90 m；通过表5可以看出，一直采 用机械的隧洞，开挖每月进尺在1 10-140 m;如果引洗供水

动圈也随之增大，所以机械开挖的安全性高于爆破开挖。二期工程极软岩隧洞开始都采用机械开挖，隧洞贯通时间可

4结语在引洗供水二期工程隧洞围岩类别多为IV、V类，IV、v

以大大缩减。类围岩以软岩~极软岩为主，机械开挖在引洸供水二期工程 也应用较为广泛。对引洸供水二期工程的隧洞施工的开挖

技术进行总结，为以后软岩~极软岩隧洞施工提供参考。随 着科技的发展，在小断面的隧洞开挖中不止只有钻爆法，还

有机械(铳挖机和掘进机)，机械开挖现阶段只是在软岩~极 软岩隧洞中有应用，在未来的发展中，随着机械技术的不断 改进，对以后的隧洞施工不仅提高了工作效率，而且更加安

全、经济、可靠。图3机械开挖轮廓线图4爆破开挖轮廓线对两种开挖方式在进尺上较大的差距进行分析：(1)由

参考文献[1] 李科，周孝华.铳挖机在玉瓦水电站引水隧洞V类围岩洞段开

挖中的应用[J].㈣川水力发电.2017.36(191 ):8 -12.于在各工序衔接上，机械开挖为铳挖T出渣T支护T下一循 环(见图2),机械开挖衔接上更加紧密，机械开挖可以一边 开挖，一边出渣，而钻爆法开挖需要爆破一出渣T欠挖部分 爆破T轮廓修整一出渣T支护f下一循环(见图1)，需要的

[2] 海来提•卡德尔.软岩隧洞的施工经验探讨[J].资源环境与工

程.2009.23(5) ：745 -746.[3] 甘肃省水利水电勘测设计研究院.引洸二期供水工程初设地质

时间较长，工序较多；(2)由于机械开挖对隧洞轮邮线控制更 好(见图3),爆破开挖控制隧洞轮廓线较差(见图4),易产生

报告[R].兰州：甘肃省水利水电勘测设计院.2014.70 -80.[4] 王宗敏.软岩隧洞的开挖支护研究一以悬臂式掘进机的应用为

例[J].水电与新能源.2014. (10) ：1 -4.超挖，且轮廓线参差不齐，人工修整时间较长，很难达到机械

开挖的效果；这就是主要造成这两种开挖方式从时间，经济

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