大坡度連續(xù)上坡密閉洞室開挖施工技術(shù)及應(yīng)用

文/楊升源 中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司 湖北宜昌 443002

大坡度連續(xù)上坡密閉洞室開挖施工技術(shù)及應(yīng)用

文/楊升源 中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司 湖北宜昌 443002

金沙江白鶴灘水電站導(dǎo)右岸尾調(diào)錨固觀測洞交通洞洞室長度為468.91m，連續(xù)上坡，平均坡度為11.8%。由于隧洞連續(xù)上坡密閉洞室，對于開挖過程中粉塵長時(shí)間無法排出，爆破后能見度低，并且該洞室距離供風(fēng)點(diǎn)距離較大，如采用傳統(tǒng)式通風(fēng)排煙系統(tǒng)，布置風(fēng)帶過長，施工成本過高。并且大坡度連續(xù)上坡給鉆爆及出渣造成困難，影響開挖進(jìn)度。對于如何降塵是大坡度連續(xù)上坡密閉洞室開挖施工開挖施工中的一個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)課題。文章概述開挖施工中一種新型降塵施工工藝。

連續(xù)上坡；密閉洞室；內(nèi)循環(huán)；除塵系統(tǒng)

1　引言

右岸尾調(diào)錨固觀測洞交通洞，開口起點(diǎn)從6#公路，洞室長度為468.91m，連續(xù)上坡，平均坡度為11.8%，最大縱坡12.8%。由于隧洞連續(xù)上坡密閉洞室，粉塵長時(shí)間無法排出，爆破后能見度低。并且該洞室距離供風(fēng)點(diǎn)距離較大，如采用傳統(tǒng)式通風(fēng)排煙系統(tǒng)，布置風(fēng)帶過長，施工成本過高。并且大坡度連續(xù)上坡給鉆爆及出渣造成困難，影響開挖進(jìn)度。為此，采取內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng),通水配合通風(fēng)進(jìn)行除塵。通風(fēng)采用空壓機(jī)代替軸式通風(fēng)機(jī)，大幅度降低成本。

2　內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)組成

內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)：由通風(fēng)裝置、通水裝置、弧形噴霧裝置三部分組成。

2.2供水設(shè)計(jì)：

從DN200主供水管接水，用DN150支供水管接至交通洞內(nèi)再用DN100支供水管接施工作業(yè)面50m遠(yuǎn)處，降塵用水采用φ50橡膠軟管從DN100供水管接水。接至距作業(yè)面15m處（距離過近，爆破會(huì)炸傷水管；距離過遠(yuǎn)，達(dá)不到除塵效果）。

2.3排水設(shè)計(jì)：

在工作面配置一個(gè)6m3移動(dòng)鋼板水箱，工作面開挖簡易集水坑，將積水抽排至鋼板水箱，然后通過潛水泵將水抽排至已有的ND250主排水管，排至污水處理沉淀池沉淀合格后排放。

2.4供風(fēng)設(shè)計(jì)：

由空壓機(jī)供風(fēng)，供風(fēng)通過DN250主供風(fēng)管接（DN100）PVC支管至距作業(yè)面5m處，距作業(yè)面20米范圍內(nèi)將供風(fēng)管上移沿拱肩固定，防止管路被炸傷。隨著開挖、支護(hù)工作面的推進(jìn)及時(shí)跟進(jìn)延伸布置。

2.5除塵裝置制安：

制作5個(gè)弧形噴霧裝置（可拆卸，重復(fù)利用）。噴霧裝置采用Φ48鋼管，彎至與設(shè)計(jì)拱弧形吻合，弧形管內(nèi)側(cè)每隔60cm設(shè)置一個(gè)噴霧頭?；⌒喂芤欢朔忾]焊接，另一端設(shè)置接頭，與橡膠管對接。噴霧裝置在放炮前連接好，采用膨脹螺栓固定于拱壁，橡膠管延墻壁固定，以免爆破時(shí)對管路造成損傷。相鄰兩個(gè)噴霧裝置間距2.0m，沿著洞室走向均勻布置。

2.6風(fēng)、水量控制設(shè)計(jì)：

內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng)風(fēng)量控制必須符合要求，風(fēng)量過大除塵系統(tǒng)達(dá)不到除塵效果，風(fēng)量過小會(huì)導(dǎo)致除塵時(shí)間變長。根據(jù)5.2m×5.3m(寬×高)開挖斷面及現(xiàn)場施工情況，將通風(fēng)量控制在6m3/min～12m3/min之間為宜。

內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng)水量控制需大于0.5m3/ s。達(dá)到噴霧效果。

2.7內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng)原理

通過密閉洞室洞內(nèi)內(nèi)增壓，洞內(nèi)氣體緩慢向洞外方向移動(dòng)，氣體帶動(dòng)粉塵，輸送至噴霧裝置段，粉塵結(jié)合水汽后，自身重量變大，使得粉塵降落地面，隨污水排出洞外，達(dá)到降塵目的。

2.8內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵程序

爆破前2分鐘，打開通水水閥。形成五道水霧屏障。通風(fēng)管口靠近作業(yè)面，在水霧屏障內(nèi)側(cè)，爆破后供風(fēng)管對作業(yè)面進(jìn)行供風(fēng)，將粉塵運(yùn)至水霧屏障。由水霧屏障對粉塵進(jìn)行過濾、降塵。最終達(dá)到整體除塵效果。除塵系統(tǒng)原理見圖1。

圖1　除塵系統(tǒng)示意圖

2.9內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng)工藝流程

內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng)工藝流程見下圖2。

圖2　內(nèi)循環(huán)通風(fēng)除塵系統(tǒng)工藝流程圖

3　內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)安裝施工說明

3.1弧形噴霧裝置施工

先采用膨脹螺栓（M8×50mm）將弧形裝置固定于頂拱，膨脹螺栓沿拱形布設(shè)，間距為2m?；⌒螄婌F裝置與膨脹螺栓采用8#鐵絲綁扎牢固。為防止爆破對裝置損壞，弧形裝置與拱壁距離小于1.0cm?；⌒窝b置一端裝設(shè)三通，三通與延拱肩布置的主管相接。延洞身方向，每隔2m與主管接通一個(gè)弧形裝置。形成5道降塵屏障。

3.2通水裝置施工

噴霧段10m范圍內(nèi)采用φ50橡膠軟管，軟管與拱肩采用膨脹螺栓（M10×60mm）固定，軟管與拱肩間距小于0.5cm，軟管總長50m，另一端與主供水管接通。

3.3通風(fēng)裝置施工

供風(fēng)通過DN250主供風(fēng)管接（DN100）PVC支管至距作業(yè)面5m處，距作業(yè)面20米范圍內(nèi)將供風(fēng)管上移沿拱肩固定，采用膨脹螺栓（M14×10cm）將供風(fēng)管固定于拱肩，防止管路被炸傷。隨著開挖、支護(hù)工作面的推進(jìn)及時(shí)跟進(jìn)延伸布置。

4　內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)跟進(jìn)施工說明

布置一次內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)可用于3次爆破（單次爆破進(jìn)尺3.0m），內(nèi)循環(huán)除塵系統(tǒng)裝置跟進(jìn)布置。

4.1弧形噴霧裝置跟進(jìn)施工

噴霧段弧形噴霧裝置整體形式不變，與下一噴霧段膨脹螺栓（M8×50mm）采用8#鐵絲綁扎牢固。

4.2供水管延長施工

弧形噴霧裝置每跟進(jìn)3次（27m），軟管總長50m不變，DN100供水管延長27m。

4.3通風(fēng)管延長施工

為達(dá)到排煙效果，供風(fēng)管接（DN100）PVC支管一炮一跟進(jìn)。隨著開挖、支護(hù)工作面的推進(jìn)及時(shí)跟進(jìn)延伸布置。

5　技術(shù)成果

（1）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)作業(yè)面需要就近布置供風(fēng)系統(tǒng)，既施工快捷，又操作簡單。

（2）大坡度連續(xù)上坡密閉洞室，大部分粉塵滯留在上層空間中，傳統(tǒng)式排煙除塵方式很難將粉塵排出；而內(nèi)循環(huán)式通風(fēng)除塵系統(tǒng)，解決了粉塵滯留難題，將粉塵在作業(yè)面內(nèi)進(jìn)行清除過濾。

（3）采用內(nèi)循環(huán)式通風(fēng)除塵系統(tǒng)，與傳統(tǒng)除塵工藝比較，不僅確保了快速除塵技術(shù)要求，又節(jié)約成本投入。

6　結(jié)語

同傳統(tǒng)通風(fēng)除塵施工技術(shù)相比解決了大坡度連續(xù)上坡密閉洞室粉塵滯留上層空間的難題。同時(shí)又以快速將粉塵在作業(yè)面內(nèi)進(jìn)行清除過濾，不影響洞室其他部位的空氣環(huán)境，使得施工既快捷又經(jīng)濟(jì)。該施工技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先。該項(xiàng)施工技術(shù)成功應(yīng)用于白鶴灘水電站右岸尾調(diào)錨固觀測洞交通洞施工，確保洞室開挖施工進(jìn)度，同時(shí)工藝簡單，便于施工，節(jié)約了成本。并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)后，可推廣應(yīng)用于類似洞室開挖施工。為類似工程的快速施工提供技術(shù)支持和參考范例。