引水隧洞開(kāi)挖施工技術(shù)

朱永花

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

引水隧洞開(kāi)挖施工技術(shù)

朱永花

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

紅衛(wèi)橋引水隧洞布置在俄日河右岸，隧洞全長(zhǎng)19497.63m，縱坡i=3.129‰。隧洞斷面為平底馬蹄形，斷面開(kāi)挖底寬4.50m～4.89m，高5.40m～6.16m，引水隧洞工程洞線長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜、工期緊、海拔高、開(kāi)挖技術(shù)難度大，本文通過(guò)對(duì)引水隧洞的開(kāi)挖施工程序和方法做了簡(jiǎn)單介紹，使引水隧洞開(kāi)挖施工質(zhì)量、進(jìn)度上取得了較好效果。

引水隧洞；開(kāi)挖；施工技術(shù)

1 工程概況

紅衛(wèi)橋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州金川縣境內(nèi)俄日河上，工程區(qū)地處川西北高原的南緣，俄日河河床海拔高程3500m～2550m，引水隧洞穿越地層巖性主要為變質(zhì)砂巖、板巖等，巖體厚度一般150m～350m。圍巖以Ⅲ類(lèi)為主，部分Ⅱ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)圍巖，少量Ⅴ類(lèi)圍巖。

引水隧洞K10+154～K19+460.85，共計(jì)9306.85m，共布置4條施工支洞，其中5#支洞控制主洞里程為K10+154～K12+511，共2357m；6#支洞控制主洞里程為K12+511～K15+594，共3083m；7#支洞控制主洞里程為K15+594～K17+955，共2361m；8#支洞控制主洞里程為K17+955～K19+460.85，共1505.85m。

2 前期準(zhǔn)備

2.1 現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃布置

引水隧洞洞挖經(jīng)由5#～8#施工支洞，共8個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖施工。作業(yè)層配備四個(gè)施工組，即5#支洞及其控制主洞施工組、6#支洞及其控制主洞施工組，7#支洞及其控制主洞施工組、8#支洞及其控制主洞施工組，每個(gè)組設(shè)2個(gè)工班，分別負(fù)責(zé)各自范圍內(nèi)的便道施工、洞身開(kāi)挖及支護(hù)、錨噴混凝土等工作。

2.2 施工準(zhǔn)備

施工供電：分別在5#、6#、7#、8#支洞口各配備一臺(tái)630kVA的變壓器，解決洞內(nèi)施工供電。

施工供風(fēng)：在5#～8#支洞口旁分別建空壓站，每個(gè)空壓站分別安裝3臺(tái)24m3/min空壓機(jī)，以供進(jìn)入隧道主洞開(kāi)挖后的兩個(gè)作業(yè)面共計(jì)12臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)鉆孔放炮使用。

施工供水：現(xiàn)場(chǎng)情況5#、6#、8#支洞口附近有水源，在附近山坡上修建高位水池，將水源引至高位水池以滿足施工需求。7#支洞施工用水采用水泵抽取俄日河河水至洞口。

通風(fēng)防塵：分別在5#～8#支洞口各安裝1臺(tái)55kw×2的三速對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)，采用φ1200風(fēng)管。每個(gè)掌子面采用單獨(dú)的通風(fēng)系統(tǒng)，以保證提供給洞室內(nèi)的每一作業(yè)人員最少3m3/min新鮮空氣。

洞內(nèi)排水：各施工支洞和主洞交岔口處設(shè)置集中排水泵站，泵站設(shè)置集水坑，將工作面施工廢水和滲水通過(guò)污水泵抽至附近泵站，排水泵站轉(zhuǎn)排至洞外污水沉淀池，等處理合格后排放。

3 引水隧洞洞室開(kāi)挖

3.1 洞身開(kāi)挖方法

（1）開(kāi)洞原則上采取先鎖口后開(kāi)洞口的程序。

（2）鎖口采用鎖邊錨桿支護(hù)方法，按設(shè)計(jì)圖紙，由測(cè)量人員放樣，并用油漆做好標(biāo)志，然后進(jìn)行定位鉆孔，人工配合平臺(tái)車(chē)安裝φ25，L=450cm錨桿，注漿機(jī)注漿。鎖口處理結(jié)束后開(kāi)始洞身開(kāi)挖。

（3）開(kāi)洞口時(shí)，采取短進(jìn)尺，周邊光爆，嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺在1.0m～1.5m左右，爆破時(shí)盡量多分段，減小單響起爆藥量，減輕對(duì)洞臉圍巖的振動(dòng)影響，保證洞口成形較好。

（4）開(kāi)挖成形后的洞口需及時(shí)錨噴支護(hù)封閉，必要時(shí)采用工字鋼支撐或鋼筋格構(gòu)梁噴砼封閉支護(hù)，洞臉形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（5）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、洞身斷面尺寸大和圍巖不同性狀的特點(diǎn)，洞挖均采用全斷面開(kāi)挖（排風(fēng)洞風(fēng)機(jī)室后期擴(kuò)挖），對(duì)于地質(zhì)條件差的Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖采用超前錨桿或超前小導(dǎo)管支護(hù)，再進(jìn)行鉆爆施工，開(kāi)挖完成后，及時(shí)采用鋼拱架、錨噴和掛網(wǎng)等臨時(shí)支護(hù)跟進(jìn)施工。

3.2 開(kāi)挖施工工藝及措施

3.2.1 Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖開(kāi)挖工藝及措施

先利用發(fā)包方給定的測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)，引入工作面的基準(zhǔn)點(diǎn)作為施工測(cè)量基點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行放樣。Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖開(kāi)挖均采用全斷面開(kāi)挖，手風(fēng)鉆鉆孔，周邊光面爆破的施工方法，錨噴支護(hù)跟進(jìn)。掏槽孔及崩落孔采用φ32藥卷連續(xù)裝藥，周邊孔采用φ25藥卷間隔裝藥，孔口用炮泥堵塞嚴(yán)實(shí)，開(kāi)挖采用非電毫秒雷管起爆、非電傳爆網(wǎng)絡(luò)，周邊光面孔用導(dǎo)爆索網(wǎng)絡(luò)起爆。爆破后采用WL220扒渣機(jī)，18t自卸汽車(chē)運(yùn)渣。

Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖開(kāi)挖工藝流程圖

主要工藝措施：

（1）測(cè)量放線：洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量采用全站儀進(jìn)行。施工測(cè)量采用全站儀配水準(zhǔn)儀進(jìn)行，采用紅外線激光定位技術(shù)放樣。

（2）鉆孔作業(yè)：放樣后，由熟練的鉆工按照爆破設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔作業(yè)，每個(gè)作業(yè)面布置一臺(tái)移動(dòng)式鉆孔平臺(tái)車(chē)配合。施工過(guò)程嚴(yán)格遵循“向掏槽孔要進(jìn)尺、向崩落孔要效率、向周邊孔要質(zhì)量”的原則。

（3）裝藥、聯(lián)線、起爆：裝藥前用高壓風(fēng)沖掃孔內(nèi)，炮孔經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行裝藥爆破；炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)接應(yīng)由經(jīng)考核合格并持有爆破員作業(yè)合格證的炮工嚴(yán)格按批準(zhǔn)的鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行施作。

（4）通風(fēng)散煙、灑水除塵：在洞室開(kāi)挖施工過(guò)程中通風(fēng)設(shè)備一直啟動(dòng)，保證在放炮后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將有害氣體濃度降到允許范圍內(nèi)，爆破散煙結(jié)束后，向開(kāi)挖面爆破渣堆灑水除塵。

（5）安全處理：爆破完成后，掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊由人工先清除，保證進(jìn)入人員及設(shè)備的安全，巖面破碎洞段在進(jìn)行安全處理后，可先噴一層混凝土，出渣后再次進(jìn)行安全檢查及處理。

（6）圍巖支護(hù)：每排炮開(kāi)挖結(jié)束后，穩(wěn)定性差的圍巖需及時(shí)進(jìn)行隨機(jī)錨桿、系統(tǒng)錨桿或錨桿加掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，圍巖穩(wěn)定地段的系統(tǒng)錨桿可滯后開(kāi)挖作業(yè)施工。

3.2.2 Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖開(kāi)挖工藝及措施

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖采用全斷面開(kāi)挖，超前支護(hù)采用超前錨桿或超前小導(dǎo)管注漿的施工方法，掛網(wǎng)噴砼、工字鋼支撐支護(hù)；下層擴(kuò)挖滯后于上層開(kāi)挖支護(hù)“超前預(yù)測(cè)、超前支護(hù)、預(yù)灌漿、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、“穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營(yíng)、穩(wěn)中求快”的指導(dǎo)思想。

（1）開(kāi)挖工藝流程。

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖開(kāi)挖施工工藝圖

（2）主要工藝措施。對(duì)于Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖的開(kāi)挖，除采?、?、Ⅲ類(lèi)圍巖開(kāi)挖工藝及方法外，還應(yīng)根據(jù)圍巖實(shí)際情況，在測(cè)量放樣后，采取超前小導(dǎo)管或超前錨桿等支護(hù)方式預(yù)先加固圍巖，確保圍巖穩(wěn)定，超前小導(dǎo)管注漿及超前錨桿支護(hù)按監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)指示及設(shè)計(jì)圖紙方案進(jìn)行施工。鉆爆后暫時(shí)不出渣，安全處理及平渣后，立即施作一次支護(hù)，采用砂漿錨桿、鋼拱架、掛網(wǎng)噴砼等支護(hù)手段，確保圍巖穩(wěn)定。一次支護(hù)完成后，加強(qiáng)觀測(cè)（變形位移及變形速率觀測(cè)），及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)開(kāi)挖支護(hù)施工，確保成洞穩(wěn)定和施工安全。由WL220扒渣機(jī)，18t自卸汽車(chē)運(yùn)渣。

3.3 開(kāi)挖斷面參數(shù)

引水隧洞斷面參數(shù)：Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖斷面尺寸26.29m2，Ⅳ級(jí)圍巖斷面尺寸28.66m2，Ⅴ級(jí)圍巖斷面尺寸33.66m2，引水隧洞平均斷面尺寸為29.54m2。

3.4 各類(lèi)圍巖開(kāi)挖循環(huán)時(shí)間

在紅衛(wèi)橋水電站引水隧洞開(kāi)挖施工中，采用周邊光面爆破，直孔掏槽，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖地段，平均每月開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺約150m，IV類(lèi)圍巖地段，平均每月開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺約81m，Ⅴ類(lèi)圍巖地段，平均每月開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺約60m。

3.5 炮孔布置

3.5.1 掏槽孔布置

采用直孔掏槽、光面爆破方式，Ⅴ類(lèi)圍巖每個(gè)循環(huán)預(yù)計(jì)進(jìn)尺1.3m，Ⅳ類(lèi)圍巖每個(gè)循環(huán)預(yù)計(jì)進(jìn)尺約1.8m，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖每個(gè)循環(huán)進(jìn)度約2.6m，炮孔與開(kāi)挖作業(yè)面呈45°夾角，炮孔直徑為ф 42mm，每孔全部裝藥，經(jīng)爆破后形成1000×500mm的自由面。

3.5.2 周邊孔的布置

周邊孔包括隧道拱部和邊墻。

（1）主洞Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖共布置孔孔69個(gè)，其中掏槽孔7個(gè)、崩落孔25個(gè)、周邊孔37個(gè)，弧形孔距離500mm，崩落孔孔距1050mm。

（2）主洞Ⅳ級(jí)圍巖共布置孔孔60個(gè)，其中掏槽孔7個(gè)、崩落孔22個(gè)、周邊孔23個(gè)，弧形孔距離600mm，崩落孔孔距1100mm。

（3）主洞Ⅴ級(jí)圍巖共布置孔孔66個(gè)，其中掏槽孔7個(gè)、崩落孔25個(gè)、周邊孔34個(gè)，弧形孔距離600mm，崩落孔孔距1050mm。

4 結(jié)語(yǔ)

紅衛(wèi)橋引水隧洞洞線長(zhǎng)、地質(zhì)復(fù)雜及工期緊的情況下，采用直孔掏槽、短進(jìn)尺，周邊光爆光、全斷面開(kāi)挖的施工方法，確保了本隧洞的施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全。

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.200