小断面输水遂洞钻爆法快速施工技术

2010-09-05姜长杰门玉华师晓燕

地下水 2010年2期

关键词：进尺台架风管

姜长杰,门玉华,师晓燕,张颖

(1.辽宁省白石水库管理局,辽宁朝阳 122000;2.辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局,辽宁朝阳 122000)

小断面输水遂洞钻爆法快速施工技术

姜长杰1,门玉华2,师晓燕1,张颖1

(1.辽宁省白石水库管理局,辽宁朝阳 122000;2.辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局,辽宁朝阳 122000)

着重从多功能简易钻孔台架的应用,小断面输水遂洞光面爆破、设备配套、施工通风、Ⅱ 类、Ⅲ 类围岩全断面开挖等方面介绍输水遂洞快速施工中取得的一些经验和技术。最后得出要实现小隧洞快速施工需要从技术革新、设备配套、安全文明施工努力,另外提高管理人员和技术人员的业务水平,辅以相应的措施和辅助工具,进行施工过程中的严格监控,也是重要的因素。

输水遂洞;钻爆法;钻孔台架

隧洞掘进施工主要有两种方法:一种是近几年从国外引进的 TBM掘进。TBM掘进机施工速度快,但由于其成本高,且对地质变化适应性差,所以其发展受到各方面的限制。另一种就是钻爆法,钻爆法由于其灵活多变,适应性强,应用较广,但是进度较慢。

1 工程概况

阜新引白水源工程纵跨北票市、义县、阜新市,输水总规模为 28.5×104m3/d,主体工程主要包括预处理厂、加压泵站、输水管线、输水遂洞、净水厂及配水泵站等。取水口为白石水库预留的工业取水口,取水能力为 37.62×104m3/d,输水遂洞位于北票市马家营子村西北,全长 1 662m。

2 设置隧洞原因

输水管线在北票市马家营子村西北穿过,该处地貌类似为剥蚀低丘和丘涧沟谷,地面坡度较缓,地面标高介于 200～260m之间。输水管道压力线在此处标高低于 200 m,采用埋管难以穿越,必须设置输水遂洞,且洞内水流为无压流,隧洞断面为 2×2.5m的城门洞形,隧洞底坡 0.503‰ 。

3 全断面开挖

此输水隧洞为 Ⅱ类、Ⅲ类围岩,采用全断面光面爆破开挖,运用多功能简易钻爆钻孔台架。6台风枪同时掏钻,小断面锥形掏槽,小直径药卷间隔装药,机械化配套,大功率风机大直径软管风筒压抽结合通风等新技术,钻爆时间在 4 h以内,通风排烟 30 min,装渣运输控制在 3 h以内,取得了日掘进 3循环,平均循环进尺 2.2m,最高日进尺 6.6m,炮装错台 ∠10 cm,炮孔痕迹率达 80%以上良好成绩,全断面光爆循环时间及工艺流程见表 1。

测量放线→钻孔台车就位→钻孔→清孔→装药→爆破→通风孔排烟→找顶刷邦→出渣→下一循环。

表 1 光爆工艺流程

3.1 多功能简易钻孔台架

在以往的小隧洞施工中,一般一人把一台风枪,由于断面小,只能 2～4把风枪同时作业,由于本隧洞采用多功能简易钻孔台架,风枪台数增加至 6台 YT-28风枪同时掏钻,施工速度得到大幅度的提高。这一技术的运用,将小断面隧洞全断面开挖风枪数增至 8台,大缩短了钻眼时间,多功能简易钻孔台架结构见图 1。

多功能简易钻孔台架同样可以用来进行施工支护及喷射砼,利用这一便利条件,结合隧洞地质条件,将 Ⅱ 类、Ⅲ 类围岩采用全断面开挖,开挖后在钻孔台架上同时进行支护和下一循环开挖,同时可增设钻孔台架进行喷射砼。

3.2 小断面锥形掏槽

爆破的成功取决于掏槽是否成功,进尺的大小取决于掏槽的深度。在以往的小隧洞施工中,由于受掏槽深度的限制,循环进尺只有 1.5 m左右,掏槽成功率也不高。我们经过多次反复研究试验,发现以往的掏槽方式进尺小的原因是掏槽面积小,角度不够,夹制力大。受此启发,拓展思维,突破掏槽眼掏“槽”的限制,在“掏槽眼又是爆破眼”这一概念的指导下设计了小断面锥形掏槽型式,掏槽眼 4个,掏槽眼倾角 32°,掏槽眼深 2.5m,循环进尺 2.2 m。由于锥形掏槽技术的成功,大大减少了炮孔的数量和雷管、炸药的数量,6台风枪同时掏钻,不会因掏槽眼的布置而控制钻爆时间,全断面光爆及掏槽眼布置见图 2。

图 1 多功能简易钻孔台架结构图

图 2 全断面光爆及掏槽眼布置图

3.3 光面爆破

Ⅱ类、Ⅲ类围岩均采用全断面光爆施工,采用小断面锥形掏槽,减少了炮眼、雷管和炸药数量,Ⅱ 类、Ⅲ 类围岩开挖断面 7.86m2,炮眼数量 37个左右,炸药单耗 0.6 kg/m3左右。施工中风枪手定岗定位,周边眼及拱部、左边墙、右边墙、掏槽眼、抠板眼都专人负责。爆破轮廓圆顺,炮茬错台∠10 cm,炮孔痕迹承达 80%以上,平均循环进尺 2.2m。

3.4 装渣运输

本着“开挖能力大于施组要求能力,装渣能力大于钻爆能力,运输能力大于装渣能力”的原则,配备了合理、先进的装渣、运输设备。

放炮后,用山东永兴液压机械厂研发的 YW 1─30型装渣机装渣。此机械方便灵活,无污染,获国家多项研发专利。配备 TYPJ─1150 DA 2型三轮运输车三台运渣,由于弃渣厂距隧洞较远,运渣车一次运渣至弃渣厂,避免了二次倒运,50 m设置一回耳洞减少了车等车的时间,加快了出渣效率。

考虑到装渣运输设备故障因素,对直接影响施工进度的重要设备考虑备用,但备用设备不闲置,如当装渣机出现故障时,由 ZL09F─Ⅱ型装载机与三轮运输车配合出渣,掘进主要机械配备见表 2:

表 2 掘进主要机械配备表(单面)

4 施工通风

快速掘进意味着单位时间内炸药用量增加,无轨运输,双面掘进通风距离单向长达 860 m,施工期间洞内出渣车辆3台,装渣机 1台,装载机 1台,炮烟、粉尘、内燃机废气的排出,施工人员和内燃机的供氧,深进尺、高埋深、内燃机产生热量,导致洞内温度升高等,施工通风要解决稀释排除废气、供氧及降温,难度之大不言而喻。

4.1 通风系统的配置

为解决通风问题,首先进行通风设计计算,对各种通风方案进行比选,决定选择压抽结合式通风,采用 BK 54─4N08型风机 2台接力向洞内压风 (功率 2×110 kw),Ф485高强拉链软风管,洞顶每 200m打一 Ф200通风孔,配 BK 54─4N 08型风机由通风孔向外抽风,形成流动空气,保证洞内空气清新,供氧充足。

4.2 风机操作标准

(1)风机安装位置视洞深确定,不但保证通风顺畅,更要避免回风污染;

(2)风机支架稳回结实,避免振动时震动摇晃;

(3)风机派专人值班,按规定要求操作风机,如实填写记录。

4.3 风管安装标准

(1)风管必须有出厂合格证,使用前进行外观检查,保证无损坏,粘连牢固平顺,接头完好严密;

(2)所选用风管保证百米漏风北和摩阻力小,有效风量大,并有足够的强度;

(3)风管挂设要平、顺、直。在作业时,先由测工准确定出挂线位置,并以 5m的间距标出锱杆位置,安装风管悬挂锱杆,锱杆长 1m,安装后外露 20 cm;

(4)风管悬吊要稳固,县挂高度一致,风管吊挂在 Ф6 mm的钢丝绳拉线上,钢丝绳拉紧用紧线器拧紧;

(5)风管吊挂要每 100 m挠度 ≤150 mm,转向偏差 ≤300mm/100 m。

(6)为避免 Ф6mm的钢丝绳受冲击振动,洞内潮湿空气腐蚀等原因造成的拉线突然断裂的影响,间隔 1个锱杆增设 Ф10mm的尼龙绳挂绳一个。

(7)为克服长期使用风管疲劳造成的长度延伸,挠度增大,每月进行一次系统检查,每 100m为一个检查调整段,风管拉紧后去除多余部分增设钢筋接头,绑捆牢固。

(8)风管末端安设长 10m的旧风管,以减少爆破冲击和飞石造成的风管损坏。

4.4 风管的维护

(1)成立专门的通风作业班组,负责风管的向前接长、维护和更换;

(2)对于轻微破损的管节,采用快干胶粘贴的方法修补,对于严重破损的管节及时更换;

(3)因洞内渗水和温度变化的影响,风管内积水,每月应排水 1次,减少风管承重和阻力。

(4)施工中应加强通风管理,将通风管平顺,漏风承减到最小,每隔一定距离用风速仪测风速,测算结果表明,百米漏风率在 0.6%以下,放炮后 30m in进行空气质量检测,各项目指标符合要求。

5 临时设施

在以往的施工中,认为临时设施完工后就作废,所以在修建临时设施时,即使供风、供水、供电、通风等很主要、复杂的项目,也从不进行设计计算,凭经验配置。施工中敷衍了事,不认真把好质量关,结果临时设施暴露出来的问题往往很严重。例如供风方面,由于高压风管过细或漏风过多,风量不够,不得不停工整治;通风方面,施工中排烟不好,放炮后通风达几个小时,甚至根本无法排出,只能停工整治。我们的宗旨是临时设施与主体工程同等对待,风、水、电等重要临时设施进行设计验算,生产、生活等其它临时设施规定建设标准,并绘制施工图。施工中严把质量关,并实行临时工程质量责任制,从设计、检算、材料采购到施工过程的质量控制,都明确责任人,负责该项目的就一定负责到底。