桐梓火电厂供水系统小断面隧洞开挖技术

高 炜

(中国水利水电第八工程局有限公司，贵州贵阳 550002)

1 工程简介

桐梓电厂发电有限公司2×600MW机组工程位于遵义市桐梓县城东南侧，距县城直线距离约2.5km，公路距离约3.3km。桐梓供水工程从距厂址1.6km处的天门河水库取水，以满足电厂生产用水需求。输水隧洞开挖采用城门洞形，隧洞净空断面为3m×3m(宽×高)。桩号从K0+000～K1+265，总长1265m，无施工支洞，最大单头开挖长度为700m。

2 施工难点及对策

针对输水隧洞洞径小、工作面长(1265m)、工期紧(须在4个月内完成洞挖和支护施工)、任务重的特点，制定了以下措施:

1)工程开工后，立即开展以洞挖为主线的生产计划和施工组织，确保洞挖工作目标如期开展;2)配备有类似工程丰富施工管理经验的指挥、操作人员参与本工程的管理、施工，确保施工组织有序、各工序顺利衔接;3)制定具有针对性的洞挖、支护方案，以确保施工进度、安全;4)配备成龙配套的施工机械、设备，确保施工顺利进行;5)制定施工目标计划和激励机制:根据总计划制定详细月施工计划、周施工计划，做到以周计划保月计划完成、以月计划保总计划完成，各目标计划完成后及时兑现奖励。

3 隧洞开挖采用的施工方法

3.1 施工方法

本工程隧洞成型后的断面尺寸为3m×3m(宽×高)，施工开挖按整个断面一次钻爆开挖成洞施工，钻孔设备选用YT-28手风钻钻孔，作业平台为自制可拆卸简易平台，爆破采用导爆管分段起爆，光面孔用传爆线起爆，自内向外依次分段毫秒微差起爆。爆破后通风排烟，然后作业面安全检查排险后开始出渣，出渣选用ZL20c装载机装渣、自卸汽车运输出渣。Ⅲ类围岩段采取喷混凝土和钻设结构锚杆支护，Ⅳ类围岩段采用钢支撑及锚喷支护紧跟掌子面的施工方法。1)开挖准备。开挖施工洞内风、水、电就绪，施工人员、机具准备就位。2)测量放线。洞内导线控制网测量采用全站仪进行。施工测量采用红外光电测距仪配水准仪进行。测量作业由专业人员实施，每排炮后进行设计规格线测放，断面测量滞后开挖面10m～15m，按5m间距进行，每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。3)钻孔作业。由熟练的台车技工严格按照设计钻爆图进行钻孔作业。各钻手分区、分部位定人定位施钻，实行严格的钻手作业质量经济责任制。每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查。掏槽孔孔深3.0m，爆破孔孔深2.5m，周边采用光面爆破，孔深2.5m，孔距0.5m，允许超钻20cm。为满足钻孔时的操作空间，采用稍有超挖的方式钻孔，开口在设计轮廓线外2cm左右。钻孔前做到布孔准确，深度相同、方位及孔斜率一致，角度偏差不大于1°，开孔位置偏差不超过3cm。根据我公司地下洞室施工经验和本工程实际地质情况，本工程地下洞室相邻两排炮槎错台控制在10cm内，检查合格后方能进行装药施工。4)装药爆破。爆破材料选用乳化炸药，炮工在凿岩台车装药平台上按钻爆设计参数装药，崩落孔采用φ32mm药卷、Ⅳ类围岩崩落孔采用φ32mm和φ25mm药卷连续装药，周边孔采用φ25mm药卷间隔装药，孔口均用砂袋或炮泥堵塞严实。装药完成后，由技术员和专业炮工分区分片检查，联结爆破网络，撤退工作面设备、材料至安全位置，非电毫秒雷管引爆，周边光面齐爆。5)通风散烟。洞室在整个施工过程中一直启动通风设备通风，爆破散烟结束后，开挖面爆破渣堆洒水除尘。由于隧洞较长，每次爆破完成后每次循环通风排烟时间为0.5h。6)安全处理。爆破后，人工清除掌子面及边墙、顶拱上的浮石和松石，保证出渣和下一循环施工安全。岩面破碎洞段可先喷一层5cm厚C20混凝土，出渣后再次进行安全检查及处理。7)出渣及清底。隧洞石方开挖出渣采用1.1m3小型装载机配自卸车运输出渣。出渣完毕后用扒炮出工作面底部积渣并整平，为下一循环钻爆作业做好准备。隧洞进出口开挖掘进300m内，出渣时采用小型装载机运至洞口，然后再进行装运渣料到渣场，进出口各每隔300m左右断面处开挖出渣中转平台，以利用装载机装渣料。8)支护。开挖过程中必须坚持每完成一个循环即每爆破一次，完成处理和出渣后，就及时进行锚喷(或挂网)支护。不完成锚喷护壁，决不允许进行下一循环的爆破开挖，避免井壁因不及时支护暴露过久，引起井壁塌方的重大质量安全事故的发生。所有地下开挖应严格按照施工图纸所标明的设计开挖线进行放线，不允许任何形式的欠挖;对不衬砌或喷混凝土衬砌的地下洞室，在设计开挖线以内的岩尖角、局部喷混凝土面和锚杆头等，均需按监理的指示进行处理。

3.2 计划的各类围岩洞挖工序作业循环时间表

隧洞施工采用手风钻全断面开挖，设计轮廓光面爆破，中央设直眼掏槽孔。共布置38个炮孔，孔径42mm，孔深2.5m，预期进尺2.3m～2.5m。其中光爆孔16个，孔距50cm～55cm，光爆抵抗线70cm，线装药密度250g/m;崩落孔9个，孔深2.5m，孔距90cm～110cm，层间抵抗线80cm～100cm;底孔8个，孔深2.7m，孔距60cm～70cm;掏槽孔5个，中央直眼掏槽，孔深2.7m。

开挖排炮循环时间见表1～表3。

表1 洞挖工序作业循环时间表(Ⅱ类围岩) h

表2 洞挖工序作业循环时间表(Ⅲ类围岩) h

表3 洞挖工序作业循环时间表(Ⅳ类围岩) h

4 存在的问题及原因分析

1)通风排烟问题。洞内烟尘主要为爆破后的炮烟和出渣机械的尾气。随着隧洞开挖进尺的不断延长，通风排烟时间也越来越长。虽然实际中我们在洞口布置了一台压入式风机并在隧洞内部安置了一台吸出式风机配合通风排烟，但受隧洞洞身小的影响，难以达到理想效果，特别是在出渣的时候排烟效果不佳。2)出渣中转平台施工难度大的问题。随着洞挖进尺的延长，必须施工出渣中转平台(回车道)，但由于只能使用正铲装载机，为保证装载机装渣的高度及宽度，回车道施工时采取了顶部及洞身右侧扩挖的方法，扩挖高度及宽度较大，需要增强临时支护措施，增加了施工时间。

5 结语

在隧洞施工过程中，我们严格按照“新奥法”原理施工，坚持“一炮一设计”，并且在施工过程中根据地质条件不断调整爆破参数和支护形式。开工至今已完成了65%的开挖量，围岩完整部位半孔率达到90%以上，未发生任何安全事故，进度基本满足合同要求。笔者认为:要实现小断面长隧洞的快速施工，关键在于选择合理的钻爆参数，尽量采用“短进尺，多循环”，减小洞室对围岩的夹制作用，同时加强对资源的合理配置，这样就能确保整个工程的安全、高效推进。