浅谈黑沟弃渣坝排洪隧洞开挖施工技术

同红兵

（陕西省石头河水库灌溉管理局 陕西 杨陵 712100）

隧洞按其输水时水流性状不同可分为无压隧洞和有压隧洞。无压隧洞输水时水流不完全充满具有自由表面，有压隧洞输水时水流完全充满无自由表面。隧洞一般分为进口段、洞身和出口段三部分。进口段通常布置有拦污栅、闸门等，其形式有竖井式、塔式、斜坡式等几种。洞身的型式是根据水流条件、地质条件及施工条件而定。有压隧洞一般采用圆形断面或马蹄形断面无压隧洞常用的有圆形、城门形、马蹄形等。石头河水库黑沟弃渣坝主要是按照无压遂洞进行设计，并进行全断面砼衬砌，在隧洞进、出口均采用铅丝笼进行防护。

1 工程概况

黑沟河位于石头河水库下游左岸，自西向东于石头河水库大坝背水坡坡脚流入石头河，属石头河一级支流。黑沟弃渣坝是在石头河水库施工期间，按设计将大量废弃石料堆积于黑沟沟口，未经任何碾压而形成的一座弃渣坝。黑沟弃渣坝最大坝高47m，总堆积量119.46×104m3，形成92.7×104m3的库容，本项目建设主要建设内容为：新建黑沟弃渣坝排洪隧道洞，封堵黑沟弃渣坝原排水涵洞，黑沟弃渣坝防渗加固，增设弃渣坝安全监测设施。

本工程主要是排洪隧洞石方洞挖工程。长度为652m，开挖断面为城门洞型，断面尺寸为2.6m×3.4m，坡降i=4.642%，进口底板高程为738m，出口底板高程为707.7m。隧洞埋深4m～56m，沿线穿越地层为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩，其中Ⅲ类围岩占全长的70%左右，由于Ⅳ～Ⅴ类围岩岩性软弱，属易风化、崩解及软化岩体，成洞条件及围岩稳定条件差，对软岩洞段应进行有效支护处理。

2 黑沟弃渣坝排洪隧洞工程主要施工技术及措施

隧洞开挖方式有全断面开挖法和导洞开挖法两种。开挖方式的选择主要取决于隧洞围岩的类别、断面尺寸、机械设备和施工技术水平，合理选择开挖方式，加快施工进度，节约工程投资，保证施工质量和施工安全意义重大。

隧洞开挖前，根据围岩地质情况编制详细的爆破计划，进行爆破试验，并根据爆破效果，用类比法初选和优化爆破参数。然后，针对各类围岩条件，分别对掏槽孔、爆破孔、周边孔作炮孔布设，炮孔数目可以按照装药平衡原理进行初步计算，钻孔位置误差不大于5cm，且水平方向严禁相互交错通气。合理的炮孔深度随围岩类别而定：Ⅱ、Ⅲ类为2.0m～2.5m，Ⅳ、Ⅴ类为1.8m～2.0m；炮孔力求做到“平、直、齐”，严格执行操作规程上的精度要求。

2.1 工程的施工原则

按照施工组织要求，采取中心掏槽、周边爆破、毫秒雷管分段起爆，严格控制装药量，减少爆破对围岩的扰动，杜绝欠挖，控制超挖，严格控制规范起伏差在20cm以内。遇到Ⅳ～Ⅴ类围岩断层破碎带时采用“短进尺、弱爆破、超前锚杆、及时喷护、勤量测、及时封闭”的技术措施。

2.2 工程施工顺序

根据主要工序进行排列：①进行工作面整理；②根据设计要求测量放样；③钻孔、装药起爆；④通风排烟；⑤排险、安全监测，并根据围岩实际情况进行洞身支护；⑥出碴运输（采用扒碴机出碴）；⑦施工排水。

2.3 主要工序施工方法

钻爆是保证开挖断面轮廓平整准确、减少超欠挖、降低爆破震动、维护围岩自承能力的关键，采用钻爆法施工技术，基本上可以达到光面爆破的效果。

（1）测量是控制开挖轮廓精确度的关键。洞内控制测量采用DMY-1型隧道断面激光测量仪，每一循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置（见爆破施工炮孔布置图，图1）。用全站仪准确绘出开挖轮廓线及周边孔、掏槽孔和爆破孔的位置。距开挖掌子面50m埋设中线桩，每100m设临时水准点。每次测量放线时，对上次爆破效果检查一次，并及时采用计算机处理测量数据，修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。

图1 排洪洞石方洞挖施工炮孔布置图

（2）造孔主要采用自制简易造孔台车、YT-28手风钻进行造孔。钻孔前先按设计标出孔位。钻孔时，按设计位置和方向准确钻进，特别要控制好掏槽孔的方向和深度，以保证掏槽效果和提高进尺。为了下一循环钻孔方便，周边孔钻孔方向向开挖边线以外倾斜2°；为了保证其位置和方向准确，取得良好的爆破效果，掏槽孔向轴线中心底孔方向倾斜7°；辅助孔钻孔方向平行于洞轴线。

（3）装药起爆单耗根据不同围岩现场确定，周边光爆孔采用导爆索起爆，采用间隔装药结构，辅助孔、掏槽孔均用非电毫秒雷管分段起爆。起爆程序为：掏槽孔—爆破孔—周边孔。依据爆破参数表1实施洞身段岩石开挖爆破。爆破采用锥形掏槽方式，装药采用人工装药，起爆网络为非电毫秒微差起爆网络。

表1 Ⅲ类围岩爆破参数表

（4）通风排烟。进洞掘进在50m以内自然通风。进洞50m以外施工采用通风机进行压入式通风，一台通风机安在洞外15m处，风管用帆布风管，挂在边墙上，出风口距开挖面15m～20m。洞内距工作面20m处安装另一台通风机，由内向外排烟，若排烟困难，用高压风辅助通风。在出渣期间继续排风以清除运输车辆所产生的废气。

通风管理是通风效果好坏的关键，为了确保通风效果，必须加强通风管理。通风管要始终保持平、直、顺，接头严密不漏风，若有破损及时修补或更换。通风系统安装后，不经允许不可随意改动，非管理人员不得随意开关风机。

（5）排险、安全监测在洞内排烟结束后，派2名专职安全员用排险杠对洞内悬空或两侧松动的危石进行排除，并在一定位置安设数组观测锚杆，定时监测其位移，分析检测结果，发现异常情况及时采取有效的临时支护措施，确保进洞作业人员及设备的安全。

（6）洞身支护施工与洞挖施工交叉进行，在岩石较好（Ⅲ类围岩）的部位可适当与开挖面保持一定距离，边开挖边支护。在岩石较差部位（Ⅳ、Ⅴ类围岩）要加强支护，紧随开挖面及时支护；岩石情况恶劣存在安全隐患的部位使用钢支撑进行支护施工，以确保洞室施工人员、机械的的安全。

洞内Ⅲ类围岩采用随机锚杆进行支护，支护施工采取锚杆施工。

洞内Ⅲ、Ⅳ类围岩采用喷护混凝土或锚杆及喷护混凝土进行支护，支护施工采取喷护混凝土施工或先锚杆施工，后喷护混凝土施工的顺序进行。

洞内Ⅳ、Ⅴ类围岩，采用锚杆及挂网喷护混凝土进行支护，支护施工采取先初喷护混凝土（3cm～5cm），再施工锚杆、挂钢筋网，后补喷混凝土（满足最终10cm要求）施工的顺序进行。

根据开挖后的地质情况需要采用钢支撑支护的洞段，采用先初喷，再钢支撑，后网喷混凝土的顺序施工。洞内锚杆采用手风钻在钻孔台架上造孔，注浆机注浆。人工安装钢筋网片采用洞外人工绑扎制作，洞内安装。混凝土采用混凝土喷射机湿喷法施工；钢支撑采用场外加工、现场拼接、安装、加固。

（7）装碴及出碴施工。本工程装碴及出碴采用扒碴机装碴，使用三轮运输车运输。每次爆破后工作面经过检查和排险后立即进行清碴，本工程出碴专人负责调度安排，综合安排重车和空车的循环运输。

为保证施工石渣拉运安全，弃碴拉运规划各工作面的行车路线，并严格控制装碴高度和装碴量。工作面爆破前，石碴装运等机械全部停止作业，人员机械全部撤离到警戒线外，待解除警戒后再开始施工。对于过大石块，必须解小后再装运上车。

（8）施工排水。本工程施工是由出口开始向进口开挖，排洪洞施工排水主要为裂隙渗水、施工弃水等，因此在顺坡施工段隧洞底部一侧设置排水沟，根据洞内水量大小在洞底一侧或两侧设置排水沟道，将裂隙渗水、废水引至排洪洞出口的集水坑内，经沉淀后，采用2吋潜水泵排入河床。

为防止洞内排水对环境的污染，洞口处设一沉淀池，洞内污水经沉淀符合排放标准后排走，或者供工程使用。

洞内如遇较大的裂隙水时，采用水泥浆或化学药剂对围岩进行压力灌浆，堵塞通道。清基排水工作完成后再进行下一个循环作业。

2.4 爆破开挖质量控制

为了控制好开挖轮廓，减少超欠挖，达到光面爆破和预裂爆破效果，认真分析研究，调整优化装药量以及钻孔位置、深度等参数，并且严格控制。钻孔时尽量做到准（位置）、平（平行）、直（方向）、齐（孔底）。

2.5 钻爆循环

排洪洞洞身开挖单循环进尺为2.0m，每个循环时间约8个小时，每天工作三个循环，每月按26天有效工作时间计算，月平均进尺156m。

3 结语

黑沟弃渣坝由于原排洪洞坍塌、堵塞，在2011年9月迎来了建坝以来最高水位，虽然经过抢险排洪安全度汛，但对石头河水库的防汛安全仍带来一定的安全隐患，为此，实施石头河水库二期除险加固工程。黑沟弃渣坝排洪隧洞工程只是二期除险加固工程的一个标段，根据该工程特点以及地质情况，经过研究分析，在本工程中应用了钻爆法等施工技术以及钢支撑支护等措施。笔者个人认为黑沟排洪洞的开挖施工采用的方法、方案是符合该工程特点的，是成功的。陕西水利