浅谈小断面大坡度斜洞开挖施工的一些注意事项

纪晓宇

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

0 引言

我国是一个人均水资源紧缺的国家，加上水资源在时间和空间上的分布不均匀，随着城镇化和工业化的快速发展，城市生活和工业用水供需矛盾愈发尖锐，缺水成为我国经济和社会进步的重要制约因素，为满足经济社会对水资源的需求，引调水工程就成为一种实现水资源的优化配置的重要手段，20世纪80年代以来，我国陆续建设了不少引水、调水工程，这些引调水工程中大部分隧洞都深埋地下，为便于施工，出现了不少小断面大坡度的斜洞。

小断面大坡度的斜洞在施工中难度较大。断面尺寸小，无法在施工中运用高效的大型机械设备，坡度大不能采用运输车辆进行运输，只能采用卷扬系统进行有轨运输，施工难度大，工期紧张。因此本文结合山西柏叶口水库龙门供水工程2#支洞施工实列，分析如何提高小断面大坡度斜洞的开挖施工效率，浅谈小断面大坡度斜洞的开挖施工注意事项。

1 工程概况

柏叶口水库龙门供水工程是柏叶口水库向交城县供水的配套工程，取水枢纽设在文峪河干流的交城县西社镇沙沟村上游的龙门口，以城市生活和工业供水为主，兼顾农业灌溉。工程规模属中型，工程等别为Ⅲ等，取水规模为1 800万m3/a。

供水管线全长32.434 km，由取水枢纽、输水箱涵、输水倒虹吸、输水隧洞、输水管道（PCCP压力管、球墨铸铁管）及附属建筑物组成,其中沉沙箱涵长0.07 km，输水箱涵长1.284 km，倒虹吸长2.287 km，输水隧洞长9.4 km、压力管线长19.391 km。

本供水工程的重点和难点为2#施工支洞的开挖，2＃支洞里程桩号为0+000～0+299段，向下倾角为19.2°，纵坡为-34.8%，与主洞交叉桩号为9+460.80 m，支洞洞身斜坡段长290 m，与主动联接水平段长25 m，共计315 m，设计标高为950.00～854.61 m，洞身多处于地下水位以下，其中0+000～0+060段为Ⅳ类围岩，主要为风化泥岩及砂岩，岩石自稳时间短，风化、卸荷导致岩体条件差；0+060～0+299段为Ⅲ类围岩，主要为中硬砂岩、软泥岩及砂岩夹薄层泥岩。支洞断面宽4.30 m，断面高度3.15 m，断面为城门洞型（见断面图1）。

图12 #支洞断面图（单位：mm）

2 开挖施工方法

支洞开挖采用全断面钻爆开挖方法，影响施工进度主要在爆破后的出渣工序上，因为开挖断面小、坡度大，对于出渣的设备选用非常有限，最小的挖掘机在斜洞里面转弯半径也不够，装载机出渣也爬不上来。因此支洞出渣采用了卷扬机（10 t）牵引4 m3矿车的有轨运输方式，洞内采用扒渣机扒渣，并且需要人工配合，将石渣倒运进矿车内，再由矿车将石渣运送到洞外，洞外使用自卸式运输汽车将石渣运输到渣场。

3 施工中出现的问题

根据工期要求，支洞要求在4个月内完成，但是在实际施工开始后的2个月里，支洞开挖才完成100m左右，施工进度明显滞后，通过对这段时间施工的各个工序进行详细了解分析后，发现影响支洞施工进度的主要原因有以下几个方面：

（1）施工设备配备不合理，扒渣时间长，效率低；

（2）支洞排水不畅影响着施工进度；

（3）施工工序安排不合理等因素。

4 解决施工中存在的问题

（1）解决施工中的设备问题

由于2#支洞坡度为19.19°，普通的扒渣机在这种坡度上无法完成扒渣，开始施工时因考虑不周到，选用了普通的皮带扒渣机，结果扒渣效果差，在有水的情况下皮带打滑，稍微大一点的石块在扒渣机皮带传送过程中将从皮带上往下滚，无法完成石渣的传送，严重影响到施工进度。根据矿斗的高度和实际坡度情况，联系厂家定做了适合大坡度出渣的双链条式扒渣机。更换双链条扒渣机后，扒渣效率提高了一倍，即使在有水的情况下也能顺利地将石渣传送到矿斗内。

（2）安排人工配合出渣

由于受斜坡条件的限制和扒渣机本身的缺点，扒渣机在斜坡上行走较困难，上下行走基本上都要靠卷扬机钢丝绳拖拽，扒渣机在开始和最后扒渣都得来回的频繁移动，出渣十分的缓慢，对施工进度影响较大，为了减少扒渣机来回移动的次数，加快出渣速度，现场增加4个人工辅助出渣，主要是在开始和最后出渣的时候对扒渣机抓斗够不着的地方采用人工将石块搬运到矿斗车里，在掌子面还剩余少量的石渣用人工清理，用扒渣机扒渣时间较长的时候也采用人工进行清理，这样人工配合扒渣机出渣，每次出渣时间可以缩短2 h，提高了出渣效率，加快了施工进度，也减轻了扒渣机长期超负荷运行的时间。

（3）设置有效的排水系统

由于斜洞是深埋地下，2#支洞所在位置地下水比较丰富，所有的水都汇集到掌子面，严重影响到钻爆和出渣，掌子面水太多石渣不能扒完，底板炮眼施工受到影响。所以施工排水是斜洞施工中一个非常重要的环节，开挖施工能否正常进行，主要看排水系统能不能正常运行，必须要保证施工中掌子面有一个没水的施工环境。因此必须对斜洞内的水进行围追堵截，将水集中到一个地方通过排水系统排出洞外。根据实际施工环境和斜洞出水量的大小，在斜洞内一定距离间设置集水井，集水井的大小要和洞内的涌水量和排水泵的排水量成正比，这样才能保证斜洞内的用水能及时排出洞外，给钻爆施工及出渣创造一个好的施工环境。而且为了减少排水施工成本，集水井里的排水系统安装有接触器开关，可以根据水位的升降来自动控制水泵排水。

（4）加强设备的日常维护、保养

由于斜洞坡度较大，设备上下都比较困难，一旦设备出现故障，即使更换设备也得花费大量的时间，特别是扒渣机，由于扒渣时间长（一般都要工作8 h左右），长期处于超负荷运转，设备故障率高。为保证施工的在正常运行，对容易出现故障的配件提前准备，要求每个班必须对扒渣机进行保养、维修，发现问题及时处理，做到每次进行扒渣工作前保证扒渣机性能完好，对施工过程出现的突发故障，做到配件随时配齐，然后及时地进行检修，做到小问题检修时间不超过1 h，大问题检修不超过4 h。

5 取得的效果

通过对2#支洞在实际施工中存在的问题进入深入的分析，提出了解决问题的方法，在以上一些问题得到解决后，支洞开挖施工效率得到了很大的提高，特别是出渣时间明显缩短，由原来的12 h缩短到7 h以内，整个支洞的开挖施工进度提高了30%左右，使得2#支洞的斜洞开挖按工期完成，为后续主洞的施工争取了时间。

6 结束语

以上就是小断面大坡度斜洞开挖施工过程中的一些注意事项，在本工程斜洞开挖施工中出现了一些问题，通过有效地解决这些问题，使2#支洞开挖效率得到了很大的提高。当然不同的施工环境下，需要值得注意和解决的问题也不一样，在具体处理过程中还得有所改变，需要在实践中反复摸索。