峡谷地区长距离小断面隧洞施工技术研究

李棉巧

摘要：随着水利工程的发展，水利水电工程中小断面长距离引水隧洞布置越来越多，熟练掌握此类型隧洞开挖支护合理的施工方法及程序，为以后干好同类工程具有很高的借鉴作用。

Abstract： With the development of water conservancy projects， the layout of long-distance small-bore tunnels in the water resources and hydropower engineering is more and more. To skillfully master the reasonable construction method and procedure of the tunnel excavation and supporting has high reference value for the similar projects in the future.

关键词：水利工程；长距离小断面隧洞；施工技术研究

Key words： water conservancy project；long-distance small-bore tunnel；research of construction technology

中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0133-02

0 引言

水利水电工程中国内外已建成的10km以上的水工隧洞达90座，中国占11座。国内已建成长度5km以上的引水发电隧道20座。随着水利工程的发展，水利水电工程中隧洞布置越来越多，有导流隧洞、引水隧洞、泄洪隧洞、尾水隧洞等。小断面长引水隧洞也将成为普遍现象，熟练掌握此类型隧洞开挖支护合理的施工方法及程序，为以后干好同类工程取得实际经验及经济效益将有积极意义。

1 项目概述

梭罗沟二级水电站引水隧洞由1#、2#、3#引水隧洞、施工支洞、连接隧洞、洞内沉沙池、溢流冲沙洞、调压井和压力管道等组成，其中1#洞长4749.172m，2#洞长1072.728m，3#洞长1579.261m，溢流冲沙洞长103m，连接隧洞长300m，压力管道450.5m，均为小断面隧洞，隧洞断面型式为马蹄形、圆形和城门型等，最大开挖断面14.86m2，最小开挖断面6.382m2。

工程岩体的主要特点是工程处在峡谷高海拔地区，隧洞距离长，工作面分散，隧洞断面小。隧洞地质情况复杂，穿过的地层有三叠系上统新都桥组、三叠系上统侏倭组、三叠系中统杂谷脑组，岩性主要以深灰色粉砂岩、细砂岩为主，局部分布有灰岩、白云岩。岩体呈厚至巨厚层状，地表出露岩体为弱风化。洞室所处岩体为微新岩体，节理裂隙微发育，地下水主要表现为基岩裂隙水，无区域性断裂通过。沿引水隧洞线路发育三条冲沟，隧洞埋深50-80m节理裂隙较发育，岩层条件较差，其中一条冲沟常年有流水。根据揭露情况看，溢流冲沙洞地质条件为强风化岩层，属Ⅴ类围岩；1#引水隧洞过流水冲沟段遇较大山体透水，属Ⅳ类围岩，1#引水隧洞其他洞段为Ⅱ、Ⅲ类围岩；2#引水隧洞为Ⅱ、Ⅲ类围岩；连接隧洞埋深较浅，基本属于Ⅳ、Ⅴ类围岩；压力管道为Ⅱ、Ⅲ类围岩。

工程施工需克服冬季运输困难，不良地质洞段开挖支护困难，地质条件好洞段爆破单耗高、进尺不理想，斜井断面小、坡度大、气腿钻气腿角度难以满足斜井坡度等技术难题。

2 技术研究难点

①运输困难；②断面小，爆破效果差；③隧洞长，通风困难；④洞内山体大透水施工难度大。

3 技术方案研究及实施

3.1 施工道路布置

3#施工支洞便道纵坡大，冬季施工车辆因积雪无法通行，采取洞口段设置溜筒，山体平缓处设置集渣平台，弃渣通过溜筒进入集渣平台，二次转运到渣场。4、5、6、7#施工支洞通过索吊解决运输问题。

由于引水隧洞距离长，布置了7条施工支洞，4#、5#施工支洞口布置长跨400m的8t缆索吊用于洞挖出渣、材料运输等；本工程属于高海拔地区，冬季温度地，历时长，3#支洞施工道路纵坡大，道路結冰出渣困难，施工便道起点附近边坡上选择平坦部位作为集料渣场，从洞口设溜筒到集料渣场，出渣通过溜筒溜到集料渣场，二次转运到弃渣场，解决冬季出渣问题。

3.2 隧洞开挖

由于隧洞断面小，采用直眼掏槽，周边光面爆破。遇到十分完整，少节理岩层的洞段，采用潜孔钻（钻头直径120mm）造深空孔，改变爆破掏槽方式，减少每循环造孔量，降低爆破单耗，改进爆破效果。同时潜孔钻造孔同时还可以起到超前勘探作用。

斜井直径3.2m，坡度60度，采取上山法和下山法爆破开挖，由于断面小，采用小导洞开挖再扩挖的方式难度大，本工程采用“长短孔”的方式（即上半圆短孔，下半圆长孔）钻孔爆破开挖，可以有效解决气腿钻气腿角度难以满足斜井坡度的难题。

1、2、3#引水隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩洞段，如裂隙发育，则采用“九眼”或“七眼”直眼掏槽一次爆破到位，如围岩完整，则采用潜孔钻造中空孔，“四眼”或“三眼”直眼掏槽的方式爆破到位。掏槽孔布孔方式详见图1。

该爆破方式周边孔间距50-60cm，主爆孔间距70cm，孔深2m；掏槽孔孔深2.2m，一般布置3-4个小孔，大孔孔深10-15m，不装药；爆破进尺2m，单耗2-2.2kg/m3。

溢流冲沙洞及连接隧洞采取上下台阶法开挖，上台阶开挖高度控制到最低，减少爆破震动，充分发挥超前锚杆作用。下台阶滞后一个循环后，上下台阶同时爆破，加快开挖进度。为预防塌方，上台阶开挖周边孔不装药或少装药，人工风镐修整控制塌方。溢流冲沙洞Ⅳ类围岩小断面洞段上下台阶法开挖方法见图2。

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3.3 洞内支护

各条隧洞塌方洞段通过掌子面素喷、超前锚杆（或自进式锚杆注浆）、钢支撑、挂网喷护、工字钢管棚等方式确保施工安全和进度。

1#施工支洞流水冲沟透水洞段采用钢支撑满铺薄钢板、袋装混凝土干料回填等强支护方式通过，确保施工安全和作业人员职业健康。

3.4 长距离隧洞通风

小断面隧洞开挖洞口布置轴流风机通风，洞内间隔300m布置一台轴流风机接力通风。斜井段在中平段和上平段采用XY-2型地质钻机在断面圆心点造直径168mm中空孔，加快空气流通，减少排烟时间，同时可增加导向作用，作为大孔直眼掏槽的中空孔。

3.5 不良地质洞段施工难

塌方地段开挖及支护措施：采用潜孔钻超前地质预报，采用采用超前注浆小导管或自进式中空锚杆超前支护，分台阶开挖，减少上台阶开挖高度，使得超前锚杆和超前小导管的作用发挥到最大。为避免开挖下台阶时发生掌子面震动造成塌方，上台阶始终超前下台阶一到两个循环。遇到顶拱大塌方或者冒顶时，先在起拱线附近人工刨出平台，采用工字钢对顶拱以上形成防护棚，钢支撑先完成拱部分安装，喷护完成后再逐榀接腿，将安全风险降到最低。

3.6 山体大透水洞段施工

穿越有流水的山体大冲沟时，采用潜孔钻超前勘探，预报是否有大透水。遇到山体大透水时，先调查冲沟水流渗透部位，可采取冲沟内筑坝管道引流的方式使流水避开渗透部位。洞内穿越透水冲沟时，采用钢支撑满铺薄钢板支护，空腔采用袋装水泥砂石混合料填充，可确保钢支撑的稳定，可以有效防止透水对作业工人的职业健康影响，解决大量透水无法喷混凝土的技术难题。

4 本项目的创新性分析

①“九眼”或“七眼”小孔直眼掏槽爆破与大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破對比后，大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破有利于降低爆破成本，减少了单循环造孔时间，减少了非电雷管和炸药的使用量，单循环爆破进尺大大增加。

②溢流冲沙洞上下台阶短进尺法开挖充分发挥了超前锚杆对顶拱超前支护的效应，减少了顶拱每次爆破的塌方量，较普通的小断面隧洞权断面开挖，更安全，进度更快。

③1#施工支洞透水洞段钢支撑外缘满铺薄钢板，袋装混凝土干料回填，可保证作业工人的干地作业，同时确保钢支撑稳定。解决了普通钢支撑挂网喷护喷混凝土无法作业和支护后作业环境较差的难题。

④3#支洞洞口沿边坡设置溜筒出渣至转渣平台，解决了冬季通过施工便道车辆因道路积雪打滑的问题。

5 经济效益和社会效益分析

①大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破每个断面减少造孔（小孔）量达10个，减少造孔时间2-3小时，爆破单耗从原来的3-4kg/m3降至2-2.2kg/m3，减少使用非电雷管10发，爆破成本可降低3-4元/m3，施工进度可大大加快，该工艺已经广泛用于1#引水隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩洞段开挖，取得良好效果。斜井直径3.2m，坡度60度，采取上山法和下山法开挖，采用“长短孔”的方式（即上半圆短孔，下半圆长孔）钻孔爆破开挖，有效解决了气腿钻气腿角度难以满足斜井坡度的难题。

②溢流冲沙洞采用上下台阶法，下台阶滞后上台阶一个循环同时起爆的方式开挖后，每再次发生顶拱塌方问题，确保了施工安全，每天可完成一个爆破支护循环。

③1#施工支洞透水洞段钢支撑外缘满铺薄钢板，袋装混凝土干料回填支护为施工人员创造了较好的施工环境，减少了作业人员生病、受到安全伤害的机率，使得安全顺利通过透水洞段（冲沟下）变为可行。

④3#支洞洞口沿边坡设置溜筒出渣至转渣平台，确保了该部位冬季施工的可行性，稳定了冬季施工队伍，施工进度获得保证。4、5#施工支洞口布置长跨400m的8t缆索吊解决了洞挖出渣、材料运输难题，使得该部位施工进度有保证。

6 存在的主要问题及改进措施

本研究课题是在梭罗沟二级水电站小断面长距离隧洞施工遇到爆破单耗大效果不理想、透水无法作业、冬季出渣困难、不良地质洞段开挖安全及进度无法保障制约工程发电目标的矛盾下孕育而生。因水电站施工环境差异而具有特例性，在运用到其他项目中还需经过反复调研，并进行相应的论证及适当调整，合理的修改后方可实施。

7 技术总结

小型电站长距离小断面隧洞施工目前面临着设计深度不够，地勘资料少等不利局面，要保证施工安全、施工进度、合理的利润，在施工中只有自身不断创新、改进施工工艺、创新工艺，才能在当今的不断萎缩水电市场立于不败之地。

参考文献：

[1]赵才顺，王俊平，张福宝.加快长距离小断面隧洞掘进速度的施工措施[J].山西水利科技，2002（02）.

[2]徐建新.小断面长隧洞施工管理[J].甘肃农业，2012（10）.

[3]潘文峰.引水隧洞小断面长距离的施工通风技术[J].科技与企业，2012（12）.