水工隧洞大断面进水口闸后渐变段开挖爆破施工技术

应慧能

摘 要：大断面洞室的开挖是水电开发中必不可少的环节，大断面洞室的渐变段部分又是其中的施工难点和重点。大断面渐变段洞室的开挖爆破成型质量控制难度大，其爆破质量将直接影响后续施工（如结构混凝土回填浇筑）成本的增减，施工控制不当将带来严重的质量和安全隐患。

关键词：大断面；渐变段；洞室；爆破；技术

中图分类号：TU991.05 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0095-03

1 施工技术特点

（1）洞挖施工时采用以“新奥法”为主的施工方法，依据“新奥法”原理，严格按“超前探测、超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工，确保围岩成洞的稳定。

（2）开挖结束后按照需要及时喷混凝土、预应力锚杆和系统锚杆施工、挂钢筋网、喷混凝土等施工结束后才可进入下个开挖循环。在开挖过程及时进行施工监测，根據揭露出的地质情况，合理调整施工参数。

2 适用范围

本施工技术以溧阳抽水蓄能电站下水库尾水隧洞出口渐变段为依托，渐变段洞身长15m，洞口开挖跨度为13.3m，开挖断面由13.3m×13.3m正方形洞渐变过渡至直径13.3m的圆形洞。推而广之，本施工技术适用于所有大中型水电站水工隧洞大断面进/出水口闸后渐变段开挖爆破。

3 施工工艺原理

（1）进洞开挖前依据不同地质条件选择合适的锁口支护形式，如锁口加强锚杆（钢筋桩）、超前小导管、锁口钢拱架等形式的一种或多种组合。确保安全后方可开始洞挖。

（2）采用导洞先行贯穿、再分层分块扩挖至设计断面的方式施工。超前支护与系统支护及时跟进，确保人员安全。

（3）通过选用合适的开挖钻爆设备及机具，确定在不同设计体形，不同地质条件中的钻进工艺。通过不同的地质条件，选择不同的爆破参数（如爆破器材、爆破单耗、线装药量、间排距等的选择），进行爆破试验选定最优爆破参数。

（4）每次爆破完成后，进行爆破总结分析，对下次爆破做出参考，做到不同地质条件、不同工况条件下的“个性化”施工。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 水工隧洞大断面进水口闸后渐变段开挖爆破施工工艺流程

4.2 洞挖施工规划

1#、2#尾水隧洞开挖分开进行，待1#尾水隧洞开挖完成后再进行2#尾水隧洞开挖。

洞挖施工时采用以“新奥法”为主的施工方法，依据“新奥法”原理，严格按“超前探测、超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工，确保围岩成洞的稳定。

开挖结束后按照需要及时喷混凝土、预应力锚杆和系统锚杆施工、挂钢筋网、喷混凝土等施工结束后才可进入下个开挖循环。在开挖过程及时进行施工监测，根据揭露出的地质情况，合理调整施工参数。

4.3 洞挖施工程序和方法

1#、2#尾水洞出口渐变段洞身长15m，断面由正方形渐变至圆形，洞口开挖跨度为13.3m，洞内支护采用系统锚杆、预应力锚杆、喷混凝土等方式。

进洞前，按要求完成洞脸和洞口部位系统支护包括系统排水孔、锁口加强锚杆、钢筋桩支护、超前小导管注浆形成小管棚后方可开始洞挖。

1#、2#尾水隧洞出口渐变段开挖在洞脸支护完成后进行，采用上导洞先行贯穿、再扩挖至设计断面的方式施工，注浆小导管超前支护、系统锚喷及时跟进的方式联合施工。

上导洞先行开挖贯通，完成导洞临时支护后进行导洞下部扩挖，随后进行导洞顶拱段系统支护。待顶拱支护完成后再进行左侧、右侧和下部扩挖。

上导洞开挖断面尺寸：4.3m×4.8m，开挖采用手风钻钻孔，非电毫秒微差爆破，顶拱光爆，循环进尺1.0m左右。扩挖采用手风钻钻孔，非电毫秒微差爆破，周边光爆，循环进尺2.0m左右。

进洞断面为13.3m×13.3m正方形洞，为保证该段开挖时的顶拱安全，将顶拱由直线段改为起拱50cm左右（视岩石情况）高，可有效的改变顶拱受力状态。进洞时根据洞脸岩石情况，增加2～3榀钢拱架支护。

4.4 爆破参数设计

由于1#、2#尾水隧洞洞内混凝土衬砌贴近爆破工作面，故需采用控制爆破设计。

4.4.1 最大单段药量计算

按爆破振动安全允许距离计算公式计算：

R——爆破振动安全允许距离，按最后一次循环爆破时距混凝土直线距离计算，7.14m；

V——保护对象所在地安全允许质点振速，取12cm/s；

K，α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，参考中硬岩石，K取值150，α取值1.7；

Q——延时爆破为最大单段药量，根据计算为4.22kg；

以上K、α参数仅参考，实际施工时需根据爆破振动测试成果进行调整。

4.4.2 导洞开挖爆破参数

（1）掏槽孔布置参数：

①孔径：D=42mm；

②孔深：1.3m；

③炮孔间距：28cm；

④炮孔排距：28cm；

⑤药卷直径：32mm；

⑥单孔药量：0.78kg。

（2）崩落孔布置参数：

①孔径：D=42mm；

②孔深：1.2m；

③炮孔间距：68.6～100cm；

④炮孔排距：65～76.8cm；

⑤药卷直径：32mm；

⑥单孔药量：0.7kg。

（3）周边孔布置参数：

①孔径：D=42mm；

②孔深：1.2m；

③炮孔间距：60cm；

④炮孔排距：65cm；

⑤药卷直径：25mm；

⑥单孔药量：0.4kg。

4.4.3 扩挖爆破参数（见表1）

（1）崩落孔布置参数：

①孔径：D=42mm；

②孔深：2.5m；

③炮孔间距：65～110cm；

④炮孔排距：60～90cm；

⑤药卷直径：32mm；

⑥单孔药量：1.2～1.7kg。

（2）周边孔布置参数：

①孔径：D=42mm；

②孔深：2.5m；

③炮孔间距：60.5～62cm；

④炮孔排距：65cm；

⑤药卷直径：25mm；

⑥单孔药量：0.8kg。

5 材料与设备

5.1 工程材料

水工隧洞大断面进水口闸后渐变段开挖爆破工法主要涉及的材料是钻孔施工时的辅助材料及爆破材料，其中辅助材料主要为钻孔台车及加固材料，钻孔台车主要采用18#工字钢及槽钢等。

5.2 工程设备

工程设备主要是手风钻、自卸汽车、液压反铲、镐头机、装载机等，根据工作需要配置。

6 质量控制

6.1 质量管理措施

（1）钻孔前进行测量放线，并用红油漆标明开孔孔位，完成后必须向现场技术人员进行交底。

（2）对周边孔的孔距、孔径、孔向和孔深偏差等进行控制。严格三检制，验收合格后，需对孔口进行保护。

（3）加强装药结构、联网质量控制。

6.2 技术措施

（1）成立专门的技术小组，按工序编制施工作业指导书，并进行详细的技术交底。

（2）加强过程中的技术指导，及时解决存在的问题。

（3）及时进行数据收集和质量评价。

7 安全措施

施工现场必须认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，坚持“管生产，必须管安全”的原则。建立安全管理生产责任制，积极做好安全工作。

（1）建立健全安全保证体系、安全监督体系，制定完善的安全管理规章制度。

（2）加强安全管理与教育，建立并認真执行安全交底制度，班前安全活动制度，提高全员安全素质。

（3）高空作业必须按要求佩带安全带，严禁上下同时作业，严禁高空往下抛物，患有高血压、贫血、恐高症以及不适宜高处作业病症的人员，不得从事高处作业。

（4）做好不良地质段安全监测工作，搞好地质预报，警惕异常情况，并事先做好应急措施。

（5）钻机、设备移位要定人指挥，钢丝绳要有足够的强度和吊装稳固，起吊时要先检查后移位。

（6）建立严格的安全检查制度，设立专职安全员，爆破作业经安全员签字后方可进行。参与爆破作业的人员必须按国家和相关行业标准进行考核，持证上岗。

（7）爆破作业严格按照现行《国家安全规程》有关规定执行，采用非电起爆网络。加强爆破器材监管，对爆破器材的提领发放和回库进行清点等级，防止爆破器材丢失。

（8）制定爆破施工管理措施，统一爆破时间，同时做好安全警戒等措施。

（9）做好隧洞爆破的安全警戒措施，1#、2#矩形渐变段、闸门井、尾水隧洞爆破前，必须通知相邻标段人员撤离，在相邻标段人员撤离爆破影响区域后才可进行隧洞爆破。

（10）进行合理爆破设计并严格执行，防止飞石及爆破振动引起的危害。

（11）施工期间严格遵守安全用电操作规程。所有施工人员必须掌握安全用电基本知识及所用设备性能，严禁非专业人员操作电器设备。施工现场用电设备设置漏电保护装置，定期检查，发现问题及时解决。

（12）为确保施工安全工作处于有效管理状态，必须定期检查项目的领导和施工人员对安全生产制度、安全岗位责任制的掌握情况及安全意识。

（13）爆破后及时进行危石及碎块处理。

（14）开展施工期变形监测工作，掌握围岩变化状态。

8 结 论

大断面闸后渐变段开挖爆破施工技术在工程中的成功应用，节约了施工成本，确保了施工安全，保证了施工质量，被评为开挖样板工程，同时取得了良好的经济效益和社会效益，为类似工程的施工积累了经验。

收稿日期：2018-3-15