引水隧洞工程中的小断面快速掘进施工工艺

杜贵正 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

引水隧洞指的是从水源地引水的一种水工隧洞，是水利工程的一项重要辅助建筑。加强对其小断面快速掘进施工工艺的探索，对于引水隧道工程的整体发展有着积极的促进作用，施工团队应选择合理的施工设备、布设方式以及对应的施工技术，实现小断面的快速掘进。

1.工程概况

以樟嫩梓水库及供水工程中的樟岭隧洞、导流洞和上坝交通洞为例，探究引水隧洞工程中的小断面快速掘进施工工艺。樟岭隧洞进水口位于大坝右岸上游，在坝轴线下游隧洞轴线上设竖井式进水口及事故检修闸门，竖井中心线位于隧洞桩号引0+149.65m位置，竖井采用异形结构布置，双层取水，最大开挖尺寸9.55m×9.30m×64.20m。隧洞进口处设固定式混凝土拦污栅，进口底高程524.00m，竖井上部检修平台高程587.00m，隧洞全长约5.05km，开挖断面为城门洞型，底宽2.70m，高2.70 m，衬后断面为圆形，洞径1.80m。在引0+753m桩号设有1#施工支洞，支洞长298m，开挖段面5.5m×5.5m。

2.施工准备工作

根据上述工程概况，应引进先进的掘进施工技术，并结合新材料、新工艺为小断面快速掘进奠定坚实的基础。

2.1 合理选择施工设备

由于小断面宽度、跨径以及面积较小，大件设备难以进入，因此很多时候会选择人工出渣以及小型拖拉机运输的形式，掘进设备应选择一些中小型设备，以下细致描述：

2.1.1 空压机的布置以及供风方式

在樟岭隧洞进口、出口、1#支洞、2#支洞口各布置1台20m3空压机，在导流洞和上坝交通洞施工工作面附近各布置1台20m3空压机，并将1台移动式空压机布置在2#支洞用于应急。

隧洞内进行供风时选择DN3寸风管，从干管分支管通向用风机具。在引水隧洞的施工过程中使其各个压风站有着不同的供风强度，随着开挖强度的变化而转移。引水隧洞单头掘进在2.5km左右，风压在距供风站1.5km时降压较严重，所以当隧洞掘进至1.2km时增设一避车道，其空间尺寸高2.7m、长3m、宽2m。根据行业标准，空压机在布设时预留不低于200m的爆破距离。

2.1.2 通风设备的选择

按照施工中减少管内风速与风压损失的要求，通风管选择高强度聚酯合成材料的风管，其百米漏风率控制在1%以内，磨阻系数控制在0.018，由风管送风。

（1）交通洞与导流洞设备选型与通风布置。导流洞通风设备参数为1000m3/min的风量、2300Pa的风压、1×55kW的功率。在导流洞洞口布置轴流风机，把φ1000mm软风管用于正压供风。交通洞通风设备参数为1000m3/min的风量、4200Pa的风压、2×55kW的功率。在导流洞洞口布置轴流风机，把φ1000mm软风管用于正压供风。

（2）樟岭隧洞上游段及1#支洞设备选型与通风布置。樟岭隧洞1#支洞上游段1062 m设备参数为260m3/min的风量、1800Pa的风压、2×11kW的功率，在1#支洞洞口右侧布置轴流风机，把φ600mm软风管用于正压供风。樟岭隧洞1#支洞上游段2107m设备参数为260m3/min风量，3900Pa的风压，3×11kW的功率，在1#支洞洞口左侧布置轴流风机，把φ600mm软风管用于正压供风。樟岭隧洞出口段上游侧2500m设备参数为260m3/min的风量、4750Pa的风压、3×11kW的功率。樟岭隧洞出口布置轴流风机，φ600mm软风管用于正压供风。

（3）通风管安装。风管间通过拉链连接，借助锁扣固定风管。风管上每隔3.0m有1道加固索和1个锁扣，有助于顺直风管，减少风流阻力。对于压入式通风，主风机原则上安装在距离洞口＞10m、并有一定净空高度的支架位置上。风机前后5m范围内不得堆放杂物，风机进气口设置铁箅，并装有保险装置，当发生故障时能自动停机。

2.2 施工供水与排水安排

2.2.1 施工供水

工作面附近均有丰富的水源，经水泵抽至水池即可。

2.2.2 施工排水

（1）洞外明排：各个工作面皆沿隧洞进出口边坡挖截水沟，堵截引排洞脸地表水。截水沟断面呈倒梯形，底宽50cm、上宽70cm、深50cm。

（2）洞内排水：洞内反坡掘进时，在隧洞一侧设置排水坑，间隔300 m 左右设置深80 cm、长150cm、宽80cm的水坑，可通过水泵将水排出，由在主支洞交叉处挖掘集水坑集中处理各个水泵排出的水。隧道正坡掘进时在隧洞一侧设置排水坑，排出的水会自动进入集水坑中，再排出洞外。

（3）支洞与主洞间排水：主洞与支洞间设置集水坑，考虑电机维护、漏电保护、水泵更换、渗水量等各种状况，收集主洞渗漏水。集水坑内安排4台7.5kW的离心潜水泵，其中一台用于排出积水，一台用于备用，在水泵头部安装止回阀，防治水倒流。排水管路应用φ108钢管，接头处通过法兰连接，在主洞与支洞管路中间区域增设一台增压泵用于提升水流压力。

3.小断面快速掘进施工工艺的应用

施工设备选择和施工供水与排水安排的合理性是保证施工顺利的基础，而施工技术方面，可选择新奥法实现小断面的快速掘进。

围岩的类型不同，所采取的施工工序有着较大不同，比如Ⅱ类、Ⅲ类围岩洞，其需遵循“测量放线与布孔→钻爆→出碴→临时支护→下一循环开挖、支护→永久支护”的施工工艺；而对于Ⅳ类、Ⅴ类围岩洞，遵循“超前支护→测量放线、布孔→钻爆→一次临时支护→出碴→二次支护→下一循环开挖、支护”的施工工序。

4.引水隧洞开挖方法

首先在支洞边坡土石方进行明挖、支护以及支洞口的锁口，其后在施工支洞与引水隧洞交叉段开挖与支护，最后在引水隧洞上下游位置开挖。

引水隧洞形状如城门洞型，开挖时高度与宽度皆可设定为2.7m，应用全断面光面的形式实施爆破，在开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩地段时，遵循设计方案来布锚杆→钢筋网→钢拱架→喷射混凝土。开挖按照光面爆破要求进行，钻孔时选择YT-28气腿钻，以直线掏槽的形式掏槽孔，且在槽孔中心钻出42mm装药孔，在药孔周边10cm内再打5只直径为2mm孔，但不需要装药，达到改善掏槽效果的目的即可。

4.1 施工控制

在隧道开挖过程中控制好施工方法，以此保障引水隧洞顺利开挖，使得爆破、布孔、钻孔、装药、填塞、联线起爆、爆后检查、开挖面排险有序进行。

4.2 引水隧洞钻孔与爆破设计

首先明确断面参数，如断面面积为6.5m2，开挖宽度和高度皆为2.7m，以此为基础确定合理的爆破参数。参数主要包含炮孔直径、掏槽孔深度、辅助孔深度、周边以及底板孔深度、光面参数、单位炸药单耗量、炮孔数目；其后根据断面的实际状况制定引水隧洞断面掘进爆破参数表，明确掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼的炮眼以及粉状乳化、粉状乳化、小药卷、粉状乳化的装药量、装药长度等。

4.3 布置炮孔与爆破网络

在设计隧道爆破网络时主要应用孔内延的方式，孔外主要应用瞬发非电雷管分区簇联，每簇控制在20发内。隧道口段网路联接过程中由于与其他建筑物的距离有着一定差异，因此通过科学的计算来控制最大单响药量，使爆破震动在规定范围内，必要时进行试点爆破以确保安全。

5.结语

综上所述，探索以及实施引水隧洞工程中的小断面快速掘进施工工艺，对于提升整体的引水隧洞施工效率有着积极的意义，建筑单位需给予足够的重视，从而实现该技术的合理应用。