特长引水隧洞全断面开挖施工技术

2023-05-25赵杨

河南水利与南水北调 2023年4期

赵杨

（江西省水利水电建设集团有限公司，江西南昌 330200）

1 工程概况

此小断面特长饮水渠位于丽江市金沙江龙蟠提水工程为Ⅲ等中型工程，由泵站工程、引水隧洞、拉市坝区输水管道及已建输水工程组成。丽江市金沙江龙蟠提水工程施工一标引水隧洞全长6 150 m，最大开挖断面面积10.02 m2，断面狭小，是典型的狭长形隧道，且工程场地的围岩较为脆弱，地质不太理想，这都为工程施工带来了一定难度。

2 施工总体规划

结合工程场地实际情况，决定采用基于短进尺、弱爆破原则进行全断面开挖施工，隧道开挖采用自制台车配合YT-28气腿钻钻孔。在特长的隧道中段通过设置支洞的办法，使原本的两个工作面变为了4 个工作面，各工作面一同开挖行进，有效缩短工期。爆破后产生的渣石碎土等通过立爪式扒渣机清渣，运渣工作由梭式矿车和一台蓄电池机车负责，将渣石碎土送到堆料场，再用挖掘机装车到10 t自卸汽车二次运至弃渣场。隧道的进出口需要同时进洞开挖时，再从支洞分别朝着进出口掘进开挖，这样不仅缩短了工期，还使渣石残土的运输距离最短，有效降低了成本。

3 全断面开挖工程的具体施工

施工前需先确定具体的开挖工艺流程见图1。

图1 开挖施工流程示意图

3.1 设置支洞

因为此工程引水隧道的断面尺寸很小，为优化施工基础环境，此工程在合适的位置设置支洞，来增加施工的工作面，打造出“长洞短打”的施工环境，也有利于后续的通风、排烟以及出渣等工作。工程首先结合引水隧道的地形地质条件、工期安排，考虑布置支洞的数量及位置，在适宜的位置设置支洞，在主洞施工结束后封堵支洞。施工支洞有平洞、斜井和竖井等，一般按斜井、平洞、竖井的优先顺序选取。使原本2 个工作面变为4个，工程采用斜井支洞的形式，斜井倾角21°～24°。

3.2 搭设支架

工程设置钢管搭设的脚手架作为施工平台，每根钢管的直径为4.80 mm，长度为3.50 mm，立杆的纵距为0.80 m，横距为0.70 m。搭设后设置剪力撑起到支撑作用，另外还在架体两侧分别各设横向斜撑，使施工平台更加稳定，平台周边设置围栏及安全网。

3.3 爆破施工

爆破是全断面开挖施工的起始阶段，也是一项施工重点。因此工程的断面比较小，故采用光面爆破及微震控制爆破，严格控制爆破药量，避免对围岩的过渡扰动，防止超挖或欠挖的情况。在爆破之前，需要利用全站仪以及水准仪，精准确定开挖线，并画出轮廓，误差在±5 cm以内。

3.3.1 钻眼

按照设计的孔位、孔深、斜角进行打孔钻眼。钻孔后务必对每个孔的钻孔质量进行检查，保证深度达到设计要求、孔壁没有破碎，确保没有堵孔、卡孔的问题。除孔眼深度外，孔眼的角度也要检查，要和设计相符。如果偏差过大需要及时调整。

3.3.2 炮眼布置

炮眼采用环形布置的光面爆破，以及分段微震控制。炮眼布置方案见图2。

图2 工程炮眼布置示意图（mm）

3.3.3 清孔装药

由爆破专用运输车辆将炸药、雷管等直接送到施工现场或专用库房，禁止超载或中途停留。装药之前需要把孔口及周边区域的碎石渣土、杂物等都清理干净。清理干净后，测量第一排各钻孔最小抵抗线，对于形成了反坡或是存在大裂隙的区域则需要调整这一位置的药量，或采用间隔填塞的方式处理。如果抵抗线过大，需及时处理，使其能够满足爆破施工需求。装药所需2#乳化炸药，雷管性能良好，并与设计相符，不能私自改变。若需要调整，则必须和爆破人员沟通，确定最佳方案，经爆破人员同意，并做好记录。采用连续装药结构，装药时如果出现堵塞，需要及时疏通。装药工作完成后，进行全面检查，确保没有质量缺陷后填塞封堵，准备进行爆破施工。

3.3.4 起爆网络

通过导爆管逐一连接炮眼，形成起爆网络，不能存在死结，炮孔中不能有接头。孔外相邻导爆管间需要预留出足够距离，通过雷管起爆时，导爆管上的雷管和导爆管的捆扎端头之间至少有大约15 cm 距离，使导爆管能够围绕着雷管均匀地分布，并捆扎以及通过胶布固定。在连接起爆网络时还常用到导爆管连通器，需要夹紧并绑扎牢固。在地表延迟网络里，地表雷管和其相邻的导爆管也要留出安全距离，地表未起爆雷管要和已经起爆的药包之间至少有20 m距离。

3.3.5 起爆施工

确定好爆破时间之后，需要疏散人员，设置好警示标志，将车辆、施工设备全部运至安全地带，做好起爆准备，清空人员后，下达起爆命令起爆。在爆破后至少15-30 min后，等到烟雾散尽，现场稳定之后，由专业爆破人员到现场检查是否存在盲炮、瞎炮，每次进洞不得少于2 人。发现盲炮应及时处理或上报，对一时处理不了的（如冒顶等问题）除上报外，应在现场设置危险标志，并派专人值班。

3.4 开挖施工

在洞口爆破完成后，通过湿式风钻进行人工隧道开挖，湿式开挖方式能够改善粉尘问题，虽然粉尘问题有明显改善，但在施工时也要佩戴口罩以及安全帽等防护用具。施工人员站在搭设的平台上进行施工，施工前先对平台的稳定性进行仔细检查，确保施工中其稳定性符合要求，检查钢管连接是否稳固。底层开挖作业可能会站在石渣堆上，要检查渣堆是否稳定，避免施工过程中滑塌伤人。开挖之前，施工人员要对湿式风钻的设备、螺栓、弹簧等进行全面检查，确保管子接头连接牢固，没有漏风等问题。在平台上按照设计尺寸开挖施工。

3.5 通风及降尘

工程断面狭小，因此必须充分重视施工场地的通风，始终保证洞中的有害气体浓度在规定以下，温度也不能过高，避免施工安全风险，也有助于提升施工效率。工程采用长抽短压的方式实现通风。主扇采用的是软风管，风管直径800 mm，通风设备主扇为KJ66-11 系列。工程还加强风管安装以及维护工作，通风管要保证平、顺、直，严格检查风管接头是否有漏风问题，并加以处理。随着隧道越挖越长，隧道内局部设置通风系统，以及风机间隔串联，开挖深度非常深的情况下还增设另一风管，以提升风量，增强通风效果。其次，工程还针对施工通风情况制定了日常巡查方案，定期对通风量、风速以及风压等相关参数进行测试，并做记录。

工程采用湿法凿岩开挖本身就能起到一定的降尘效果，此外，在土尘较大的情况下，还配合水幕降尘、喷雾洒水等综合措施，进一步提升降尘效果，在出渣前要水淋石渣，避免尘土较大影响通风和施工视线。

3.6 出渣

爆破后产生的渣石碎土，通过小断面60 型立爪式扒渣机清渣，由梭式矿车和一台蓄电池机车负责，将渣石碎土送到堆料场，再用挖掘机装车到10 t 自卸汽车经二次转运至弃渣场。斜井施工的工作面，主洞和斜井均采用有轨运输。采用小断面60 型扒渣机掌子面装4 m3斗车，8 t 蓄电池机车牵引斗车至支洞下平段，转卷扬机提升至洞口临时渣场卸渣，10 t 自卸汽车转运至指定渣场弃渣。此外，还要合理布置交通线路。