小斷面輸水遂洞鉆爆法快速施工技術

姜長杰,門玉華,師曉燕,張 穎

(1.遼寧省白石水庫管理局,遼寧 朝陽 122000;2.遼寧省水文水資源勘測局朝陽分局,遼寧 朝陽 122000)

小斷面輸水遂洞鉆爆法快速施工技術

姜長杰1,門玉華2,師曉燕1,張 穎1

(1.遼寧省白石水庫管理局,遼寧 朝陽 122000;2.遼寧省水文水資源勘測局朝陽分局,遼寧 朝陽 122000)

著重從多功能簡易鉆孔臺架的應用,小斷面輸水遂洞光面爆破、設備配套、施工通風、Ⅱ 類、Ⅲ 類圍巖全斷面開挖等方面介紹輸水遂洞快速施工中取得的一些經驗和技術。最后得出要實現(xiàn)小隧洞快速施工需要從技術革新、設備配套、安全文明施工努力,另外提高管理人員和技術人員的業(yè)務水平,輔以相應的措施和輔助工具,進行施工過程中的嚴格監(jiān)控,也是重要的因素。

輸水遂洞;鉆爆法;鉆孔臺架

隧洞掘進施工主要有兩種方法:一種是近幾年從國外引進的 TBM掘進。TBM掘進機施工速度快,但由于其成本高,且對地質變化適應性差,所以其發(fā)展受到各方面的限制。另一種就是鉆爆法,鉆爆法由于其靈活多變,適應性強,應用較廣,但是進度較慢。

1 工程概況

阜新引白水源工程縱跨北票市、義縣、阜新市,輸水總規(guī)模為 28.5×104m3/d,主體工程主要包括預處理廠、加壓泵站、輸水管線、輸水遂洞、凈水廠及配水泵站等。取水口為白石水庫預留的工業(yè)取水口,取水能力為 37.62×104m3/d,輸水遂洞位于北票市馬家營子村西北,全長 1 662m。

2 設置隧洞原因

輸水管線在北票市馬家營子村西北穿過,該處地貌類似為剝蝕低丘和丘澗溝谷,地面坡度較緩,地面標高介于 200～260m之間。輸水管道壓力線在此處標高低于 200 m,采用埋管難以穿越,必須設置輸水遂洞,且洞內水流為無壓流,隧洞斷面為 2×2.5m的城門洞形,隧洞底坡 0.503‰ 。

3 全斷面開挖

此輸水隧洞為 Ⅱ類、Ⅲ類圍巖,采用全斷面光面爆破開挖,運用多功能簡易鉆爆鉆孔臺架。6臺風槍同時掏鉆,小斷面錐形掏槽,小直徑藥卷間隔裝藥,機械化配套,大功率風機大直徑軟管風筒壓抽結合通風等新技術,鉆爆時間在 4 h以內,通風排煙 30 min,裝渣運輸控制在 3 h以內,取得了日掘進 3循環(huán),平均循環(huán)進尺 2.2m,最高日進尺 6.6m,炮裝錯臺 ∠10 cm,炮孔痕跡率達 80%以上良好成績,全斷面光爆循環(huán)時間及工藝流程見表 1。

測量放線→鉆孔臺車就位→鉆孔→清孔→裝藥→爆破→通風孔排煙→找頂刷邦→出渣→下一循環(huán)。

表 1 光爆工藝流程

3.1 多功能簡易鉆孔臺架

在以往的小隧洞施工中,一般一人把一臺風槍,由于斷面小,只能 2～4把風槍同時作業(yè),由于本隧洞采用多功能簡易鉆孔臺架,風槍臺數(shù)增加至 6臺 YT-28風槍同時掏鉆,施工速度得到大幅度的提高。這一技術的運用,將小斷面隧洞全斷面開挖風槍數(shù)增至 8臺,大縮短了鉆眼時間,多功能簡易鉆孔臺架結構見圖 1。

多功能簡易鉆孔臺架同樣可以用來進行施工支護及噴射砼,利用這一便利條件,結合隧洞地質條件,將 Ⅱ 類、Ⅲ 類圍巖采用全斷面開挖,開挖后在鉆孔臺架上同時進行支護和下一循環(huán)開挖,同時可增設鉆孔臺架進行噴射砼。

3.2 小斷面錐形掏槽

爆破的成功取決于掏槽是否成功,進尺的大小取決于掏槽的深度。在以往的小隧洞施工中,由于受掏槽深度的限制,循環(huán)進尺只有 1.5 m左右,掏槽成功率也不高。我們經過多次反復研究試驗,發(fā)現(xiàn)以往的掏槽方式進尺小的原因是掏槽面積小,角度不夠,夾制力大。受此啟發(fā),拓展思維,突破掏槽眼掏“槽”的限制,在“掏槽眼又是爆破眼”這一概念的指導下設計了小斷面錐形掏槽型式,掏槽眼 4個,掏槽眼傾角 32°,掏槽眼深 2.5m,循環(huán)進尺 2.2 m。由于錐形掏槽技術的成功,大大減少了炮孔的數(shù)量和雷管、炸藥的數(shù)量,6臺風槍同時掏鉆,不會因掏槽眼的布置而控制鉆爆時間,全斷面光爆及掏槽眼布置見圖 2。

圖 1 多功能簡易鉆孔臺架結構圖

圖 2 全斷面光爆及掏槽眼布置圖

3.3 光面爆破

Ⅱ類、Ⅲ類圍巖均采用全斷面光爆施工,采用小斷面錐形掏槽,減少了炮眼、雷管和炸藥數(shù)量,Ⅱ 類、Ⅲ 類圍巖開挖斷面 7.86m2,炮眼數(shù)量 37個左右,炸藥單耗 0.6 kg/m3左右。施工中風槍手定崗定位,周邊眼及拱部、左邊墻、右邊墻、掏槽眼、摳板眼都專人負責。爆破輪廓圓順,炮茬錯臺∠10 cm,炮孔痕跡承達 80%以上,平均循環(huán)進尺 2.2m。

3.4 裝渣運輸

本著“開挖能力大于施組要求能力,裝渣能力大于鉆爆能力,運輸能力大于裝渣能力”的原則,配備了合理、先進的裝渣、運輸設備。

放炮后,用山東永興液壓機械廠研發(fā)的 YW 1─30型裝渣機裝渣。此機械方便靈活,無污染,獲國家多項研發(fā)專利。配備 TYPJ─1150 DA 2型三輪運輸車三臺運渣,由于棄渣廠距隧洞較遠,運渣車一次運渣至棄渣廠,避免了二次倒運,50 m設置一回耳洞減少了車等車的時間,加快了出渣效率。

考慮到裝渣運輸設備故障因素,對直接影響施工進度的重要設備考慮備用,但備用設備不閑置,如當裝渣機出現(xiàn)故障時,由 ZL09F─Ⅱ型裝載機與三輪運輸車配合出渣,掘進主要機械配備見表 2:

表 2 掘進主要機械配備表(單面)

4 施工通風

快速掘進意味著單位時間內炸藥用量增加,無軌運輸,雙面掘進通風距離單向長達 860 m,施工期間洞內出渣車輛3臺,裝渣機 1臺,裝載機 1臺,炮煙、粉塵、內燃機廢氣的排出,施工人員和內燃機的供氧,深進尺、高埋深、內燃機產生熱量,導致洞內溫度升高等,施工通風要解決稀釋排除廢氣、供氧及降溫,難度之大不言而喻。

4.1 通風系統(tǒng)的配置

為解決通風問題,首先進行通風設計計算,對各種通風方案進行比選,決定選擇壓抽結合式通風,采用 BK 54─4N08型風機 2臺接力向洞內壓風 (功率 2×110 kw),Ф485高強拉鏈軟風管,洞頂每 200m打一 Ф200通風孔,配 BK 54─4N 08型風機由通風孔向外抽風,形成流動空氣,保證洞內空氣清新,供氧充足。

4.2 風機操作標準

(1)風機安裝位置視洞深確定,不但保證通風順暢,更要避免回風污染;

(2)風機支架穩(wěn)回結實,避免振動時震動搖晃;

(3)風機派專人值班,按規(guī)定要求操作風機,如實填寫記錄。

4.3 風管安裝標準

(1)風管必須有出廠合格證,使用前進行外觀檢查,保證無損壞,粘連牢固平順,接頭完好嚴密;

(2)所選用風管保證百米漏風北和摩阻力小,有效風量大,并有足夠的強度;

(3)風管掛設要平、順、直。在作業(yè)時,先由測工準確定出掛線位置,并以 5m的間距標出錙桿位置,安裝風管懸掛錙桿,錙桿長 1m,安裝后外露 20 cm;

(4)風管懸吊要穩(wěn)固,縣掛高度一致,風管吊掛在 Ф6 mm的鋼絲繩拉線上,鋼絲繩拉緊用緊線器擰緊;

(5)風管吊掛要每 100 m撓度 ≤150 mm,轉向偏差 ≤300mm/100 m。

(6)為避免 Ф6mm的鋼絲繩受沖擊振動,洞內潮濕空氣腐蝕等原因造成的拉線突然斷裂的影響,間隔 1個錙桿增設 Ф10mm的尼龍繩掛繩一個。

(7)為克服長期使用風管疲勞造成的長度延伸,撓度增大,每月進行一次系統(tǒng)檢查,每 100m為一個檢查調整段,風管拉緊后去除多余部分增設鋼筋接頭,綁捆牢固。

(8)風管末端安設長 10m的舊風管,以減少爆破沖擊和飛石造成的風管損壞。

4.4 風管的維護

(1)成立專門的通風作業(yè)班組,負責風管的向前接長、維護和更換;

(2)對于輕微破損的管節(jié),采用快干膠粘貼的方法修補,對于嚴重破損的管節(jié)及時更換;

(3)因洞內滲水和溫度變化的影響,風管內積水,每月應排水 1次,減少風管承重和阻力。

(4)施工中應加強通風管理,將通風管平順,漏風承減到最小,每隔一定距離用風速儀測風速,測算結果表明,百米漏風率在 0.6%以下,放炮后 30m in進行空氣質量檢測,各項目指標符合要求。

5 臨時設施

在以往的施工中,認為臨時設施完工后就作廢,所以在修建臨時設施時,即使供風、供水、供電、通風等很主要、復雜的項目,也從不進行設計計算,憑經驗配置。施工中敷衍了事,不認真把好質量關,結果臨時設施暴露出來的問題往往很嚴重。例如供風方面,由于高壓風管過細或漏風過多,風量不夠,不得不停工整治;通風方面,施工中排煙不好,放炮后通風達幾個小時,甚至根本無法排出,只能停工整治。我們的宗旨是臨時設施與主體工程同等對待,風、水、電等重要臨時設施進行設計驗算,生產、生活等其它臨時設施規(guī)定建設標準,并繪制施工圖。施工中嚴把質量關,并實行臨時工程質量責任制,從設計、檢算、材料采購到施工過程的質量控制,都明確責任人,負責該項目的就一定負責到底。

6 結語

(1)要實現(xiàn)小隧洞快速施工需要從技術革新、設備配套、安全文明施工多方面努力,施工管理是基礎,也是關鍵。

(2)提高管理人員的責任及技術人員的業(yè)務水平,輔以相應的措施和輔助工具,進行施工過程的嚴格監(jiān)控,對小斷面隧洞鉆爆法快速施工起到至關重要的作用。

TV 523

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1004-1184(2010)03-0143-02

2009-12-14

姜長杰 (1971-),男,遼寧凌海人,工程師,主要從事水利工程工作。