淺談自流引水隧洞施工方法

陳萍

摘要：本文探討自流引水隧洞施工方法、隧洞石方控制爆破設計參數(shù)及安全防護措施。

關鍵詞：洞臉施工 隧洞襯砌石方爆破設計參數(shù)安全防護措施

2005年1月，我積極參與到豐城電廠二期工程的重要建筑物---循環(huán)水泵房工程的建設。期間深入工地與作業(yè)人員一起研究分析、解決相關的各種工程技術問題，收集了大量資料并多次在現(xiàn)場進行實地實驗，參與編寫了循環(huán)水泵房的引水建筑物—《自流引水隧洞施工方案》，對指導自流引水隧洞施工起到了很好的作用，使該工程的質(zhì)量、進度和效益都取得了一定的效果。以下謹將自流引水隧洞施工方法取得的經(jīng)驗和教訓總結一下，以饗各位同仁！

一、概況

本工程施工范圍為從循環(huán)水泵房進水口穿墻鋼管至引水管砼段與鋼管接頭處，由兩條長59m現(xiàn)澆砼隧洞組成，隧洞中心標高為11.8m。隧洞靠循環(huán)水泵房段為方形結構，結構尺寸為5×5.1m，長約7m，內(nèi)部為Ф3.6m進水洞；隧洞段的石方開挖直徑為4.4m，砼內(nèi)襯厚度為40cm，進水洞的直徑為Ф3.6m。隧洞縱向按每10m設置垂直施工縫，縫內(nèi)采用橡膠止水帶加聚乙烯泡沫塑料板防水；橫向施工縫設二段，施工縫位置采用2mm厚鍍鋅鐵片止水片防水，隧洞砼內(nèi)襯施工完畢，通過預留灌漿孔進行高壓灌漿。

二、施工程序及方法

洞臉外巖石垂直面形成→洞臉噴錨加固→隧洞洞體爆破開挖→洞內(nèi)噴錨加固→砼內(nèi)襯施工→內(nèi)襯砼高壓灌漿

1.洞臉外巖石垂直面形成

循環(huán)水泵房本體石方爆破開挖至隧洞中心標高11.80m左右位置，可以開始隧洞洞臉垂直面開挖，洞臉開挖采用光面爆。根據(jù)現(xiàn)場基坑開挖揭露的巖石情況，西邊隧洞的巖石較完整，東邊隧洞巖石中有泥沙夾層，巖石本身屬中強風化巖，且遇水軟化，成洞的穩(wěn)定性很差。西邊隧洞洞臉光爆分三次垂直爆破，東邊隧洞洞臉分兩次臺階爆破。光爆參數(shù)為：鉆孔直徑：42mm；孔深度：3m左右；孔距：35～45cm；裝藥線密度：100g/m，采用導爆管引爆，按設計藥量將炸藥裝到孔底，孔口上部采用黃泥密實堵塞600～700mm。

2.洞臉噴錨加固

由于開挖部位巖石不完整，很容易坍塌，洞臉形成洞挖前，對洞臉進行噴錨加固。每個洞口中心線以上用手風鉆打三排深3～5m左右Ф42mm錨筋孔，孔距為1m，排距為60cm，呈梅花型布置，第一排孔距洞口為60cm。錨筋孔打好后，用高壓氣管伸入孔底進行清孔，孔內(nèi)安放Ф20鋼筋，鋼筋底部從中心割開長50mm，用楔形鐵片脹開后采用灌漿機進行灌漿。洞臉處掛設Ф6鋼筋網(wǎng)片，雙向間距20cm進行噴錨加固，范圍為距洞口邊線2m（詳見下圖）。

3.隧洞爆破開挖

隧洞開挖采用光面爆破技術，按每鉆孔2.2m為一個工作循環(huán)，兩個隧洞鉆孔出渣循環(huán)施工。

3.1鉆孔

洞內(nèi)鉆孔采用手風鉆鉆Ф42 mm孔，進深為2.2 m。鉆孔以隧洞中心為圓心，以不同半徑鉆五層孔。其中在中心位置鉆深為1.8m空孔；半徑為50cm，鉆4個0#掏槽孔、2個1#爆破孔；半徑為70cm，鉆4個2#爆破孔；半徑為1.3m，鉆4個3#爆破孔；半徑為1.6m，鉆8個爆破孔；半徑為2.1m，鉆28個光面孔。為確保爆破效果，鉆孔時要求鉆孔一定要水平，角度準確（詳見下圖）。

3.2裝藥

隧洞光面爆破采用2#巖石硝銨炸藥，其中爆破孔單孔裝藥2.25kg，堵塞長70cm，光面孔按線密度100g/m標準裝藥，但炸藥裝于孔底。

3.3堵孔

隧洞內(nèi)爆破孔堵塞采用紙團塞于內(nèi)部，再用泥團塞緊平洞口；光面孔先用紙團塞入洞內(nèi)500～600 mm，再用泥團塞緊平洞口。注意孔洞填塞時避免將導爆管弄斷。

3.4連網(wǎng)、引爆

隧洞起爆采用導爆管連網(wǎng)，其中0#～5#孔分別采用0～5段非電毫秒微差導爆管：0段導爆管長度為2.5m，1段、2段導爆管長度為3.5m，3～5段導爆管長度為5m，連網(wǎng)時將0～5段導爆管連在一起，火雷管引爆。

3.5出渣

單段光爆完畢后，先將洞壁表面石塊清除，再進洞出渣。出渣采用膠輪車人工裝渣，通過轉料平臺卸至泵房底板砼外側，洞內(nèi)采用舊模板鋪設簡易出渣跑道，同時另一隧洞同時開始鉆孔。

3.6通風、排水、照明

隧洞開挖通風采用壓力式送風，即在每條隧洞洞口布置一臺鼓風機，將新鮮空氣通過鼓風機送至工作面。

隧洞排水采用洞底設置小排水溝，將洞內(nèi)積水順溝排至泵房基坑內(nèi)。

隧洞開挖照明電壓采用24～36V，行燈電壓用12～24V，在洞口布置行燈變壓器降低電壓，洞內(nèi)所有燈頭、線路應注意絕緣。

4.洞內(nèi)噴錨加固

隧洞每段開挖完后，檢查隧洞洞壁巖石完整性；根據(jù)裂縫開裂位置及走向等實際情況布設隨機錨桿。錨桿采用手風鉆鉆Ф42 mm孔，深度一般為3 m，根據(jù)受力情況呈扇形布置，間距為1 m，采用Ф20鋼筋作錨筋，清孔后進行錨桿灌漿。同時為了確保施工安全，在隧洞中心線以上部位布設雙向間距為20cmφ6鋼筋網(wǎng)片，用高壓噴漿機對中心線以上洞壁進行噴錨加固，噴錨厚度為50 mm。中心線以下若發(fā)現(xiàn)巖石斷層進行表面噴漿處理。

5.砼內(nèi)襯施工

隧洞完工前，做好砼內(nèi)襯施工的材料、機具等準備工作。模板采用10 mm厚竹膠板，圍楞采用2000×350×50mm板切割成弧形方木，模板加固采用鋼管腳手架，砼澆筑采用砼輸送泵泵送入倉。砼內(nèi)襯垂直施工縫按10m設置，水平施工縫設置二條，即每段隧洞砼內(nèi)襯分下拱圈和上拱圈兩層澆筑（詳見下圖）。

5.1鋼筋施工

鋼筋施工前，應先將隧洞預埋鋼管安裝好，預埋鋼管采用80T.M塔機運至洞口，通過用腳手架鋼管作滾軸人工撬運至安裝位置，鋼管底座及四周用角鋼撐在周邊噴錨砼上并焊牢，以防鋼管移位。

隧洞內(nèi)襯標準段水平鋼筋按9.76m長加工，園環(huán)鋼筋按半圓配料，采用單面電弧搭接焊接頭，洞口方溝段根據(jù)隧洞實際長度加工。

根據(jù)每次砼澆筑部位，先綁扎圓弧外層，再綁扎內(nèi)層鋼筋，在底部上下層鋼筋間的掛鉤改為鋼筋馬凳形式，拱頂弧形鋼筋綁扎注意預留保護層位置。

5.2模板施工

隧洞內(nèi)襯模板采用2440×1220×10 mm厚竹膠板，圍楞采用2000×350×50mm木板80 mm切割成80 mm寬圓弧形，間距為300 mm。竹膠板釘在弧形方木圍楞做成1220×3450定型模板，標準段每塊配備八塊，按兩洞流水施工作業(yè)需要配備定型模板48塊。

模板安裝前需重新測定出隧洞中心位置，定型模板間拼縫用100 mm寬竹膠板釘好。底模施工前利用短鋼筋支撐模板，防止模板下滑，加固采用鋼管腳手架反撐在隧洞頂部，防止模板在砼下料或振搗時上浮或移位，撐管底部應墊木。側壁模板在底模拆除后開始安裝，加固采用鋼管腳手架對撐，撐管底部應墊木板，防止損壞隧洞底板砼；頂模采用下?lián)问郊庸蹋A先安裝二塊，第三塊中部預留一塊1×1.2 m進料及振搗孔，待砼澆筑到位后，將模板封住加固好繼續(xù)澆筑砼。

5.3砼施工

砼標號為C25，抗?jié)B標號S4，抗凍標號D50，建議摻加早強劑以提高砼早期強度。

砼澆筑采用砼泵車通過泵管運至倉面。砼泵車布置在臨建塔機位置，底板砼澆筑時從兩側下料，側壁砼從模板上口對稱下料，頂部砼通過預留孔洞進料。砼從洞內(nèi)向洞外退澆，砼振搗采用兩臺1.5KW插入式振搗器平行對稱從下向上振搗，振搗順序同砼澆筑順序。

隧洞水平施工縫設置2mm鍍鋅鐵皮止水片，待砼澆筑至模板上口約150mm時，將鍍鋅鐵皮放置在內(nèi)襯砼中間，兩側均勻下料， 振搗密實即可。隧洞垂直施工縫位置設置橡膠止水帶及聚乙烯泡沫板，澆筑砼前將內(nèi)部泡沫板安裝好，再裝外側泡沫板，橡膠止水帶采用木模板加固。

6.內(nèi)襯砼高壓灌漿

內(nèi)襯砼澆筑完,待砼達到70%強度，即可通過預留灌漿孔進行灌漿,將砼與巖石間逢隙灌實。

三、安全防護措施

1.隧洞爆破開挖及砼內(nèi)襯施工過程中，加強施工測量工作，測量人員全程監(jiān)控，確保每項工序的誤差范圍均在設計規(guī)范允許范圍內(nèi)。

2.隧洞爆破鉆孔時，應搭設鉆孔平臺，確保炮孔水平，提高爆破效果。

3.隧洞內(nèi)襯頂板砼澆筑時，應在施工預留洞口位置采用模板擋好，使砼依靠泵管沖力及砼活動性將頂 板灌滿，再用振搗器振實。

4.隧洞爆破鉆孔嚴禁采用干式鉆孔法，加強洞內(nèi)通風，注意施工用電,采用行程變壓器進行降壓，確保用電安全。

5.加強對洞壁的檢查，特別是在上班，放炮后,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

6.爆后安全檢查員人員晨無盲炮情況下，從最后一響算，地面經(jīng)5min后方可進入爆破地點，若不能確定有無盲炮，應經(jīng)15min后進入爆區(qū)檢查；洞內(nèi)爆破必須爆破15min后并確認炮煙基本排盡后進入。

7.爆破時若遇盲炮，應立即報告并及時處理，電力起爆時應立即切斷電源，及時將爆破網(wǎng)路，禁止拉出或盲目掏出起爆藥包，處理時遵循以下方法：

①撤除無關人員，設立警戒線，危險區(qū)禁止其他人員作業(yè)；

②檢查爆破網(wǎng)路，確認網(wǎng)路完好，可重新起爆；

③用木制或竹制材料輕輕將炮眼內(nèi)的大部分堵塞物掏出，用聚能藥包誘爆；

④平行于原炮孔30cm打眼裝藥起爆，在采用藥壺淺眼爆破時，平行裝藥眼距離不小于50cm；

⑤確難引爆且炸藥為非抗水硝胺類炸藥，取出部分填充物，向孔內(nèi)灌水使炸藥失效。

⑥盲炮必須在當班處理，當班未處理完畢，需有專人負責向下班移交，并協(xié)同處理。

⑦洞內(nèi)出現(xiàn)盲炮時只能按②及④條處置。

8.確定爆破開挖方案時應注意事項

8.1選定開挖面。選定開挖面時，應使爆破最小抵抗線指向環(huán)境及安全條件較好的方向。

8.2根據(jù)地形、工程地質(zhì)、環(huán)境及安全條件，確定是否分期、分段、分層開挖。

8.3避免出現(xiàn)最小抵抗線方向指向設置防護一側。

8.4采用毫秒微差爆破技術。毫秒微差爆破是一種巧妙地安排各炮孔起爆次序與合理時差的爆破技術?？山档鸵淮纹鸨ㄋ幜亢妥畲笠豁懻ㄋ幜?，正確地應用毫秒微差爆破技術，能保證爆后巖石得到充分松動；消除巖石所產(chǎn)生的夾持作用；也讓前排起爆形成的巖石可阻擋后排起爆所產(chǎn)生的飛石；減少爆后出現(xiàn)的大塊率；減少地震波、空氣沖擊波的強度和碎塊的飛散距離，并得到良好的便于清挖的堆積體。

8.5采用預裂爆破和光面爆破。它可減少超欠挖量，降低工程造價；可使開挖面光潔平整，有利于后期作業(yè)；對所保留的巖體的擾動較小，有利于邊坡的穩(wěn)定。

8.6合理選取爆破參數(shù)和單位炸藥消耗量。因為單位炸藥消耗量過高會產(chǎn)生強烈的振動和沖擊波。

8.7采用低猛度、低爆速炸藥。

9.爆破參數(shù)設計

它包括最小抵抗線W，孔距a，排距ｂ，孔眼深度L、裝藥結構、堵塞長度及堵塞質(zhì)量等。

9.1最小抵抗線W

淺孔爆破：鉆眼直徑ｄ＝38～42ｍｍ，W＝（20～30）ｄ＝0.8～1.2ｍ。實踐證明，這種取值能較好控制飛石和控制破碎塊度。

9.2孔距a和排距ｂ

合理選擇孔距和排距，對降低大塊率、提高清碴的速度。

a＝W＝0.8～1.2ｍ，b=0.7～1.0ｍ。這種布孔易產(chǎn)生大塊石。

采用寬孔距和小排距和較小的最小抵抗線。

a＝1.2ｍ W＝1.0～1.4ｍｂ＝0.5ｍ。這種布孔可降低大塊率。

9.3炮孔深度

合理的炮孔深度可防止產(chǎn)生沖炮，使炸藥能量得到充分的利用，保證爆破效果。

L炮＝（1.5～2.0）W≈1.2～2.0ｍ

堵塞質(zhì)量和堵塞長度

當L炮＞W(wǎng)時，堵塞質(zhì)量好壞直接影響炸藥能量的利用和爆破效果；當L炮＞1.5W時，可用鉆孔粉碴或干砂堵孔，用木質(zhì)炮棍，適當搗實；當L炮＜W時，要用半干黃粘土堵孔，堵塞物中不得夾有雜碎石，嚴格搗實。

堵塞長度以不產(chǎn)生沖炮為準。

4）淺孔爆破裝藥量的經(jīng)驗計算公式：L藥＝（0.1～0.25）L炮

式中：L藥——實際裝藥長度（ｍ），L炮——孔眼的長度（ｍ）。

適用條件：炮孔直徑ｄ炮＝38～42ｍｍ；普通藥卷。

四、結束語

由于本方案的適用性和局限性，以及作者的經(jīng)驗水平不夠，文中難免有不足之處，懇請各位同仁批評與指正！

參考文獻

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[3] 陳運東．某引水隧洞破壞特征及處理措施[J]．工程地質(zhì)學報，2OO0年增刊

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。