供水工程小斷面隧洞開挖技術(shù)的應(yīng)用

蘇承月

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西 南昌 330001)

1　工程概況

江西省德興潤泉供水工程引水隧洞位于樂安河水系支流長樂水的上游，輸水線路從盤石山水庫大壩至塢石村后山總長2983 m，其中進(jìn)口明鋼管段長139 m，跨長樂河倒虹管長49.5 m，隧洞長2748.5 m。輸水隧洞布置在盤石山水庫左岸，隧洞進(jìn)口布置在大壩下游139 m處，出口布置在烏石村后，洞身分為兩段，1#洞長1079 m，從隧洞進(jìn)口樁號K0+139至倒虹管樁號K1+218，該洞段縱坡為i=2.623%；2#洞長1669.5 m，從樁號K1+313.5至隧洞出口樁號K2+983，該洞縱坡i分為兩段，其中樁號K1+313.5～K2+395.6洞段坡比i=-3%，樁號K2+395.6～K2+983洞段坡比i=-1%。

2　小斷面隧洞開挖存在的問題

隧洞進(jìn)口50 m范圍內(nèi)的開挖施工，基本上可以按照常規(guī)施工要求進(jìn)行開挖和臨時支護(hù)工作。但是，在隧洞開挖50 m之后，施工操作就比較困難，直接影響到施工周期，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

2.1　出渣方面

本工程在進(jìn)行隧洞開挖過程中，有大量的石渣需要運(yùn)出，必須借助運(yùn)輸車輛來進(jìn)行裝運(yùn)。但是，小型隧洞只能使用小型農(nóng)用自卸車，無法有效地對開挖出來的石渣進(jìn)行外運(yùn)。并且，運(yùn)輸車輛在連續(xù)使用一段時間之后，容易出現(xiàn)故障。

2.2　通風(fēng)排煙方面

在隧洞開挖過程中，會出現(xiàn)一系列的煙塵，主要來源于農(nóng)用車輛排出的尾氣和隧洞爆破開挖過程中出現(xiàn)的煙塵。在施工過程中，需要根據(jù)實際情況設(shè)置通風(fēng)排煙設(shè)備[1]。

隨著隧洞開挖工作的不斷進(jìn)行，需要更多的時間來對煙塵進(jìn)行排放。雖然，對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，但是，由于受電壓、空間等方面的影響，使得通風(fēng)機(jī)的效果無法充分的發(fā)揮起來。隧洞開挖進(jìn)尺不斷的延長，通風(fēng)機(jī)需要進(jìn)行排煙的時間越長，這直接影響了施工周期[2]。

2.3　洞內(nèi)動力電源電壓方面

隧洞在進(jìn)行開挖過程中，開挖的進(jìn)尺不斷地延長，隧洞內(nèi)設(shè)備的電壓也在不斷的下降。如果在開挖之前，電纜所架設(shè)的斷面太小的話，在后續(xù)的隧洞開挖過程中，會出現(xiàn)電壓下降的情況，導(dǎo)致施工過程中的機(jī)械設(shè)備無法正常的運(yùn)行。

3　小斷面隧洞開挖施工技術(shù)

3.1　通風(fēng)、排水布置

3.1.1通風(fēng)布置

在進(jìn)行通風(fēng)設(shè)備布置時，設(shè)置兩個水平彎段可以有效延長通風(fēng)時間。將出風(fēng)口設(shè)置在主洞斜井的施工區(qū)域，可以逐漸增加隧洞上下游的高度差，使得煙塵不斷的向上游匯集，無法走向出口方向。通過對實際的情況進(jìn)行分析之后，為了更好地將隧洞內(nèi)的煙塵排出洞外，需要借助2×55 kW軸流通風(fēng)機(jī)將新鮮空氣輸入洞內(nèi)。在進(jìn)行斜井施工過程中，需要在隧洞內(nèi)架設(shè)風(fēng)機(jī)，兩臺設(shè)備相結(jié)合能夠順利排出煙塵。

3.1.2排水布置

地下水位的高度要高于排水的出口和下平段洞頂，并且須要在排水出口外部設(shè)置圍擋來進(jìn)行水流的阻擋，這樣才能確保不會出現(xiàn)倒灌的現(xiàn)象。此外，須要在排水口的出口位置設(shè)置集水井，借助55 kW的離心泵將積水的水位下降到要求為止。

3.2　爆破方案設(shè)計

3.2.1洞臉明挖

實施爆破工作的基本原則：在爆破操作之前，須要對爆破區(qū)域進(jìn)行淺挖，分段來進(jìn)行起爆；為了有效地保證邊坡質(zhì)量，減少爆破對其的干擾，保證邊坡的穩(wěn)定性，需要在靠近邊坡區(qū)域來進(jìn)行爆破。

爆破設(shè)備的選擇：需要選擇風(fēng)動鑿巖設(shè)備、電動空壓機(jī)等設(shè)備配備人工裝藥，借助起爆器來對炸藥進(jìn)行起爆。

爆破具體參數(shù)的確定：炮眼的直徑以選擇的施工機(jī)具為標(biāo)準(zhǔn)，選擇直徑為42 mm的設(shè)備；爆破采用的方式為開挖淺孔，安裝炸藥來進(jìn)行爆破；炸藥的單耗q=0.5 kg/m3；炮孔的開挖深度大約為2 m；炮孔之間的孔距大約為1.5 m；炮孔之間的排距大約為1.5 m；單孔裝藥量大約為2.25 kg；光爆孔的炮孔深度大約為2 m，炮孔之間的間距大約為0.8 m；線裝藥密度取q線=0.25 kg/m。

3.2.2施工方法

為了保證邊坡面的平整性，減少對邊坡不必要的開挖操作，須要借助光爆法來進(jìn)行開挖操作[3]。按照施工要求來對開挖邊坡線和坡比進(jìn)行設(shè)計，借助鑿巖機(jī)來對炮孔進(jìn)行鑿孔，炮孔之間的距離為0.8 m，井炮孔的斜率控制在要求范圍內(nèi)，并且孔與孔之間的誤差控制在10 mm以內(nèi)。最后再安裝炸藥，進(jìn)行起爆。

3.3施工測量3.3.1平面控制網(wǎng)

甲方需要提供一些測量數(shù)據(jù)、基準(zhǔn)點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)等，施工人員需要對其提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的復(fù)核，確保基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確度和精度，這樣才能有效的保證后續(xù)的施工質(zhì)量。對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核之后，需要進(jìn)行施工平面控制網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)置，并且計算出各個網(wǎng)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)差，全面地分析出控制網(wǎng)的精準(zhǔn)度，然后上報給監(jiān)理進(jìn)行復(fù)核。

3.3.2隧洞測量

對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測之后，需要對隧洞的控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置方式如下：基本導(dǎo)線主要用于對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測量；二級導(dǎo)線主要是用于施工的放樣工作。本階段需要借助全站儀來對中線進(jìn)行標(biāo)定，之后再進(jìn)行開挖工作。每次完成爆破工作之后，需要再次對中線、腰線進(jìn)行標(biāo)定，并且繪制出開挖的輪廓線。

3.4　隧洞開挖

3.4.1單孔裝藥量和裝藥集中度計算

本工程由于隧洞面積較小，需要按照“短進(jìn)尺，多循環(huán)”的方式來進(jìn)行操作，并且采用全斷面光面爆破的方式來進(jìn)行開挖工作。采用型號為YT-28手持氣腿式風(fēng)鉆機(jī)來進(jìn)行鉆孔操作，并且在進(jìn)出口處需要設(shè)置電動空壓機(jī)，確保在進(jìn)行隧洞開挖過程中能夠?qū)L(fēng)接入到洞內(nèi)，并且供風(fēng)管道需要沿著洞的一邊進(jìn)行鋪設(shè)，洞內(nèi)照明設(shè)備需要配置低壓電源。

炮眼直徑為42 mm，藥卷直徑25 mm，則不耦合系數(shù)為42/25=1.68。根據(jù)巖性，孔距E取0.45 m，抵抗線W取0.55 m，則E/W=0.82。炮孔深度取L=1.8 m?？捎晒?1)計算：

Q=[(E+W)L+EW]×0.1×(Rb/1.4)1/2/ZD

(1)

3.4.2掏槽方法及炮孔布置

圖1為炮孔的布置圖，4、5空為空孔。為了有效地控制隧洞開挖的面積和施工鉆孔操作，需要將孔口設(shè)置在圓周上，孔底落在圓周上，并且每一個炮孔都帶有一定的角度。

圖1　炮孔布置圖

3.4.3起爆網(wǎng)絡(luò)、起爆順序

借助掏槽、導(dǎo)爆管來進(jìn)行藥包的起爆工作。在進(jìn)行管道連接時，如果長度不夠，可以采用導(dǎo)爆管串接的方式來進(jìn)行。但是，導(dǎo)爆管的連接處不得進(jìn)入雜質(zhì)和水分。

起爆的順序如下：先進(jìn)行中心槽眼的開挖；開挖一般槽眼；開挖輔助眼；開挖周邊眼；開挖底腳周邊眼；最后開挖光爆眼。

3.4.4安全處理

巖體進(jìn)行爆破之后，會出現(xiàn)松動現(xiàn)象，因此，須要安排專業(yè)的人員來對其進(jìn)行處理，并且及時開挖爆破之后遺留下的盲炮。爆破工來對盲炮處理之后，須要有專門的人員來對其進(jìn)行復(fù)核檢查。

4　施工注意要點(diǎn)

(1)在施工過程中，需要根據(jù)實際的施工情況來確定炸藥量。為了保證爆破效果，對于一些裂縫發(fā)育的地段，需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)孔距至350～400 mm，降低D值。

(2)龜裂掏槽與爆破的質(zhì)量有著直接的關(guān)系。為了保證爆破的效率，需要將掏槽孔偏差控制在允許偏差范圍內(nèi)。

(3)為了確保爆破炸藥的集中度，需要在底層安裝完炸藥后，填入200 mm深的炮泥，然后再進(jìn)行二層炸藥的填充，最后再用炮泥來對孔進(jìn)行密封處理。在進(jìn)行彈藥的安裝過程中，需要嚴(yán)格按照爆破規(guī)程要求來進(jìn)行操作，不可擅自進(jìn)行改變。炸藥安裝完成的炮孔宜使用黏土對其進(jìn)行密封處理。

5　結(jié)　論

在小斷面隧洞開挖施工時，通過采用上述方法取得了良好的效果，通過“短進(jìn)尺、多循環(huán)”的基本原則進(jìn)行光面爆破開挖施工，保證了小斷面隧洞施工的安全性，隧洞圍巖未出現(xiàn)裂縫和坍塌現(xiàn)象，隧洞斷面殘孔率較高，取得了良好的施工效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李伯昌.小斷面隧洞開挖施工方法[J].黑龍江水利科技，2014(1)：33-35.

[2]陳兵.小斷面隧洞機(jī)械開挖與鉆爆法開挖對比分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2017(9)：164-165.

[3]夏駿，丁曄，方宗友.小斷面隧洞光面爆破施工技術(shù)探究[J].西北水電，2017(4)：115-118.