小直徑圓形取水隧洞開挖技術(shù)優(yōu)化

摘要：本文以福建某電廠取水隧洞的施工為依托，對(duì)小斷面圓形隧洞開挖方式、爆破參數(shù)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，希望能為小直徑圓形隧洞在一些引排水工程、輸油管線工程中的應(yīng)用提供借鑒意義，促進(jìn)小直徑隧洞的發(fā)展及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小斷面隧洞；開挖方式；爆破參數(shù)

1.引言

神華福建羅源灣電廠新建工程取水口工程設(shè)計(jì)建造一條小直徑圓形隧洞，供新建電廠設(shè)備冷卻用水使用，因其斷面尺寸較小，且尺寸不一，斷面形式多為圓形，無成熟的施工工藝，施工組織困難、現(xiàn)場(chǎng)管控難度較大。

2.工程概況

2.1項(xiàng)目概況

福建電廠新建工程取水口工程，其主要施工內(nèi)容有：引潮溝（底寬45m，頂寬82m，長(zhǎng)70m）、閘門井（44×14.8×19m，側(cè)壁厚1.4m）、翼墻（主要為沉箱結(jié)構(gòu)）、取水隧洞（成洞內(nèi)徑6.5m）以及閘門設(shè)備安裝。其中隧洞長(zhǎng)1125.4m，兩端分別與泵房和閘門井進(jìn)行連接，滿足電廠供水需求。

2.2隧洞設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式

本工程取水隧洞設(shè)計(jì)形式為圓形隧洞，成洞直徑D=6.5m，由于地質(zhì)圍巖較好，參考水力隧洞施工相關(guān)規(guī)范，無初期支護(hù)設(shè)計(jì)，圖紙二次支護(hù)設(shè)計(jì)襯砌厚度40cm，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、雙排鋼筋網(wǎng)片。

2.3隧洞水文地質(zhì)情況

⑴水文情況

潮位特征值最高潮位：8.05m（基準(zhǔn)面為當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同）；最低潮位?0.21m；平均高潮位：6.58m；平均低潮位：1.60m；平均海平面：4.06m。

⑵地質(zhì)情況

地勘勘察報(bào)告顯示，該施工區(qū)域巖石為中等風(fēng)化凝灰熔巖：總體為塊狀構(gòu)造，區(qū)域巖石較致密、且堅(jiān)硬，為較硬巖，巖體較完整，質(zhì)量等級(jí)基本為Ⅱ級(jí)。

3.工藝優(yōu)化

3.1隧洞洞口開挖和基坑防滲技術(shù)優(yōu)化

本工程隧洞開挖設(shè)計(jì)為干季施工條件，隧洞位于最低潮水位以下，且隧洞口離海岸邊最近距離僅30m，確保海水不滲漏是本工程順利進(jìn)行的前提。根據(jù)地勘點(diǎn)提供數(shù)據(jù)，隧洞口及閘門井所在區(qū)域外側(cè)為陡坡，坡底延伸至-11.0m，按設(shè)計(jì)先進(jìn)行閘門井區(qū)域深基坑爆破開挖后，剩余巖體可能無法抵擋海水壓力，基坑安全存在隱患，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線及補(bǔ)勘鉆孔，經(jīng)與設(shè)計(jì)、業(yè)主溝通，將閘門井位置朝路域方向遷移10m，確保閘門井基坑開挖完成后，基坑北側(cè)鄰水埝體有足夠?qū)挾瘸袎??？紤]后期閘門井建成后，埝體爆破拆除對(duì)已完閘門井的影響，技術(shù)小組最終通過優(yōu)化后續(xù)擋埝拆除時(shí)的爆破參數(shù)，縮短擋埝與閘門井的安全距離，進(jìn)一步增大抵水埝體的寬度，保證埝體強(qiáng)度要求。

3.2隧洞開挖施工工藝

本工程具有工期緊長(zhǎng)、施工場(chǎng)地有限、不具備雙向掘進(jìn)施工條件等特點(diǎn)。掘進(jìn)過程中的出渣及襯砌施工是本工程難點(diǎn)。為保證下部有平面供出渣車輛的通行，項(xiàng)目部決定對(duì)原全斷面一次爆破的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化為上下兩次爆破的開挖形式，根據(jù)車輛參數(shù)，確定兩次開挖的分界線。上部開挖速度決定了工程整體進(jìn)度的快慢，因此施工過程中全力保障上部的開挖。下部二次開挖部分先期用于渣石外運(yùn)通道，滿足車輛通行需求，同時(shí)由于下部面積較小，且開挖時(shí)具有足夠的臨空面，下部開挖時(shí)鉆孔數(shù)量及炸藥使用量減少，鉆爆時(shí)間縮短，開挖完成后，現(xiàn)場(chǎng)就地整平，繼續(xù)供車輛通行使用，不影響上部隧道的掘進(jìn)開挖，保證隧道的連續(xù)掘進(jìn)，節(jié)省開挖時(shí)間，減少施工成本投入。

本工程兩次開挖分界線為5.6m（上拱頂向下）。施工時(shí)先進(jìn)行上部大半圓的開挖掘進(jìn)施工，下部暫不施工，留有一段施工步距（保證前后兩次爆破不影響即可），下部平面供上部施工使用，保證上部施工的連續(xù)進(jìn)行。隧洞開挖后每隔200m設(shè)置一處避車洞，供洞內(nèi)施工車輛掉頭使用，由于下部二次爆破施工量較小，下部施工可同步與上部施工過程中，因此上部施工進(jìn)度控制是整個(gè)隧道施工工期管控的重點(diǎn)。下部開挖時(shí)，采用松動(dòng)爆破即可，爆破完成的渣石原地整平，供上部開挖施工車輛通行所用。由于本隧洞為平坡隧洞，松散的石渣同時(shí)可作為隧洞排水的隧洞盲溝，沿隧洞縱向每隔120m設(shè)置一處集水井，布設(shè)污水泵將洞內(nèi)積水進(jìn)行外排。洞外設(shè)沉淀池，洞內(nèi)排出的污水經(jīng)沉淀池沉淀后，清水經(jīng)高壓水泵接入洞內(nèi)，供鉆機(jī)鉆孔使用，實(shí)現(xiàn)污水循環(huán)再利用，減少施工用水量，降低污水的外排量，達(dá)到了綠色施工節(jié)水要求。同時(shí)下部開挖不需要棧橋進(jìn)行輔助施工，省去了棧橋的材料投入、移動(dòng)棧橋的設(shè)備投入，節(jié)省了設(shè)備挪動(dòng)時(shí)間。

3.3爆破施工參數(shù)的優(yōu)化

本項(xiàng)目施工區(qū)域圍巖情況較好，為中風(fēng)化Ⅱ級(jí)圍巖。隧洞爆破設(shè)計(jì)采用全斷面一次爆破的施工工藝，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化，改為上下兩次爆破的施工工藝，原爆破設(shè)計(jì)斷面整體設(shè)五圈炮孔，共打設(shè)炮孔102個(gè)，從中間到外邊分別為：第一圈、第二圈掏槽眼，第三圈、第四圈為輔助眼，第五圈為周邊眼。施工中，鉆孔施工不能連續(xù)，中間需要移動(dòng)一層臺(tái)車方能將所有炮孔全部打設(shè)完成，之后再進(jìn)行炸藥及雷管安裝，最后進(jìn)行隧洞的全斷面爆破開挖。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化再設(shè)計(jì)，增加中部掏槽眼數(shù)量，輔助眼借助掏槽眼所產(chǎn)生的臨空面使隧洞爆破面逐步加大，保證周邊眼爆破時(shí)具有足夠的臨空面，保證周邊眼的爆破質(zhì)量，確保隧洞開挖輪廓線符合要求。爆破方案優(yōu)化為：將掏槽眼增加到三圈，設(shè)一圈周邊眼，一圈輔助眼。確保施工時(shí)掏槽眼巖石能全部拋出，使輔助眼和周邊眼爆破時(shí)具有足夠的臨空面，保證隧道開挖質(zhì)量。

4.綜合效益分析

4.1安全方面

原爆破設(shè)計(jì)方案施工工序較多，鉆孔施工不能連續(xù)，機(jī)械設(shè)備需多次進(jìn)入洞內(nèi)進(jìn)行輔助施工，存在較大的事故風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)隧洞開挖所用時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)作業(yè)人員身心健康存在影響。采取優(yōu)化的隧洞開挖方案，采用上下臺(tái)階開挖方式，安全方面更易于管控。

4.2進(jìn)度方面

由于其下部開挖量小，且可穿插于掌子面開挖，不影響施工整體進(jìn)度，因此時(shí)間管控重點(diǎn)控制上部掌子面開挖即可，由于鉆孔數(shù)量減少且不需要開挖臺(tái)車的二次移動(dòng)，鉆孔時(shí)間、裝藥時(shí)間、出渣時(shí)間等各工序時(shí)間均得到縮短，上臺(tái)階開挖每3m進(jìn)尺循環(huán)時(shí)間約8-9h，正常施工時(shí)可達(dá)到2天施工5個(gè)循環(huán)，工期要求得到極大的保證。

4.3質(zhì)量方面

采用斷面兩次爆破，且上部斜眼掏槽面積增大，致使巖石能有效拋擲，為輔助眼及周邊眼的爆破創(chuàng)造足夠的臨空面，有效促進(jìn)炸藥能力的充分利用，保證了上部隧洞開挖輪廓線的質(zhì)量，同時(shí)在下部開挖時(shí)，由于其具有向上臨空面，炸藥單耗降低，下部輪廓線更易控制，隧道整體質(zhì)量能最大得到保障。

4.4成本方面

斷面兩次爆破施工，其循環(huán)時(shí)間縮短，時(shí)間成本大大降低，人員在洞內(nèi)施工時(shí)間縮短，工作強(qiáng)度降低，個(gè)人勞動(dòng)效率得到提高，同時(shí)兩次爆破炮孔數(shù)量得到減少，單次起爆藥量減少，材料成本得到減少。兩次開挖節(jié)省了全斷面開挖所需機(jī)械進(jìn)行輔助施工的相關(guān)費(fèi)用。

5.結(jié)語

通過對(duì)神華電廠新建工程取水工程施工環(huán)境的優(yōu)化、爆破施工工藝的優(yōu)化、爆破施工參數(shù)的優(yōu)化，工程在各方面得到了業(yè)主、監(jiān)理等相關(guān)方的首肯，如期實(shí)現(xiàn)了隧洞的安全貫通。希望通過本工程的經(jīng)驗(yàn)積累，能為今后類似水工隧道施工提供一些借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 天津大學(xué)出版社.水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范[S].天津：天津大學(xué)出版社，2002.

[2]周坤才.淺析小斷面長(zhǎng)隧洞開挖與支護(hù)施工[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2018（11）：117-118.

作者簡(jiǎn)介：張超，2009年畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院交通工程專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，一級(jí)建造師。2009年進(jìn)入中交一航局第四工程有限公司，從事施工生產(chǎn)及技術(shù)質(zhì)量管理工作。先后參建了天津大道工程、貴都高速公路工程、天津港二公司卸糧倉(cāng)項(xiàng)目、南港東路項(xiàng)目、神華福建羅源灣電廠項(xiàng)目、天津港沁芳苑一期項(xiàng)目等。涵蓋市政工程、高速公路工程、港口工程、電廠工程、房建工程等，現(xiàn)從事項(xiàng)目生產(chǎn)管理工作。

（作者單位：中交一航局第四工程有限公司）