尼泊爾Sanjen水電站引水隧洞施工措施探討

陳 翔

(中國(guó)水利水電第十一局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

Sanjen Khola水電站位于尼泊爾中北部，加德滿都北部Rasuwa市Bagmati地區(qū)， Sanjen Khola水電站采用低閘長(zhǎng)引水開發(fā)方式，工程所在地海拔均在3000m以上，引水隧洞為城門洞型有壓洞，開挖尺寸為3m×3m，設(shè)計(jì)引用流量9.99m3/s；沉沙池至調(diào)壓井段引水隧洞縱坡為7.743%，隧洞全長(zhǎng)4674.91m，單面最長(zhǎng)掘進(jìn)的運(yùn)距達(dá)1478m，

2 地質(zhì)狀況

引水發(fā)電系統(tǒng)上、下游山坡均為基巖陡壁；隧洞沿線共分布有4條常年流水沖溝。山坡大面積基巖裸露，局部過溝地段零星分布有小型崩塌堆積體和洪積物，厚度3-5m。整個(gè)隧洞沿線的基巖均為前寒武系Himal組(Hm)地層，巖性可分為兩段，下段(Hma)主要為片麻巖，該地層分布于引水隧洞后段，厚度超過1000m；上段(Hmb)主要為石英巖夾片麻巖，該套地層分布在引水隧洞中、前段，厚度超過1100m，III級(jí)圍巖約占隧道全長(zhǎng)70%，IV級(jí)圍巖約占隧洞全長(zhǎng)20%。

3 施工難點(diǎn)及施工方案選定

3.1 本工程主要難點(diǎn)

1)設(shè)計(jì)開挖斷面很小，尺寸為3m×3m，運(yùn)輸設(shè)備的長(zhǎng)×寬×高為8318mm×1830mm×2074mm,剩余空間很小，在很大程度上限制了風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的尺寸，并且單向通風(fēng)距離長(zhǎng)，要保證掘進(jìn)速度對(duì)隧洞通風(fēng)時(shí)間有嚴(yán)格限制，所以在這樣條件下實(shí)施這樣長(zhǎng)距離的通風(fēng)有很大的難度。

2)圍巖地質(zhì)條件差，距離比較長(zhǎng)，工期短，施工干擾嚴(yán)重，難以平行作業(yè)。

3)由于引水隧洞工期緊、洞線長(zhǎng)、縱坡比大、洞室斷面小、地質(zhì)條件差且洞運(yùn)渣道路均從旁側(cè)施工支洞運(yùn)出,出渣不暢使得小斷面隧洞施工難度進(jìn)一步加大[1]。

3.2 施工方案選定

1)為降低隧道開挖對(duì)圍巖的干擾，合理控制超挖，選用光面爆破技術(shù)和分段分次工程爆破技術(shù)。

2)依據(jù)隧洞橫斷面小，長(zhǎng)度大的特點(diǎn)，采用軸流風(fēng)機(jī)接力通風(fēng)。

3)根據(jù)斷面小縱坡比大的實(shí)際情況，為順利出渣采用LWL-80履帶式電動(dòng)扒渣機(jī)裝渣，GHH MK-A15礦用卡車出渣。

4 主要施工方案

4.1 隧洞開挖施工方案

4.1.1 隧洞開挖鉆爆方案

依據(jù)地質(zhì)考察報(bào)告，隧洞巖層多見III類石英巖石夾片麻巖石，施工采用鉆爆法全橫斷面挖掘施工，采用自行式平臺(tái)車，工人持TY-28型風(fēng)鉆成孔，人工裝藥，非電導(dǎo)爆管雷管導(dǎo)爆索起爆，采用電動(dòng)式扒碴機(jī)清渣，GHH MK-A15礦用卡車運(yùn)送到洞外。

根據(jù)測(cè)算，每天每個(gè)工作面可以完成兩個(gè)施工作業(yè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)按3m進(jìn)尺計(jì)，每個(gè)月施工天數(shù)按25d考慮，并考慮到特殊地質(zhì)因素如地質(zhì)斷層處理等，Sanjen Khola引水隧洞III類圍巖單個(gè)作業(yè)面每月能夠完成洞挖進(jìn)尺約140-160m。施工過程中要嚴(yán)格控制裝藥量，最大程度地減少對(duì)周圍巖石的擾動(dòng)，爆破后要盡快進(jìn)行噴錨支護(hù)[2]。

4.1.2 爆破設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)原則：

本隧洞巖石開挖選用全斷面光面爆破施工，爆破設(shè)計(jì)方案按“短進(jìn)尺，小藥量、弱爆破，少擾動(dòng)”的標(biāo)準(zhǔn)開展。

2)炮眼數(shù)目：

本設(shè)計(jì)以3m×3m城門洞型斷面，按光面爆破要求進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，造孔采用TY-28鑿巖機(jī)鉆孔，使用非電導(dǎo)爆管導(dǎo)爆索混合起爆網(wǎng)路連接炸藥和引爆管，輔助眼炸藥可使用藥卷直徑為φ32的2#巖石硝酸銨炸藥或乳化炸藥，填充系數(shù)為0.65-0.75，周邊眼即光爆孔裝藥采用藥卷直徑為φ25的光爆藥卷，裝藥量為每米250g，考慮本項(xiàng)目圍巖基本為III、IV類圍巖，每次洞挖循環(huán)進(jìn)尺控制在2.5-3m左右，掏槽眼采用角柱型直眼掏槽[3]。

首先根據(jù)公式(1)確定爆破孔數(shù)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)爆破工作面的施工和工作面條件調(diào)整主要參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。

(1)

式中：f為巖石強(qiáng)度系數(shù)，取14；S為隧洞斷面面積8.2m2。

代入公式1，N=32

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，增加6個(gè)周邊孔即光爆孔，即需鉆孔炮眼總數(shù)共計(jì)38孔。

3)每個(gè)炮眼的裝藥量：

a)掏槽眼：

Q1=η×L×r

(2)

式中：η為炮眼裝藥系數(shù)，η=0.8；L為眼深，L=3.5m；r為每米長(zhǎng)度炸藥的藥量，r=0.78kg/m。

經(jīng)計(jì)算取Q1=2.18kg

即每個(gè)掏槽眼單孔裝藥量為2.18kg

b)輔助眼：

Q2=η’×L×r

(3)

式中：η’為-炮眼裝藥系數(shù)，取η’=0.7；L為眼深，L=3m。

經(jīng)計(jì)算，Q2=1.63kg

即每個(gè)輔助眼單孔裝藥量為1.63kg。

c)炮眼的布置：

周邊眼的孔距以10-15d控制，a=0.5-0.6m；周邊孔的密集系數(shù)m為間距a與最小抵抗線W的比值，取m=1-1.1時(shí)，得到的平整度較好。最小抵抗線W取0.5-0.7m。炮眼布置見圖1。

圖1 炮眼布置圖

本項(xiàng)目隧洞施工是按光面爆破要求進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)的，光面爆破是指在主炮孔爆破后，利用布置在設(shè)計(jì)開挖輪廓線上的光爆孔把預(yù)留的光爆層從巖體上剝離下來，形成平整的開挖面，其技術(shù)特性是掏槽孔起爆后，輔助眼及周邊光爆孔延遲起爆，應(yīng)嚴(yán)格控制周邊眼及輔助眼裝藥量及相應(yīng)的爆破參數(shù)，應(yīng)按掏槽眼爆破產(chǎn)生的裂隙破壞區(qū)不得超過周邊界限進(jìn)行控制。上圖中周邊眼和底腳眼即是光爆孔，光爆孔爆破參數(shù)一般依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，光爆孔裝φ25mm光爆藥卷，每米裝藥量ξ=250g/m[4]。

4)爆破：

光爆孔采用導(dǎo)爆索起爆，其他孔采用非電毫秒雷管起爆，分段毫秒延期雷管孔內(nèi)延時(shí),周邊孔齊發(fā)起爆，段間延期時(shí)間<25ms。分段由內(nèi)到外由低段到高段順序進(jìn)行，以保證起爆的準(zhǔn)確性和可靠性。

5)爆破參數(shù)：

根據(jù)上述理論選擇爆破參數(shù)，并按照施工過程中選擇的參數(shù)總結(jié)每次循環(huán)的爆破效果，不斷調(diào)整爆破參數(shù)。

4.1.3 爆破施工措施

1)炮孔布置及鉆孔：

在每個(gè)循環(huán)鉆孔前，測(cè)量人員使用全站儀測(cè)量放樣，放樣內(nèi)容包括隧洞中心線、頂拱中心線、底板高程、設(shè)計(jì)輪廓線并按鉆爆圖爆破設(shè)計(jì)在掌子面放出炮孔位置。鉆孔主要采用YT28手風(fēng)鉆進(jìn)行，鉆孔時(shí)應(yīng)保證定位精度和鉆孔誤差，做到開孔準(zhǔn)確，鉆孔平直，周邊光面爆破孔要做到“準(zhǔn)、直、平、齊”。

2)裝藥：

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)的炸藥類別、藥卷直徑及單孔裝藥量結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行裝藥,當(dāng)進(jìn)行光面爆破時(shí),需在裝藥前提前將光面藥串加工好,以加快裝藥速度;主爆孔在裝藥結(jié)束后,應(yīng)用炮泥(一般由黏土與砂子按3∶1加水混合拌制 而 成)堵 塞 密 實(shí),光 爆 孔 可 以 不 堵 塞,最 后 根 據(jù) 爆破設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。為方便施工,利用移動(dòng)平 臺(tái) 車 進(jìn) 行 裝 藥,裝 藥 時(shí),嚴(yán) 格 按 爆 破 安 全 規(guī) 程和爆破試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行。裝藥作業(yè)時(shí),除爆 破 工 之 外,洞 內(nèi) 其 余 施 工 人 員、設(shè) 備 撤 離 到 安 全地帶,并在洞口設(shè)置警戒及爆破標(biāo)志

3)起爆：

在起爆過程中必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,現(xiàn)場(chǎng)安全員根據(jù)作業(yè)規(guī)模做好人員、設(shè)備的避炮警戒工作,不能撤離的施工機(jī)具應(yīng)加以妥善防護(hù)。單向開挖隧洞,安全地點(diǎn)至爆破工作 面的距離應(yīng)≥200m。

4.2 施工通風(fēng)方案

4.2.1 通風(fēng)方案

施工通風(fēng)排煙選用混合式通風(fēng)方案，混合式通風(fēng)由送風(fēng)式和排風(fēng)式變換組合而成。為了解決洞內(nèi)斷面小、布置困難問題，設(shè)置一條通風(fēng)管，在支洞洞口設(shè)一臺(tái)通風(fēng)機(jī)向洞內(nèi)送風(fēng)，由于一臺(tái)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)距離大約在1000m左右，所以需要在800m附近串聯(lián)一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，以解決長(zhǎng)距離通風(fēng)問題，在工作面附近布置兩臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)和一條長(zhǎng)10-20m的移動(dòng)風(fēng)管。

4.2.2 施工通風(fēng)設(shè)備

由于隧道的斷面較小，因此使用大直徑通風(fēng)管會(huì)影響隧道中施工設(shè)備的運(yùn)行。但小直徑的通風(fēng)管又具有較高的風(fēng)阻，并且送風(fēng)量和送風(fēng)距離受到很大限制，因此，機(jī)械設(shè)備不容易搭配。綜合考慮后選用SFD-I-No10隧道施工專用軸流通風(fēng)機(jī)，采用800mm的通風(fēng)管進(jìn)行接力通風(fēng)，通風(fēng)機(jī)功率為2x37kw，供風(fēng)量為1250 m3/min，風(fēng)管采用布質(zhì)風(fēng)管。

4.3 隧道排渣

由于隧洞斷面小3m×3m,運(yùn)輸距離較長(zhǎng)(單面最長(zhǎng)掘進(jìn)的運(yùn)距達(dá)1478m)，隧洞縱坡為7.743%，因此最初排渣方式考慮采用皮帶運(yùn)輸、小型膠輪車、軌道運(yùn)輸及GHH MK-A15礦用卡車四種。

采用電動(dòng)扒渣機(jī)配合GHH MK-A15礦用卡車出渣，能夠滿足排渣需求，同時(shí)解決了洞內(nèi)管線布置問題。

5 結(jié) 語

大縱坡小斷面長(zhǎng)距離引水隧洞施工，要根據(jù)實(shí)際情況采用合適的通風(fēng)技術(shù)、光爆技術(shù)及出渣方式等，選擇合理的施工機(jī)械，科學(xué)合理地組織施工，確保安全，質(zhì)量，環(huán)保，健康，優(yōu)質(zhì)高效的施工，以使施工能夠按進(jìn)度計(jì)劃順利進(jìn)行以期達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。