隧洞開挖中輔助施工措施淺析

黃智剛 王磊磊 陳林健

(1.福州水務(wù)平潭引水開發(fā)有限公司，福建 福州 350001；2.福州水務(wù)投資發(fā)展有限公司，福建 福州 350001)

1 概 述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水利水電工程建設(shè)越來越多。隧洞工程是水利水電工程的重要組成部分。隧洞工程為暗挖工程，工作環(huán)境惡劣，觸發(fā)危險因素較多，更是水利水電工程施工的難點和重點，隧洞開挖中易產(chǎn)生有害氣體和粉塵，不合規(guī)的用水用電將引發(fā)爆破、坍塌、人員傷亡等事故。為有效降低安全事故的發(fā)生概率，需對隧洞開挖過程中的輔助施工措施進行優(yōu)化設(shè)計，以保障施工順利進行。

本文以福建省平潭及閩江口水資源配置工程為例，介紹了該工程的施工供水供電供風(fēng)設(shè)計、隧道通風(fēng)設(shè)施選擇、施工排水及防洪措施、輔助加工廠和臨時棄渣場布置，可供同類隧洞工程輔助措施設(shè)計參考。

2 工程概況

福建省平潭及閩江口水資源配置(一閘三線)工程由“一閘三線”組成，即大樟溪莒口攔河閘和閩江竹岐—大樟溪引水線路，大樟溪—福清、平潭輸水線路，大樟溪—福州、長樂輸水線路，輸水線路總長約181.58km。

大樟溪—東張水庫段：主洞起點樁號DD2+386.063，終點樁號DD22+482.225，全長20096.162m,開挖直徑5m，斷面為平底圓形；支洞共5處，分別是一都支洞，洞長562m，連井支洞，洞長474m，觀音洋支洞，洞長586m，玉林支洞，洞長440m，東張支洞，洞長206m。

東張水庫—蒼霞段：主洞起點樁號DP0+000，終點樁號DP14+691.708，全長14691.708m,開挖直徑4.4m，斷面為平底圓形；支洞共4處，分別是沃底支洞，洞長433m，嶺斗支洞，洞長449m，嶺腳支洞，洞長477m，朝陽支洞，洞長500m。

蒼霞—石溪段：主洞起點樁號DP0+000，終點樁號DP14+691.708，全長3233.317m；另在東張出水口處新建625m的出水渠道，底寬4m，以及水閘2座。主要包括隧洞開挖、支護、水土保持、環(huán)保等。

本工程施工線路長、沿線岸坡陡峻，各項施工臨時輔助設(shè)施施工布置較困難，因此本工程的施工平面布置合理規(guī)劃十分重要。

3 施工輔助系統(tǒng)布置

3.1 水電風(fēng)布置

3.1.1 施工供水

施工生產(chǎn)及生活用水分開供應(yīng)。其中生產(chǎn)用水來自施工洞口附近修建的蓄水池，洞內(nèi)施工用水通過給水管道供水，采用自流或逐級增加水泵將水送到工作面；生活用水來自附近的自來水管網(wǎng)。

用水量按下式校核：

(1)

式中Qs——用水總量，L/s；

K1——水量損失系數(shù)，一般取1.1～1.2；

Q——用水機械臺班數(shù)，主洞開挖同時開動 7 臺 YT28 風(fēng)鉆；

K2——用水不均勻系數(shù)，一般取 1.25～1.50。

經(jīng)計算，用水總量為Qs=0.123L/s。

給水管道直徑按下式計算：

(2)

式中D——給水管直徑，mm；

Q——用水量，L/s；

v——管道水流速度，m/s，取2m/s。

經(jīng)計算，配水管直徑為44mm，因此，主洞采用φ50 管滿足設(shè)計要求。

3.1.2 施工供電

工程在每一個施工洞口安裝變壓器一臺，并配備配電房一間。連井、觀音洋、一都、玉林、東張、沃底、嶺斗、嶺腳、朝陽支洞口各設(shè)置一臺800kVA變壓器，石溪出洞口、東張水庫取水口設(shè)置一臺500kVA變壓器，蒼霞南洋底工區(qū)各支洞均設(shè)置兩臺2×500kVA變壓器，東張出洞口設(shè)置一臺315kVA變壓器，以供生產(chǎn)用電和生活用電。施工供電網(wǎng)絡(luò)見圖1。

圖1 施工供電網(wǎng)絡(luò)示意圖

動力電源從箱式變壓器或發(fā)電機引出，采用橡套電纜供電，沿工地圍護布設(shè)2路電纜主干線。采用埋地沿墻方式敷設(shè)施工用電配線，為保證施工期間不間斷供電，采用獨立雙電源進戶的形式。管內(nèi)照明和小動力電源采用二路互為備用，工作井下設(shè)置一個雙電源自動切換器。

3.1.3 施工供風(fēng)

根據(jù)施工特點，采用集中供風(fēng)與移動式供風(fēng)相結(jié)合。經(jīng)初步估算，集中供風(fēng)最大用風(fēng)量約為300m3/min，擬布置20m3/min電動空壓機12臺(支洞進口兩臺)，另輔助6臺12m3/min移動式柴油空壓機(隧洞進口1臺)機動供風(fēng)，系統(tǒng)總供風(fēng)能力為312m3/min。

在本標(biāo)各施工場地內(nèi)布置固定式供風(fēng)站1座，配備移動式柴油空壓機進行輔助供風(fēng)，以滿足隧道用風(fēng)要求。集中供風(fēng)站布置在隧洞進口施工場地附近，站內(nèi)配置20m3/min電動空壓機2，供風(fēng)能力為40m3/min；主要承擔(dān)隧洞進口處掌子面開挖施工及支護施工供風(fēng)，其建筑面積40m2，占地面積約80m2。配置6臺12m3/min移動式柴油空壓機機動供風(fēng)，供風(fēng)容量為72m3/min。

各施工部位施工用風(fēng)分別從集中供風(fēng)站采用DN150供風(fēng)鋼管引至施工部位附近，其供風(fēng)管上開設(shè)DN50支管頭，采用φ50膠皮管接至各用風(fēng)工作面。供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施布置見表1。

表1 供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施布置

3.2 隧道通風(fēng)設(shè)施

在隧洞施工過程中，將會產(chǎn)生有害氣體和粉塵，影響施工人員的安全，隧洞通風(fēng)設(shè)施的布置要根據(jù)隧洞的長度和斷面型式、施工方法以及需風(fēng)量確定。本工程隧洞獨頭掘進最大長度約為2.5km，加上支洞，隧洞施工長度近3.0km，本工程設(shè)置與主洞相交的施工支洞，通風(fēng)排煙經(jīng)過此結(jié)合部位時，通風(fēng)效果受其影響大，需通過專業(yè)的通風(fēng)排煙方案設(shè)計以及合理的通風(fēng)設(shè)備選擇，提高通風(fēng)效率，降低施工風(fēng)險。根據(jù)隧洞的施工進展，結(jié)合通風(fēng)排煙效果，接力通風(fēng)，可改善排煙效果，結(jié)合現(xiàn)場的地形地質(zhì)情況，可通過在主洞軸線上方覆蓋層薄弱處鉆設(shè)通風(fēng)孔的方式加強排煙。

3.2.1 需風(fēng)量計算

需風(fēng)量計算從洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量、最多工作人員所需最少風(fēng)量、爆破散煙需風(fēng)量三個方面考慮，取它們間最大值作為計算風(fēng)量。隧洞需風(fēng)量計算方法和計算結(jié)果見表2。

表2 隧洞需風(fēng)量計算 單位：m3/min

3.2.2 通風(fēng)設(shè)備的選擇

選擇洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量318m3/min為隧洞所需風(fēng)量，根據(jù)礦井軸流式風(fēng)機參數(shù)，并考慮損耗，選用2×30kW軸流式風(fēng)機，并采用壓入式通風(fēng)可滿足本工程通風(fēng)要求。當(dāng)實際通風(fēng)量不能滿足要求時，可串聯(lián)增加軸流風(fēng)機，隧洞每掘進500m時，串聯(lián)一臺11kW軸流式通風(fēng)機，以縮短排煙時間爭取工期、確保通風(fēng)效果。通風(fēng)系統(tǒng)布置見圖2。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)布置

3.3 施工排水及防洪

3.3.1 洞內(nèi)排水

隧洞上坡施工時，在隧洞邊墻按設(shè)計要求開挖排水溝自排水。隧洞下坡施工時，在隧洞邊墻處設(shè)排水溝，每100m設(shè)一集水坑，用水泵接力排水至洞外沉淀池(見圖3)。

圖3 污水沉淀處理示意圖

3.3.2 洞外排水

洞口頂部設(shè)置截排水溝將洞頂水引入排水溝排出。生活區(qū)和機修房及棄渣場等區(qū)域挖排水溝排水至污水沉淀池，經(jīng)凈化處理后排出。

3.3.3 防洪措施

施工期間要保證河流暢通，防止洞渣填堵，必要時進行疏導(dǎo)。主要措施包括：汛期設(shè)專人傳汛、監(jiān)測天氣及洪水情況，以便及時撤離人員、設(shè)備；準(zhǔn)備充足的防洪物資；加強與氣象部門的聯(lián)系，密切注意天氣變化情況。

3.4 主要施工輔助加工廠

3.4.1 模板加工廠

模板加工廠擬布置于生產(chǎn)生活營地附近，主要進行本工程的各類模板的加工、制作與堆放。模板加工廠設(shè)有鋼模堆放區(qū)、木材堆放區(qū)和加工區(qū)，加工區(qū)內(nèi)設(shè)有加工車間、值班室、工具房及防火設(shè)施，其建筑面積100m2，占地面積2000m2。

3.4.2 鋼筋加工廠

鋼筋加工廠擬布置于生產(chǎn)生活營地附近，緊臨模板加工廠旁邊，主要進行本工程的錨桿、鋼筋、預(yù)應(yīng)力錨索以及部分臨建鋼筋的加工、制作。廠內(nèi)設(shè)鋼筋加工車間、材料及成品堆放場、工具庫房及值班室，其建筑面積100m2，占地面積2000m2。

3.4.3 機械設(shè)備停放場及修理廠

機械設(shè)備停放場及修理廠擬布置于生產(chǎn)生活營地附近，主要承擔(dān)本工程施工機械設(shè)備及車輛的停放、保養(yǎng)、修理和零部件加工等任務(wù)。修理廠內(nèi)設(shè)修理車間、加工車間、值班室、工具房等，其建筑面積100m2，占地面積約3000m2。

3.4.4 金結(jié)加工廠

金結(jié)加工廠擬布置于生產(chǎn)生活營地附近，緊臨鋼筋加工廠，主要承擔(dān)本工程金屬結(jié)構(gòu)制作與預(yù)拼裝任務(wù)。廠內(nèi)設(shè)作業(yè)場及成品堆場、工具庫房等，其建筑面積100m2，占地面積2000m2。

3.5 臨時棄渣場

本工程使用的渣場主要為各支洞附近棄渣場。棄渣場應(yīng)安排推土機進行維護，并指定專人進行渣場管理，按規(guī)定分層放置棄渣料，做好渣場的永久與臨時排水，防止水土流失。經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可的有用石料均按招標(biāo)文件及監(jiān)理工程師的要求，堆存于棄料場，并以分層堆筑的方式進行存放，保證使用時可以順利取料。

配備1臺D85A-18型推土機、1臺PC200型挖掘機負(fù)責(zé)棄料場的道路修筑和場地平整，以及棄渣場外側(cè)邊坡的修整等。采用自下而上分層填筑的方式存料或棄渣，坡腳防護及排水溝將緊隨其后跟進施工，其頂面與已砌坡頂高差不大于5m，防止污染發(fā)生。組織專門的人員和平地設(shè)備定期對棄渣料場交通主干道進行維護、修整，保證道路交通的暢通。

4 結(jié) 語

福建省平潭及閩江口水資源配置(一閘三線)工程在施工前期，本著施工安全為前提，兼顧施工質(zhì)量和節(jié)約成本的原則，對隧洞工程的相關(guān)輔助施工措施進行了優(yōu)化設(shè)計，施工進展順利，未出現(xiàn)安全事故和質(zhì)量問題，施工進度和施工質(zhì)量都有了很大的提升，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。