西藏高寒高海拔地區(qū)小斷面隧洞開(kāi)挖施工技術(shù)研究

李秀英，石 雨，陳思雄

(1.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司，拉薩，850000；2.山南市扎囊縣水利局，西藏 山南，850800)

1 工程概述

1.1 工程概況

旁多水庫(kù)灌溉輸水洞為無(wú)壓隧洞，建筑物級(jí)別為3級(jí)，設(shè)計(jì)引用流量10.0m3/s，洞內(nèi)最大流速2.02m/s，靠近泄洪洞進(jìn)口附近。灌溉輸水洞全長(zhǎng)16.827km，分為引水渠、進(jìn)水口、輸水隧洞、出口段等部分。

1.2 水文與氣象

拉薩河流域?qū)俑咴瓬貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，干濕季異常分明。與我國(guó)同緯度地區(qū)相比，具有氣溫低、日溫差大、年溫差小、降水強(qiáng)度弱、蒸發(fā)旺盛等高原氣候特征。由于流域內(nèi)高程變化大，河源至河口相差1600m，造成上下游及山頂河谷氣候有較大的差異。

1.3 地質(zhì)情況

灌溉輸水洞總長(zhǎng)16827m，洞軸線方向：進(jìn)口及洞身為S21°W，至出口轉(zhuǎn)為S79°W。進(jìn)口底板高程4061.60m，出口底板高程4044.84m，埋深260m～500m，斷面尺寸為4m×4m城門(mén)洞型?？傮w屬Ⅱ～Ⅲ圍巖，Ⅲ類圍巖約占20%～30%，斷層發(fā)育部位為Ⅳ類。

1.4 施工難點(diǎn)

隧洞長(zhǎng)，運(yùn)輸困難；隧洞長(zhǎng)，供風(fēng)排煙困難；斷面小，爆破效果差；不良地質(zhì)段支護(hù)困難，地質(zhì)條件好洞段平爆破藥量單耗高、進(jìn)尺不理想；洞內(nèi)山體大透水施工難度大；隧洞長(zhǎng)，動(dòng)力供電困難；健康安全。

2 施工機(jī)械配套技術(shù)

2.1 配套原則

針對(duì)隧洞“高、寒長(zhǎng)、小”的特點(diǎn)，按以下原則選擇配套機(jī)械設(shè)備：

(1)機(jī)械化原則：各道工序盡可能采用機(jī)械化或半機(jī)械化，最大限度減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少高原作業(yè)的體力消耗。

(2)經(jīng)濟(jì)高效原則：不追求單機(jī)設(shè)備先進(jìn)，力求設(shè)備合理匹配。

(3)由于隧洞凈空小，無(wú)輔助坑道，獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)困難，采用有軌運(yùn)輸施工方案。

(4)施工進(jìn)行要與施工方法配套，動(dòng)力選型以電動(dòng)為主。

(5)根據(jù)設(shè)備外型尺寸和隧洞斷面，在單機(jī)選型上考慮質(zhì)量可靠、施工高效、經(jīng)濟(jì)合理、維修方便、科學(xué)配套，選定的進(jìn)行設(shè)備外形尺寸適宜，生產(chǎn)能力要匹配。

(6)機(jī)械設(shè)備配套必須與進(jìn)度要求相匹配，進(jìn)度目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)平均月掘進(jìn)120m以上，力爭(zhēng)150m。

(7)設(shè)備配置考慮高原機(jī)械效率低，富裕系數(shù)又不宜過(guò)大，以避免部分設(shè)備能力不足或浪費(fèi)。

2.2 設(shè)備選型配套

根據(jù)以上7個(gè)原則，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的測(cè)算、反復(fù)驗(yàn)證，并咨詢廠家，確定采用VT28型風(fēng)動(dòng)手持鉆機(jī)，LWLX-120履式扒渣機(jī)，噴錨作業(yè)選用ZP-11型干噴機(jī)以人工作業(yè)為主。

2.3 施工效果

小斷面長(zhǎng)隧洞開(kāi)挖施工，因隧洞開(kāi)挖斷面小，洞內(nèi)空間狹窄，常規(guī)隧洞開(kāi)挖出渣設(shè)備難以發(fā)揮作用。常規(guī)的小斷面隧洞開(kāi)挖施工，采用有軌運(yùn)輸施工方案，雖然購(gòu)買(mǎi)設(shè)備一次性投入成本較大，但避免了無(wú)軌方案中運(yùn)輸車輛尾氣排放造成的污染。旁多水庫(kù)灌溉輸水洞工程結(jié)合工程特點(diǎn)及條件限制，采用了無(wú)軌運(yùn)輸方案，如果不經(jīng)過(guò)兩次倒運(yùn)，則采用有軌運(yùn)輸進(jìn)行該類型隧洞施工將更為科學(xué)。經(jīng)過(guò)10個(gè)月的施工實(shí)踐，所配套使用的機(jī)械設(shè)備，適用性較好，充分發(fā)揮了綜合配套效率，減少了施工人員，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了隧洞能按期完工，證明了在高海拔、高寒的獨(dú)特條件下，依照此模式進(jìn)行機(jī)械選型配套是可行的。

3 隧洞開(kāi)挖技術(shù)

隧洞開(kāi)挖分為測(cè)量放線、鉆孔爆破、通風(fēng)散煙、安全處理、出渣、一次支護(hù)等工序。為了實(shí)現(xiàn)快速施工縮短工序銜接時(shí)間，除特殊原因外，對(duì)各工序脫節(jié)超過(guò)1h的給予經(jīng)濟(jì)處罰，有效促進(jìn)了工序銜接。

3.1 測(cè)量技術(shù)

洞室開(kāi)挖時(shí)，將洞口附近的網(wǎng)絡(luò)控制點(diǎn)延伸至洞口，并采用全站儀測(cè)定中線，沿隧洞軸線作導(dǎo)線控制測(cè)量，每隔一定的距離(視洞的直線性而定，如為50m)設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，一般情況下，每4～5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行閉合測(cè)量校核，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

旁多水庫(kù)灌溉輸水洞采用TS06全站儀配合激光指向儀測(cè)量，激光指向儀有效指向，便于鉆爆工控制鉆孔方向，同時(shí)可以減輕測(cè)量工作量。安裝指向儀后，間隔一排炮用全站儀檢查指向儀指向是否正確，并檢查開(kāi)挖斷面。

3.2 鉆孔爆破設(shè)計(jì)技術(shù)

根據(jù)輸水洞地質(zhì)條件及巖性、技術(shù)規(guī)范要求、開(kāi)挖方法及以往施工經(jīng)驗(yàn)，爆破設(shè)計(jì)按“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)”的原則進(jìn)行，按圍巖類別和抗震要求嚴(yán)格控制最大一段起爆藥量。

根據(jù)手風(fēng)鉆工作性能，鉆孔直徑定為42mm，循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)不同圍巖類別暫定為：洞內(nèi)Ⅱ、Ⅲ類圍巖2.0m～3.0m，Ⅳ類圍巖1.5m～2.0m，輪廓面均采用光面爆破，炸藥選用2#巖石乳化炸藥，采用電毫秒雷管起爆。

3.3 安全處理技術(shù)

在出渣前，由有經(jīng)驗(yàn)的安全處理人員對(duì)爆破區(qū)影響范圍內(nèi)的邊拱頂圍巖進(jìn)行清撬處理。

3.4 通風(fēng)散煙技術(shù)

在高寒高海拔條件下，隧洞施工通風(fēng)是制約隧洞能否快速施工的關(guān)鍵因素，本工程供排風(fēng)系統(tǒng)主要采取供排結(jié)合的方式進(jìn)行。施工所需的總風(fēng)量應(yīng)考慮工作人員用風(fēng)量、各種施工機(jī)械耗風(fēng)量及沖淡有害氣體濃度所需風(fēng)量，以控制洞室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)規(guī)范規(guī)定的容許含量，并以計(jì)算所需的總風(fēng)量的最大值作為設(shè)計(jì)的供風(fēng)量。在確定設(shè)計(jì)供風(fēng)量時(shí)考慮風(fēng)量損失并按工程所處的海拔高程進(jìn)行修正。

3.5 防塵措施

洞內(nèi)粉塵90%來(lái)自鑿巖作業(yè)，其次由爆破產(chǎn)生，裝碴、運(yùn)輸所占比例很少。隧道施工防塵的主要方法是濕式鑿巖作業(yè)、噴霧灑水降塵、機(jī)械化正常通風(fēng)及加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)等。

經(jīng)過(guò)處理后粉塵允許濃度：每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg；含有10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物質(zhì)的礦物性和動(dòng)植物性的粉塵為10mg。

3.5.1 通風(fēng)防塵

通風(fēng)防塵的作用是稀釋和排出洞內(nèi)空氣中的粉塵，根據(jù)我國(guó)煤炭、冶金及鐵道部門(mén)頒發(fā)的有關(guān)規(guī)定，要求掘進(jìn)巷道工作面的最低排塵風(fēng)速為0.15m/s，根據(jù)排煙計(jì)算配備的通風(fēng)設(shè)備能夠滿足通風(fēng)防塵要求。

為避免由風(fēng)管吹出的風(fēng)流在工作面形成渦流或直接吹向碴堆而增加空氣中的粉塵含量，使風(fēng)管懸掛于隧道的一側(cè)，并使其軸線與隧道平行。

3.5.2 濕式作業(yè)

(1)鉆孔防塵：鉆孔作業(yè)全部采用隔離操作的鉆孔鑿巖臺(tái)車進(jìn)行濕式鉆孔，鉆孔過(guò)程中的供水水壓不低于0.3MPa，保證鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)充滿水，為了提高對(duì)微細(xì)塵粒的吸附能力，在水中添加少量濕潤(rùn)劑降低水的表面張力，濕潤(rùn)劑的一般用量為0.05%～0.5%。其他地段需要鉆孔時(shí)，也必須采用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)裝置，杜絕干打眼。

(2)爆破防塵：采用水封爆破進(jìn)行降塵，即用聚氯乙烯、聚乙烯等薄膜加工的塑料袋裝水充當(dāng)炮泥放在炮孔中封堵炸藥，可使1μm～5μm粉塵降低50%～80%，同時(shí)能減少爆破所產(chǎn)生的有害氣體。爆破時(shí)采用高壓噴霧器進(jìn)行噴霧降塵，為加速濕潤(rùn)粉塵的沉降，在距掘進(jìn)工作面20m～30m處利用噴霧器設(shè)置粗霧粒凈化水幕。

(3)出碴防塵：放炮后出碴前，用水槍在掘進(jìn)工作面自里向外逐步洗刷隧洞頂板及兩旁，水槍距工作面15m～20m，水壓一般3kgf/cm2～5kgf/cm2。在裝碴前，向碴堆不斷灑水，直到碴堆濕透，防止裝碴過(guò)程中揚(yáng)塵。

(4)噴混凝土防塵：隧洞內(nèi)全部采用濕噴混凝土機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè)，從根本上降低噴混凝土作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵量，在噴混凝土作業(yè)面，布設(shè)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行吸塵，來(lái)改善作業(yè)面的工作環(huán)境。

3.5.3 減少塵源

盡量將能夠在洞外進(jìn)行加工操作的工序放在洞外，如電焊、氧氣焊、混凝土攪拌等工序，以減少粉塵的來(lái)源。

3.6 技術(shù)要點(diǎn)及安全措施

3.6.1 技術(shù)要點(diǎn)

(1)風(fēng)管出風(fēng)口距離工作面的距離不宜太遠(yuǎn)，否則會(huì)在工作面附近形成循環(huán)風(fēng)流，炮煙難以散去。灌溉輸水洞風(fēng)筒距離工作面為35m～45m，風(fēng)口正對(duì)工作面。

(2)采用壓入式通風(fēng)，回風(fēng)會(huì)攜帶污風(fēng)污染整個(gè)通道，尤其在交叉口處。因此，在交叉口處要合理布置風(fēng)門(mén)，防止回風(fēng)向工作面擴(kuò)散，提高通風(fēng)排煙效果。

(3)爆破后炮煙往往集中在工作面附近一定距離內(nèi)，在此范圍內(nèi)采取噴霧除塵措施能夠有效降低回風(fēng)中的粉塵含量。尤其對(duì)于長(zhǎng)距離通風(fēng)，在作業(yè)面60m～80m范圍噴霧降塵，作業(yè)環(huán)境明顯改善。

(4)采用功率大、噪聲低、性能好的通風(fēng)機(jī)，不僅能保證洞內(nèi)通風(fēng)穩(wěn)定可靠，而且能有效降低每延米通風(fēng)功率，節(jié)約電源，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

(5)在長(zhǎng)隧洞施工中，受風(fēng)筒破壞、老化、變徑、轉(zhuǎn)彎等因素影響，往往實(shí)際風(fēng)損大于理論計(jì)算值，單臺(tái)風(fēng)機(jī)無(wú)法滿足長(zhǎng)距離通風(fēng)要求時(shí)，宜采用通風(fēng)機(jī)串聯(lián)方式進(jìn)行接力通風(fēng)。接力通風(fēng)機(jī)盡量采用同一型號(hào)的通風(fēng)機(jī)，且通風(fēng)口處用一節(jié)剛性風(fēng)筒與柔性風(fēng)筒連接。

3.6.2 安全措施

(1)爆破材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工、現(xiàn)場(chǎng)裝藥、連線及瞎炮處理必須遵循《爆破安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。

(2)進(jìn)行爆破時(shí)設(shè)備、人員應(yīng)撤離至飛石、有害氣體和爆破沖擊波影響范圍之外，且無(wú)落石危險(xiǎn)的安全地點(diǎn)，對(duì)難以撤離的施工機(jī)具、設(shè)備應(yīng)隔離遮蓋防護(hù)。

(3)加強(qiáng)洞內(nèi)圍巖變形觀測(cè)，及時(shí)掌握圍巖穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取措施。

(4)所有洞內(nèi)作業(yè)人員在上崗前須經(jīng)過(guò)安全培訓(xùn)，學(xué)習(xí)安全知識(shí)，樹(shù)立安全意識(shí)，對(duì)風(fēng)筒采取保護(hù)措施，不得隨意挪動(dòng)和破壞。

(5)在離工作面最近的避車洞配置氧氣瓶，確保在人員缺氧或受傷狀態(tài)時(shí)能供應(yīng)及時(shí)。

4 施工排水技術(shù)

4.1 常規(guī)性排水

根據(jù)施工廢水及洞內(nèi)滲水預(yù)估計(jì)算，洞內(nèi)滲水量按20m3/h，洞內(nèi)一般涌水量按200m3/h，施工廢水按20m3/h計(jì)，排水能力按300m3/h考慮，通過(guò)φ150mm管，將主機(jī)和后配套處的水排到后配套污水箱中，再由300m3/h能力的排污泵將廢水排至洞內(nèi)集中排水系統(tǒng)中。

4.2 涌水、透水處理技術(shù)

施工過(guò)程中，當(dāng)接近斷層破碎帶、富水傾斜巖層及節(jié)理發(fā)育地段時(shí)，將首先進(jìn)行鉆孔超前探水，在隧洞拱頂、起拱線和中部、底部用φ75鉆頭接長(zhǎng)鉆桿各鉆一個(gè)孔，孔深5m，鉆孔過(guò)程中注意觀察巖粉、鉆速、水質(zhì)等的變化情況，并將勘探過(guò)程記錄及勘探成果上報(bào)監(jiān)理工程師，根據(jù)巖體的強(qiáng)度及完整程度、涌水壓力和涌水量，選擇采用全封閉深孔固結(jié)止水注漿(即帷幕堵水注漿)及其它處理措施。

當(dāng)暗河和溶洞有水流時(shí)，宜排不宜堵。在查明水源流向及其與隧洞位置的關(guān)系后，用暗管、涵洞、小橋等設(shè)施，渲泄水流。當(dāng)水流的位置在隧洞上部或高于隧洞時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)距離外，開(kāi)鑿引水斜洞(或引水槽)將水位降低到隧洞底部位置以下，再行引排。

穿越有流水的山體大沖溝時(shí)，采取鉆孔機(jī)超前勘探、預(yù)報(bào)是否有大透水。遇到山體大透水時(shí)，先調(diào)查沖溝水流滲透部位，可采用沖溝內(nèi)筑壩管道引流的方式使流水避開(kāi)滲透部位。洞內(nèi)穿越透水沖溝時(shí)，采用鋼支撐滿鋪薄鋼板支護(hù)，空腔采用袋裝水泥沙石混合料填充，確保鋼支撐的穩(wěn)定，可以有效防止透水對(duì)作業(yè)人員的職業(yè)健康影響，解決大量透水無(wú)法噴混凝土的技術(shù)難題。

5 不良地質(zhì)處理技術(shù)

5.1 塌方的預(yù)防與處理技術(shù)

預(yù)防隧洞施工坍塌，作好地質(zhì)預(yù)報(bào)，選擇安全合理的施工方法和措施?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，主要遵照以下要點(diǎn)：①先排水；②短進(jìn)尺；③弱爆破；④強(qiáng)支護(hù)；⑤快襯砌；⑥勤檢查，勤量測(cè)。

5.1.1 處理塌方的方法及步驟

(1)深入現(xiàn)場(chǎng)觀察研究，分析塌方原因，弄清塌方規(guī)模、類型及發(fā)展規(guī)律，核對(duì)塌方段的地質(zhì)構(gòu)造和地下水活動(dòng)狀況，盡快制定切實(shí)可行的塌方處理方案；

(2)對(duì)一般性塌方，在塌頂暫時(shí)穩(wěn)定之后，立即加固塌體四周圍巖，及時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)物，托住頂部，防止塌穴繼續(xù)擴(kuò)大，對(duì)于較大塌方或冒頂，還應(yīng)妥善處理地表陷坑；

(3)有地下水活動(dòng)的塌方，應(yīng)先治水，再治塌方，塌方段通過(guò)錨噴處理基本穩(wěn)定后，再采用管棚法施工工藝通過(guò)該洞段，施工過(guò)程中嚴(yán)格控制進(jìn)尺，采用控制爆破，以保持圍巖不受過(guò)分?jǐn)_動(dòng)和減少因爆破造成的局部應(yīng)力集中，保證巖面規(guī)整，為錨噴支護(hù)創(chuàng)造條件。同時(shí)利用管棚管對(duì)不良地質(zhì)洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿，加固圍巖和止水，使圍巖達(dá)到穩(wěn)定，塌方非常嚴(yán)重的部位，為防止四周巖體松動(dòng)后產(chǎn)生更大規(guī)模的塌方，應(yīng)在錨噴支護(hù)完成后對(duì)塌方段進(jìn)行混凝土澆筑，然后對(duì)洞頂孔穴進(jìn)行回填和灌漿處理。

5.1.2 超前勘探施工

為確保開(kāi)挖后洞室安全穩(wěn)定，開(kāi)挖遇不良地質(zhì)段時(shí)，必須謹(jǐn)慎施工。為查清未開(kāi)挖巖體的地質(zhì)情況，及時(shí)確定開(kāi)挖斷面尺寸和支護(hù)措施等，可先進(jìn)行勘探孔或勘探洞施工。依據(jù)圍巖監(jiān)測(cè)資料和超前勘探資料等，分析洞室圍巖的穩(wěn)定性，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)支護(hù)施工，對(duì)有可能發(fā)生塌方的危險(xiǎn)情況，及時(shí)采取緊急措施快速支護(hù)，盡最大可能避免塌方現(xiàn)象發(fā)生。

5.1.3 斷層破碎帶處理

由于洞室穿越的地層斷裂裂隙發(fā)育，斷層破碎帶巖體破碎，局部有溶蝕，穩(wěn)定性差，擬采取管棚預(yù)注漿在圍巖中形成結(jié)石拱和超前錨桿加固巖石，鋼支撐和掛網(wǎng)錨噴支護(hù)跟進(jìn)的方式進(jìn)行處理，在爆破后立即對(duì)圍巖噴混凝土保護(hù)，控制圍巖變形，出渣后，及早進(jìn)行錨噴支護(hù)。如在開(kāi)挖過(guò)程中，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，擬采取對(duì)松散巖體進(jìn)行固結(jié)后出渣，鋼格柵梁聯(lián)合錨噴支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)的方式處理。

5.2 巖爆防治措施

處理巖爆的基本原則：先放后治。一般情況下，對(duì)隧洞巖爆應(yīng)采用行之有效的預(yù)防措施，降低巖爆的發(fā)生機(jī)率，減小巖爆強(qiáng)度，對(duì)于巖爆嚴(yán)重的部位，要先處理后施工，確保施工安全。

5.2.1 巖爆的預(yù)防措施

(1)切實(shí)提高光面爆破效果，保證洞室輪廓規(guī)則圓順，避免應(yīng)力集中，并嚴(yán)格控制裝藥量，以盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響。

(2)爆破后立即對(duì)圍巖噴灑高壓水，軟化巖石，減弱巖爆強(qiáng)度。

(3)選用預(yù)先釋放部分能量的辦法，如松動(dòng)爆破法、超前鉆孔預(yù)爆法、超前小號(hào)坑掘進(jìn)法、打應(yīng)力釋放孔等方法，將巖石原始應(yīng)力釋放。

5.2.2 巖爆的處理措施

(1)對(duì)巖爆部位加強(qiáng)找頂工作，只有當(dāng)找頂徹底后，方能進(jìn)行下一步的測(cè)量畫(huà)弧和鉆眼作業(yè)。

(2)加強(qiáng)對(duì)巖爆部位的支護(hù)，必須先打安全錨桿(必要時(shí)再掛網(wǎng))，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行噴漿封閉，再進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，這樣才能使錨桿在爆破前有充分的凝固時(shí)間和防止石塊掉落，在錨桿安裝好后再在錨桿之間鉆適量的空眼，以減小巖爆二次發(fā)生的機(jī)率和強(qiáng)度。

(3)巖爆嚴(yán)重時(shí)，工作面上的人員要及時(shí)撤離到安全地點(diǎn)，然后由有經(jīng)驗(yàn)的人在有人陪同下對(duì)巖爆部位進(jìn)行找頂處理。找頂從上而下，上層找好鋪完架子后再進(jìn)行下層找頂。一定要等找頂工作徹底后，所有人員才能進(jìn)入掌子作業(yè)。同時(shí)各作業(yè)人員要注意做好自我防護(hù)，提高自我保護(hù)意識(shí)，切忌盲目作業(yè)。

(4)對(duì)于巖爆特別嚴(yán)重的部位，在最短的時(shí)間內(nèi)要對(duì)圍巖進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)，防止作業(yè)時(shí)落石傷人，待二次巖爆過(guò)后，采用鋼格柵支擴(kuò)，用φ22mm螺紋鋼與錨桿焊接成網(wǎng)狀，然后及時(shí)進(jìn)行二次噴漿支擴(kuò)，鉆眼前并先打超前錨桿。

6 動(dòng)力供電技術(shù)

6.1 隧洞施工設(shè)備用電情況

隧洞用電設(shè)備分為兩類：一類如鋼筋加工機(jī)械、混凝土攪拌機(jī)械、部分空氣機(jī)及通風(fēng)機(jī)等設(shè)備，此類設(shè)備在整個(gè)施工期均安設(shè)于洞外作業(yè)；另一類如扒渣機(jī)、噴漿機(jī)、混凝土輸送泵、注漿機(jī)、電焊機(jī)、部分空壓機(jī)及通風(fēng)機(jī)等設(shè)備，此類設(shè)備將隨著施工掘進(jìn)面的延伸而進(jìn)入洞內(nèi)作業(yè)，其電力供應(yīng)是考慮的重點(diǎn)。

6.2 隧洞現(xiàn)階段供電線路設(shè)計(jì)

由支洞口變壓器接引，線路采用380V/220V三相五線制配電。現(xiàn)場(chǎng)采用380V低壓供電，設(shè)配電總箱，內(nèi)有計(jì)量設(shè)備，采用TN-S系統(tǒng)供電。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備布置情況，洞外導(dǎo)線采用穿鋼管埋地敷設(shè)，洞內(nèi)導(dǎo)線采用架空布置，采用三級(jí)配電，兩級(jí)漏電保護(hù)。主洞根據(jù)設(shè)備用電情況及計(jì)算結(jié)果，掘進(jìn)1000m再考慮增加變壓器。

為了保證洞內(nèi)正常排水或長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，根據(jù)計(jì)算，要保證洞內(nèi)正常抽水，需要350kVA的發(fā)電容量；要保證通風(fēng)和工作面的正常施工，需要950kVA的總發(fā)電容量。目前分別在1#支洞口及交叉口各安裝1250kVA、1000kVA的變壓器及兩臺(tái)300kW的發(fā)電機(jī)。具體做法為：在洞外通過(guò)1250kVA變壓器對(duì)洞外風(fēng)機(jī)、1#支洞排水、照明、項(xiàng)目部及拌合站等外配電柜供電，短期停電時(shí)，利用2臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)急抽水和照明；1#支洞口與主洞交叉口通過(guò)1000kVA變壓器對(duì)洞內(nèi)扒渣機(jī)、噴漿機(jī)、電焊機(jī)、空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)及主洞排水與照明外配電柜供電。

6.3 低壓線路供電電壓降及電距離計(jì)算

“均一無(wú)感”線路的三相線路電壓損耗百分值為：

△U%=100∑M/rAU2=∑M/CA=∑PL/CA

(1)

式中：r為導(dǎo)線的電阻率；A為導(dǎo)線截面；∑M為線路有功功率之總和；U為線路額定電壓；C為功率因素。

現(xiàn)隧洞施工低壓配電線路采用BLV3×240+2×120鋁芯線，供電始端電壓為412V，扒渣機(jī)、沿線水泵及照明總工作功率為92kW，正常工作電壓范圍為370V～415V，則饋電線路末端受壓側(cè)容許最大電壓降為(407V-370V)=37V。由規(guī)范可以查到，三相四線制的銅線值為76.5，鋁線為46.2。則有：

△U%=△U/U×100%=(37V/407V)×100%=9.1%

由式(1)求得L=1097m，即當(dāng)扒渣機(jī)距離變壓器母線1097m時(shí)，線路末端電壓低于設(shè)備正常工作容許電壓。在實(shí)際施工中，當(dāng)供電距離超過(guò)1200m左右時(shí)，設(shè)備工作困難。

在隧洞沿線提供10kV接線點(diǎn)，根據(jù)工程需要灌溉輸水洞施工區(qū)設(shè)1個(gè)1250kVA變壓器?？紤]工作面過(guò)長(zhǎng)，支洞加主洞約3500m后，采用高壓進(jìn)洞，共設(shè)置2臺(tái)1000kVA的變壓器。各部位變壓器負(fù)責(zé)洞內(nèi)開(kāi)挖支護(hù)、照明、焊接、抽排水、通風(fēng)、裝渣機(jī)械及混凝土澆筑設(shè)備用電。

7 實(shí)施效果對(duì)比

通過(guò)該工程10個(gè)月施工實(shí)踐，摸索出了一套適合高海拔高寒地區(qū)小斷面長(zhǎng)隧洞施工方案。與國(guó)內(nèi)其他類似工程相比，施工進(jìn)度明顯提高(見(jiàn)表1)。

表1 國(guó)內(nèi)其他工程隧洞施工對(duì)比

該工程在招標(biāo)階段擬定的平均開(kāi)挖進(jìn)尺100m/月，實(shí)際施工中平均開(kāi)挖強(qiáng)度達(dá)到124.58m/月，最高開(kāi)挖強(qiáng)度155.8m/月。

8 結(jié)語(yǔ)

該工程為高海拔高寒地區(qū)小斷面長(zhǎng)隧洞開(kāi)挖工程，工期緊，工作環(huán)境艱苦，施工難度大。施工中，克服了隧洞圍巖地質(zhì)復(fù)雜多變，長(zhǎng)距離供風(fēng)、供電、運(yùn)輸，冬季低溫施工等不利條件，取得了高海拔高寒地區(qū)長(zhǎng)隧洞、小斷面、無(wú)軌運(yùn)輸平均開(kāi)挖強(qiáng)度124.58m/月的成績(jī)。