水利水電工程引水隧洞洞挖施工方法

張生林

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

1 工程概況

泉州市惠女至菱溪、黃塘引調(diào)水工程分為干支線，分別為惠女至佘格寮輸水干線、佘格寮至菱溪輸水支線。泉州市惠女至菱溪、黃塘引調(diào)水工程屬Ⅲ等工程，標(biāo)段范圍內(nèi)的佘格寮至菱溪輸水支線中的內(nèi)山管道、內(nèi)山至后蘇輸水隧洞、后蘇管道、后蘇至菱溪輸水隧洞輸水線路總長9.8 km，隧洞開挖洞徑為3.2 m，開挖底寬2.6 m，襯后洞徑2.4 m；輸水管道管徑為2.0 m。主要工程量包括土方開挖39 932.65 m3，土方回填10 942 m3，石方洞挖93 275.71 m3，砼27 251.89 m3，鋼筋制安792.68 t，管道安裝387.2 m。

2 地質(zhì)條件、施工條件

2.1 地質(zhì)條件

引水隧道的地質(zhì)主要是以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主。內(nèi)山管道主要為沖洪積粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖和弱風(fēng)化花崗巖，可直接作為管道基礎(chǔ)層。內(nèi)山至后蘇隧道Ⅱ類圍巖長度538 m，占58.5%；Ⅲ類圍巖長度207 m，占22.51%；后蘇至菱溪隧洞Ⅱ類圍巖長度6201.224m，占73.06%。隧洞區(qū)的巖石致密堅硬，大部分隧洞圍巖穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差，地質(zhì)條件總體較好。

2.2 施工條件

泉州市惠女至菱溪、黃塘引調(diào)水工程位于泉州市泉港區(qū)驛坂村，對外環(huán)庫公路直通國道G324線。場內(nèi)臨時施工道路施工單位自行修建，同時與施工道路交叉或相鄰道路施工時避開施工時差。另外，根據(jù)工程需要修建相關(guān)施工便道。

3 施工機(jī)械與施工方案

3.1 設(shè)備選型

施工機(jī)械設(shè)備選型原則如下：一是機(jī)械設(shè)備配備選型。綜合考慮了機(jī)械設(shè)備的機(jī)動靈活、高效低耗、環(huán)保、運(yùn)行安全可靠等各方面因素，其性能及工作參數(shù)以滿足施工需要和保證施工進(jìn)度為前提。二是施工機(jī)械設(shè)備數(shù)量。按高峰月施工強(qiáng)度及設(shè)備能力進(jìn)行配備，適當(dāng)考慮了設(shè)備的出勤率和完好率，并考慮了適當(dāng)施工設(shè)備能力儲備系數(shù)。三是選用的施工機(jī)械設(shè)備在滿足工程需要的前提下，設(shè)備類型不宜太多，以利于設(shè)備的維修、保養(yǎng)、管理，提高生產(chǎn)效率[1]。工程所需的鉆孔和爆破施工設(shè)備如表1所示。

3.2 施工方法

根據(jù)工程的特點(diǎn)，洞身開挖分4個工作口7個工作面，分別是紫山分水口下游工作面、后蘇上下游工作面、尾田支洞上下游工作面、土門豎井上下游工作面。除此之外，考慮了C2B標(biāo)的菱溪支洞作為洞身開挖的一個備用工作面。

開挖Ⅲ類圍巖地段采用全斷面法，光面爆破開挖；隧洞采用新奧法施工，隧洞從豎井、出口、雙向掘進(jìn)，開挖采用自制多功能鉆爆臺架，人工手持風(fēng)鉆打眼，根據(jù)圍巖特性及其節(jié)理裂隙的分布情況，確定該隧道的爆破參數(shù)，以隧洞爆破專項(xiàng)施工方案為藍(lán)本進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在光爆區(qū)爆破孔裝藥參數(shù)不變的情況下增加光爆面導(dǎo)向光爆空孔，提高成面的準(zhǔn)確性。在鉆孔施工過程中堅決控制鉆孔質(zhì)量，成孔要求平、直、準(zhǔn)、齊，各炮眼要準(zhǔn)確地打在點(diǎn)好的眼位上，誤差一般不大于20 mm，周邊眼誤差應(yīng)盡量減??；要求周邊光爆孔與二圈孔要互相平行，以保證光爆最小抵抗線厚度，要求各炮孔與隧道軸線方向平行一致；同一類型炮眼深度斜度基本一致。

3.3 施工流程

一是測量放線。測量放線是洞室開挖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確的測量放線對于工程質(zhì)量十分關(guān)鍵。本工程中采用全站儀和激光導(dǎo)向儀配合工作，在施工工作面快速放出周圍輪廓線，并且確定隧道中軸線以及鉆孔孔位，精度能夠滿足工程的需求。為了對工程進(jìn)度進(jìn)行控制，在布設(shè)基本導(dǎo)線點(diǎn)的情況下設(shè)置三角高程，確保工程高程與放線精度。二是鉆孔與質(zhì)量控制。相關(guān)研究表明，鉆孔精度對于后續(xù)工程十分重要，是防止超欠挖的重要措施。因此，必須嚴(yán)格按照爆破布置圖及設(shè)計孔深施鉆，沿輪廓線的調(diào)整范圍和掏槽孔的孔位偏差不應(yīng)大于5 cm，其他孔位不應(yīng)大于10 cm。施工過程中需要加強(qiáng)鉆孔的孔距、孔斜的檢查，及時做好質(zhì)量監(jiān)督。三是裝藥連網(wǎng)爆破與質(zhì)量控制。炮孔經(jīng)檢查合格后，由持證炮工領(lǐng)班操作，嚴(yán)格遵守爆破安全操作規(guī)程裝藥爆破。炸藥采用84#巖石乳化炸藥。藥卷直徑：周邊光爆孔Φ25 mm，其余為Φ32 mm；爆破施工過程中的藥量控制、裝藥連網(wǎng)爆破是整個工程的重點(diǎn)，在施工過程中，需要嚴(yán)格按照爆破設(shè)計要求與規(guī)范開展裝藥連網(wǎng)，周邊光爆孔采用間隔裝藥方式，并且由塑料導(dǎo)爆管連接形成起爆網(wǎng)絡(luò)，在檢查無誤且取得作業(yè)證之后，要求施工機(jī)械與施工人員撤離到安全地帶，開展爆破警戒，同意執(zhí)行爆破。四是通風(fēng)除塵與質(zhì)量控制。在爆破完畢后，需要對爆破后的殘渣以及碎土進(jìn)行除塵工作，采用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙，采用噴淋裝置進(jìn)行除塵管理，做好除塵之后，排查相關(guān)的安全隱患，按照《安全爆破規(guī)程》進(jìn)行后續(xù)處理，確保安全后繼續(xù)施工。五是錨噴支護(hù)與質(zhì)量控制。采用錨噴支護(hù)的方式對不穩(wěn)定的巖體進(jìn)行保護(hù)，為了確保支護(hù)強(qiáng)度，應(yīng)在鉆孔后注入漿液，并且倒入孔底，安插桿體，最后認(rèn)真堵塞孔口，防止?jié){液流出，確保支護(hù)強(qiáng)度，避免不穩(wěn)定巖體引發(fā)的危險因素。整個工程的工藝流程如圖1所示。

4 鉆爆設(shè)計與爆破試驗(yàn)

4.1 鉆爆設(shè)計

根據(jù)隧洞基本情況，隧洞爆破采用淺孔爆破法施工。Ⅴ級圍巖上臺階開挖每循環(huán)進(jìn)尺不大于0.8 m，Ⅳ級圍巖上臺階每循環(huán)進(jìn)尺不大于1.0 m，Ⅲ級圍巖地段控制在1.5～2.0 m進(jìn)行設(shè)定。隧洞明洞段土石開挖選用淺孔臺階爆破。隧洞Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖法，Ⅳ級圍巖和Ⅴ級圍巖采用2臺階開挖法進(jìn)行開挖。開挖輪廓線采用光面爆破技術(shù)，洞口明挖段需要爆破施工，基本采取淺孔控制爆破，對于個別巖石盡可能采用機(jī)械破碎，不采用爆破法施工。

4.2 爆破試驗(yàn)

為確定科學(xué)的爆破參數(shù)，明確起爆炸藥使用數(shù)量和藥孔之間的距離，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行爆破試驗(yàn)。首先依照公式明確炸藥數(shù)量與藥孔之間間隔的數(shù)據(jù)，每進(jìn)尺都對預(yù)裂孔的爆破成效進(jìn)行查看，在確保藥孔間隔距離不發(fā)生變化的狀況下調(diào)節(jié)炸藥使用數(shù)量，在爆破成效達(dá)到預(yù)定要求的炸藥使用范圍內(nèi)調(diào)節(jié)藥孔之間的距離，力爭在確保爆破效果與施工效率的狀況下得到理想狀態(tài)的藥孔間隔距離與炸藥使用數(shù)量。

作業(yè)期間經(jīng)過爆破成效剖析，基于地質(zhì)變動狀況恰當(dāng)調(diào)節(jié)爆破參數(shù)，讓其符合設(shè)計規(guī)定。為保證進(jìn)洞安全需求，在進(jìn)洞處范圍內(nèi)設(shè)置鋼拱架，具體榀數(shù)根據(jù)進(jìn)洞圍堰情況確定。周邊眼運(yùn)用導(dǎo)爆索完成起爆與傳爆，而其他眼與導(dǎo)爆索依托非電毫秒雷管進(jìn)行引爆，這種雷管依托電雷管起爆。炸藥運(yùn)用的是2號硝銨炸藥，遇到滲水時采用乳化炸藥。

5 Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖支護(hù)

Ⅳ、Ⅴ類圍巖的發(fā)育程度不高，圍巖不穩(wěn)定，而且以分布的小斷層為主。本工程中內(nèi)山至后蘇隧IV類圍巖長度144.729m，占15.73%；V類圍巖長度30 m，占3.26%；后蘇至菱溪隧洞IV類圍巖長度1 236 m，占14.56%；V類圍巖長度169 m，占1.99%。工程中的Ⅳ、Ⅴ類圍巖雖然占比不高，但是因?yàn)槠鋰鷰r不穩(wěn)定的特性，需要在超前地質(zhì)勘探的基礎(chǔ)上，采取合理的施工方法。

5.1 超前地質(zhì)勘探

超前地質(zhì)勘探是了解Ⅳ、Ⅴ類圍巖的構(gòu)成及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的重要方式，在超前勘探的基礎(chǔ)上，能夠獲取尚未開挖巖體的體質(zhì)情況，為支護(hù)方式的選擇提供依據(jù)?？碧竭^程中設(shè)置朝前鉆探孔，采用SGZ-ⅢA型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔徑根據(jù)情況大于54 mm，孔長15～30 m，從鉆探孔中獲取巖芯，通過試驗(yàn)的方式了解巖芯的巖性、力學(xué)性能以及結(jié)構(gòu)，分析圍巖的構(gòu)成。同時，采用抽水試驗(yàn)的方式了解水文資料，避免施工過程可能出現(xiàn)的涌水、坍塌等不良事故[2]。

5.2 施工方法與質(zhì)量控制

當(dāng)Ⅳ、Ⅴ類圍巖斷層破碎帶內(nèi)充填軟塑狀斷層泥或特別松散的顆粒時，需要設(shè)置超前支護(hù)。利用錨桿或管棚進(jìn)行超前支護(hù)，在確保圍巖穩(wěn)定的情況下，開展分層開挖。開挖過程中做好監(jiān)督與管理，采用分部支護(hù)和分布開挖等方式，提升施工安全。施工過程中要嚴(yán)格控制爆破用藥量、爆破深度等參數(shù)，不能為了追求工程進(jìn)度而忽略質(zhì)量管理。

5.3 地下水的防滲處理

在作業(yè)過程中洞中滲水范圍比較大的情況下，運(yùn)用鉆孔把水全部引到集水井內(nèi)，之后使用水泵把水排到洞外。若地下滲漏水水量很大或者范圍較為廣泛時，掘進(jìn)之前首先要進(jìn)行灌漿，之后基于全封閉深孔或者依托超前加強(qiáng)支護(hù)對滲水問題進(jìn)行處置，而且在掘進(jìn)作業(yè)面前方留下最少10 m的搭接長度。小鋼管與超前錨桿裝設(shè)運(yùn)用快硬水泥卷，使待凝時長減短。

6 結(jié)語

本文所研究的工程地質(zhì)環(huán)境與施工環(huán)境復(fù)雜，施工條件苛刻，依靠良好的施工組織以及有效的施工技術(shù)，完成了整個引水隧洞洞挖工程。對工程的引水隧洞洞挖工程進(jìn)行研究，明確鉆爆與支護(hù)工藝流程，做好關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，對于提升工程進(jìn)度、確保工程質(zhì)量具有重要的意義。