藍(lán) 芬,田 彬
(陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710000)
20 世紀(jì)80年代以來,我國陸續(xù)建設(shè)了不少引水、調(diào)水工程。這些引、調(diào)水工程的隧洞大部分深埋地下。為了便于施工,工程中就出現(xiàn)了不少大坡度的斜洞。由于隧洞斷面尺寸不大,無法在施工中運(yùn)用高效的大型機(jī)械設(shè)備,同時(shí)坡度大不能采用運(yùn)輸車輛進(jìn)行運(yùn)輸,只能采用卷揚(yáng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸,導(dǎo)致施工效率低,工期緊張。本文結(jié)合太白縣龍王河水庫工程溢洪洞開挖施工實(shí)例,分析如何提高中等斷面大坡度斜洞的開挖效率,淺談中等斷面大坡度斜洞的開挖施工技術(shù)。
溢洪洞布置于大壩左岸,全長396.85 m,為側(cè)槽式溢洪洞,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由側(cè)槽、調(diào)整段、隧洞段、消力池及出水渠組成。
溢洪洞洞身段設(shè)計(jì)橫斷面為城門洞型,沿洞軸線長218.28 m,其中平直段長度為59.54 m,斜坡段長度為158.74 m,洞身坡比分別為:i=0.036(平直段)、i=0.5(斜坡段),洞身大部分為Ⅲ類圍巖,開挖斷面尺寸為: 5.9 m(高)×6 m(寬)。
溢洪洞的主要特點(diǎn)有:斷面小、坡度大,洞身穿越整個(gè)山體,洞身斜坡段坡比為i=0.5(坡度為26.6°),隧洞進(jìn)出口高差66 m。由于坡度大,施工操作平臺(tái)無法到達(dá)掌子面,同時(shí)開挖過程中排煙困難,出渣問題較為突出,難度較大,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。
主要技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施如下:
(1)由于洞室?guī)в?:2斜坡,考慮出渣和洞內(nèi)排水問題,開挖只能從出口向進(jìn)口掘進(jìn),隨著進(jìn)尺增大,排煙和出渣時(shí)間增大,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。應(yīng)對(duì)措施:給洞內(nèi)增加大功率送風(fēng)機(jī),同時(shí)利用反臺(tái)階開挖法先將洞子下半洞貫通,這樣便于快速排出爆破濃煙,利用扒渣機(jī)配合裝載機(jī)進(jìn)行出渣。
(2)溢洪洞洞身斷面不大且坡度大、常規(guī)的隧洞施工方法不適用,尤其表現(xiàn)在爆破后的出渣工序上。同時(shí)由于洞子自身特點(diǎn),對(duì)于出渣設(shè)備的選用非常有限,挖掘機(jī)在斜洞里面轉(zhuǎn)彎半徑不夠,同時(shí)施工設(shè)備又無法在坡面上行駛,到達(dá)掌子面進(jìn)行扒渣作業(yè),出渣范圍有限,洞渣在i=0.5(即26.6°)的坡面上無法靠自重溜渣。應(yīng)對(duì)措施:針對(duì)這種問題,采用簡易扒渣機(jī)配合定滑輪進(jìn)行扒渣,將掌子面渣子扒至裝載機(jī)可操作范圍內(nèi)進(jìn)行洞渣外運(yùn)。
3.1.1 施工流程圖(如圖1施工流程圖)
圖1 施工流程圖
圖2 正、反臺(tái)階法示意圖
3.1.2 正、反臺(tái)階法的應(yīng)用
1)正臺(tái)階法
平直段開挖利用正臺(tái)階法,分上下兩個(gè)臺(tái)階,首先利用臺(tái)架進(jìn)行洞臉腰線上部4.1m范圍內(nèi)洞室開挖施工,隨后進(jìn)行腰線下部1.8 m范圍內(nèi)抬底爆破施工,上下臺(tái)階進(jìn)尺距離差距控制在≤5D內(nèi)(D為開挖洞徑)。利用人工配合挖機(jī)以及裝載機(jī)進(jìn)行洞內(nèi)出渣。
圖3 起爆連線示意圖
2)反臺(tái)階法
3.2.1 測(cè)量放線
開挖前先利用水準(zhǔn)儀和全站儀進(jìn)行測(cè)量和放樣,確定開挖輪廓線,并在掌子面上依據(jù)爆破設(shè)計(jì)布置炮孔位置。
3.2.2 爆破施工
通過爆破設(shè)計(jì),同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)實(shí)際選用情況如下:
1)鉆孔深度
在保證安全的前提下,盡可能提高掘進(jìn)速度,縮短工期。本洞室擬定Ⅲ類圍巖鉆孔深度2.8 m(預(yù)期進(jìn)尺2.5 m),實(shí)際鉆孔深度根據(jù)實(shí)際情況可靈活調(diào)整,由于斜坡段采用的是反臺(tái)階法施工,爆破空間受限,進(jìn)尺稍短為1.5 m。
2)炸藥及雷管參數(shù)
為保證開挖爆破效果,擬定采用非電毫秒延期雷管爆破,具體參數(shù)如下:炸藥選取二號(hào)巖石乳化炸藥,Φ32 mm,L=200 mm,0.2 kg/條;采用非電毫秒延期雷管,1~11段,腳線長4米;導(dǎo)爆索(防水型);起爆母線200 m,國標(biāo);起爆器一臺(tái);孔口炮泥堵塞,非電雷管連接起爆,光面爆破。
3)掏槽方式、裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞
本闡述以Ⅲ類圍巖為例,全斷面鉆爆區(qū)鉆孔分為掏槽孔(超設(shè)計(jì)孔深20 cm)、崩落孔及周邊孔,采用中孔直孔掏槽,中部設(shè)置一掏槽孔,外側(cè)均勻分布一圈空孔(5個(gè))作為輔助孔,空孔外部布置菱形掏槽,共4孔。掏槽孔和崩落孔采用Φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥,炮泥堵塞,堵塞長度50 cm;周邊孔孔間距50 cm,采用1/2Φ32 mm藥卷、1/4Φ32 mm藥卷間隔裝藥,使藥量沿炮眼全長均勻分布,炮泥堵塞,堵塞長度45 cm;底孔孔間距50 cm,采用Φ32 mm藥卷間隔裝藥,藥量沿炮眼全長均勻分布,炮泥堵塞,堵塞長度50 cm。
4)起爆
采用非電毫秒雷管微差起爆,起爆順序:掏槽眼→空眼→輔助眼→邦眼、頂眼→底眼。
起爆連線示意圖見圖3,圖中數(shù)字為從小到大的起爆順序。
圖4 扒渣機(jī)設(shè)備示意圖
3.2.3 出渣工藝優(yōu)化
在無法改變隧洞設(shè)計(jì)方案的情況下,首先考慮對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。一般隧洞開挖出渣分為有軌運(yùn)輸或無軌運(yùn)輸。本工程考慮在整個(gè)斜坡段范圍內(nèi),采用卷揚(yáng)機(jī)與扒斗用鋼絲繩鏈接方式進(jìn)行出渣,可以克服坡度較陡,普通機(jī)械無法進(jìn)入掌子面進(jìn)行出渣的缺點(diǎn)。
1)設(shè)備性能
本工程主要從選擇設(shè)備的性能入手。所選設(shè)備除了要滿足隧洞洞徑的要求外,還必須滿足能夠在i=50%(25.7°)的坡面上正常運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。項(xiàng)目部通過多方考察,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況討論研究,最終選擇了體型小、質(zhì)量輕、操作簡便的簡易扒渣機(jī)進(jìn)行出渣。采用卷揚(yáng)機(jī)牽引扒斗從上往下依靠扒斗自重將斜坡面的洞渣進(jìn)行清理。由于斜洞內(nèi)整個(gè)出渣過程所用的施工設(shè)備都是以電力作為動(dòng)力,因此不會(huì)污染空氣,有利于保持洞室中的空氣質(zhì)量(見圖4)。
2)扒料
扒料時(shí),用錨桿將滑輪固定在掌子面上,然后將鏈接扒斗與卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩連接在滑輪上,通過控制卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制扒斗的上下運(yùn)動(dòng),扒斗在自重的作用下,經(jīng)鋼絲繩牽引實(shí)現(xiàn)將石渣自上而下運(yùn)輸。運(yùn)輸至直線段,再由裝載機(jī)轉(zhuǎn)出。
太白縣龍王河水庫工程溢洪洞工程作為本工程施工的關(guān)鍵線路,施工技術(shù)難度非常大。為了解決這一施工難題,本工程項(xiàng)目部投人了大量的資源,擬定了全斷面一次性開挖及管槽溜渣、皮帶機(jī)出渣等多種施工和出渣方案。后對(duì)施工方案進(jìn)行詳細(xì)研究逐步細(xì)化,最終采用了反臺(tái)階法以及簡易扒渣機(jī)出渣工藝有效地解決了大坡度斜洞開挖和出渣難的問題,同時(shí)溢洪洞工程的施工為后續(xù)大坡度(坡度在26°左右以及洞徑在5 m左右的隧洞)斜洞開挖提供了許多有價(jià)值的技術(shù)參考和工藝借鑒。