南俄4水電站引水隧洞針對(duì)不同圍巖的開挖施工工藝

黃治煥

摘要：引水隧洞總長(zhǎng)16479.1m，縱坡采用i=0.2%/0.6%;壓力鋼管段總長(zhǎng)1031.31m縱坡采用i=5%/10%。其中Ⅱ、Ⅲ₁ 類圍巖占比50%，Ⅲ₂、Ⅳ、Ⅴ類圍巖占比50%。本文就不同巖層，探討隧洞開挖過程中的施工工藝及重難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：圍巖;開挖;爆破;施工工藝

1.概況

南俄4水電站位于老撾南俄河上游川壙省境內(nèi)，壩址距離首都萬象公路里程約371km。南俄4水電站為引水式開發(fā)，主要包括大壩、引水隧洞、發(fā)電廠房等相關(guān)建筑。

2.開挖施工方法

2.1 洞身段開挖

2.1.1 施工工藝及作業(yè)措施

2.1.1.1 Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖開挖工藝作業(yè)措施

洞室Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖開挖施工工藝如下圖。

（1）開挖準(zhǔn)備：洞內(nèi)風(fēng)、水、電就緒，施工人員、機(jī)具準(zhǔn)備就位。

（2）測(cè)量放線：測(cè)量作業(yè)由專業(yè)人員實(shí)施，每排炮后進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)格線測(cè)放，在掌子面上畫出隧洞中線、輪廓線，并按爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行布孔。每個(gè)月進(jìn)行一次洞軸線及坡度的全面檢查、復(fù)測(cè)，確保測(cè)量控制工序質(zhì)量。

（3）鉆孔作業(yè)：由熟練的鉆工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆爆設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔作業(yè)。各風(fēng)鉆手分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實(shí)行嚴(yán)格的鉆手作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)責(zé)任制。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查。周邊孔及掏槽孔的偏差不得大于5cm，其它炮孔孔位偏差不得大于10cm。炮孔的孔底應(yīng)落在爆破設(shè)計(jì)圖規(guī)定的平面上。

（4）裝藥爆破：爆破工在造孔臺(tái)車裝藥平臺(tái)上按鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)裝藥，爆破孔采用φ32mm藥卷進(jìn)行裝藥，孔口均用砂袋或爆破泥堵塞嚴(yán)實(shí)。裝藥完成后，由技術(shù)員和專業(yè)爆破工分區(qū)分片檢查，聯(lián)結(jié)爆破網(wǎng)路，撤退工作面設(shè)備、材料至安全位置，非電毫秒雷管引爆，周邊光面齊爆。

（5）通風(fēng)散煙及除塵：爆破后利用洞內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行排煙，爆破散煙結(jié)束后，對(duì)開挖面爆破渣堆灑水除塵。

（6）安全處理：爆破通風(fēng)排煙后，采用小挖機(jī)或人工清除掌子面及邊墻、頂拱上的浮石和松石，保證出渣和下一循環(huán)施工安全。巖面破碎洞段可先噴一層5cm厚混凝土。出渣后再次進(jìn)行安全檢查及處理。

（7）出渣及清底

洞室采用側(cè)卸式裝載機(jī)配自卸汽車出碴出渣完畢后人工配合清理底板工作面的積渣并整平，為下一循環(huán)鉆爆作業(yè)做好準(zhǔn)備。

2.1.1.2 Ⅲ₂、Ⅳ類圍巖洞段開挖工藝作業(yè)措施

對(duì)于地下洞室Ⅲ₂、Ⅳ類圍巖，除按照Ⅲ₁類圍巖施工工藝和方法施工外，還需要采取以下措施：

（1）鉆爆作業(yè)：按照“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)”的原則施工。開挖按淺孔、小藥量、多循環(huán)鉆爆，鉆爆循環(huán)進(jìn)尺1.5m～2.0左右，初期支護(hù)及時(shí)緊跟。

（2）施工監(jiān)測(cè)：成洞后，布置觀測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖進(jìn)行變形測(cè)量，通過勤量測(cè)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)開挖支護(hù)施工，確保成洞穩(wěn)定和施工安全。

2.1.1.3 Ⅴ類圍巖及不良地質(zhì)段開挖工藝作業(yè)措施

對(duì)于地下洞室Ⅴ類圍巖和層間錯(cuò)動(dòng)帶、斷層破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)段開挖，除按照Ⅲ₁類圍巖施工工藝和方法施工外，還需要采取以下措施：

（1）地質(zhì)探察：在開挖過程中，加強(qiáng)地質(zhì)跟蹤及預(yù)測(cè)，若有必要，可采取超前導(dǎo)洞摸清圍巖性狀，以便采取恰當(dāng)?shù)氖┕こ绦蚣按胧?，保證圍巖穩(wěn)定。

（2）超前支護(hù)：開挖鉆孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)需要，采用超前錨桿、小導(dǎo)管預(yù)注漿等措施進(jìn)行預(yù)支護(hù)加固，增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力。

（3）鉆爆作業(yè)：按照“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)”的原則施工。開挖按淺孔、小藥量、多循環(huán)鉆爆，鉆爆循環(huán)進(jìn)尺1.0m～1.5m左右。

（4）圍巖支護(hù)：鉆爆后暫不出渣，經(jīng)安全處理、平渣后，立即對(duì)邊墻上部及頂拱進(jìn)行一次支護(hù)，采用5cm厚素噴混凝土進(jìn)行初支護(hù)，防止圍巖掉塊等，保證施工安全;初支護(hù)后再進(jìn)行出渣，出渣完成即可進(jìn)行砂漿錨桿、掛網(wǎng)鋼筋、鋼支撐的安裝施工，噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，形成柔性封閉環(huán)，確保圍巖穩(wěn)定。

（5）透水處理：遇到透水層，則需根據(jù)透水情況進(jìn)行集中或分散引排的方式。若存在局部涌水透水，則在涌水位置預(yù)埋孔徑符合要求的排水管，并用混凝土進(jìn)行封堵;若滲水量小而面積大則需根據(jù)實(shí)際情況，適量進(jìn)行超挖，澆筑一層蓋板混凝土，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，降低滲透性或形成帷幕阻水。

（6）超前灌漿：對(duì)于卸荷嚴(yán)重地帶，采用超前灌漿的方法進(jìn)行施工，超前灌漿的范圍、布孔、灌漿材料、灌漿壓力及工藝要求等需要進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，超前灌漿后的開挖，采取“短進(jìn)尺、弱爆破、快支護(hù)、早襯砌、勤監(jiān)測(cè)”的原則進(jìn)行。

（7）施工監(jiān)測(cè)：成洞后，布置觀測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖進(jìn)行變形測(cè)量，通過勤量測(cè)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)開挖支護(hù)施工，確保成洞穩(wěn)定和施工安全。

（8）混凝土跟進(jìn)襯砌（若有必要）：通過變形監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)局部圍巖變形速率急增，采取一次支護(hù)措施后尚不能滿足穩(wěn)定要求時(shí)，進(jìn)行邊、頂拱鋼筋混凝土襯砌。

地下洞室Ⅳ、Ⅴ類圍巖及不良地質(zhì)段開挖施工工藝見下圖。

圖 ?Ⅳ、Ⅴ類圍巖及不良地質(zhì)段施工工藝流程圖

2.1.2 施工方法

引水隧洞開挖采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，分層開挖（底部分層1.8m）、中部掏槽、周邊光面爆破的施工方法。掏槽采用直孔或楔形掏槽，掏槽孔一般超深崩落孔20～30cm。Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖開挖循環(huán)進(jìn)尺2.5～2.8m，Ⅲ₂、Ⅳ類圍巖開挖循環(huán)進(jìn)尺1.5m～2.0m，Ⅴ類圍巖開挖循環(huán)進(jìn)尺1.0m～1.5m。

不同圍巖段典型開挖循環(huán)作業(yè)時(shí)間如表所示。

開挖循環(huán)進(jìn)尺1.0m～1.5m，月進(jìn)尺50m～70m。

2.1.3 爆破設(shè)計(jì)

引水隧洞采用孔眼法爆破，爆破孔分為掏槽孔、崩落孔和周邊孔。

（1）掏槽

楔形掏槽一般由4至6對(duì)、角度55°～70°對(duì)稱布置的炮孔組成?？拙?0mm～100mm，孔底距離控制在100mm左右，同時(shí)爆破，從孔底開始迅速撕裂，集中拋出。

（2）爆破參數(shù)

1）炮孔孔徑

開挖施工中，采用氣腿式手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑一般是42mm。

2）炮孔深度

炮孔深度決定循環(huán)進(jìn)尺，Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖炮孔深度為洞室0.45～0.55倍寬度，Ⅳ、Ⅴ類圍巖炮孔深度0.8～1.8m。

3）炮孔數(shù)目

炮孔數(shù)目可按以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

N=3.3

N——炮眼數(shù)目

f——巖石堅(jiān)固性系數(shù)

S——隧洞斷面面積，m²

4）炸藥單耗

確定炸藥單耗依據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：

經(jīng)驗(yàn)公式1：q=1.1K₀

q——炸藥單耗，kg/m³

f——巖石堅(jiān)固性系數(shù)

S——隧洞斷面m²

K₀——炸藥作功能力的校正系數(shù)，K₀=525/P

P——所用炸藥的作功能力，ml。

經(jīng)驗(yàn)公式2：q=14/S+a

a——修正系數(shù)，取0.6～0.8，炮孔偏差小取小值

S——隧洞斷面，4≤S≤100，m²

5）單孔裝藥量

確定單耗，根據(jù)循環(huán)進(jìn)尺和斷面面積算出單循環(huán)爆破總裝藥量，然后根據(jù)掏槽孔、崩落孔、控制光爆層的崩落孔和周邊孔進(jìn)行藥量分配，每孔裝藥量的比例按4：3：2：1分配。

（3）炮孔孔距和裝藥系數(shù)

1）掏槽孔

斜孔掏槽，尤其是楔形掏槽，每孔裝藥系數(shù)為0.4～0.6（裝藥系數(shù)為裝藥長(zhǎng)度與炮孔長(zhǎng)度之比）;直孔掏槽，每孔裝藥系數(shù)為0.7～0.8。

2）崩落孔

①輔助擴(kuò)槽孔（輔助孔）

掏槽孔以外布置輔助孔進(jìn)行擴(kuò)槽，輔助孔的個(gè)數(shù)為4～6個(gè)（軟巖取小值，硬巖取大值）;輔助孔的孔距一般與主掏槽孔對(duì)應(yīng)，裝藥系數(shù)為0.5～0.6（軟巖取小值，硬巖取大值）。

②主崩落孔（輔助擴(kuò)槽孔與輔助崩落孔之間區(qū)域的崩落孔）

主崩落孔排距一般為600～900mm（硬巖取小值，軟巖取大值），主崩落孔孔距一般為650～1200mm（硬巖取小值，軟巖取大值）。裝藥系數(shù)為0.4～0.55（軟巖取小值，硬巖取大值）。

3）緩沖孔

緩沖孔是確保光爆層厚度，其裝藥量和周邊孔裝藥量的比值一般有“三比一”的規(guī)律，裝藥量為150～600g/m。其排距（抵抗線值）為500～600mm（硬巖取小值，軟巖取大值），孔距略大于排距，一般為550～650（硬巖取小值，軟巖取大值）。

4）周邊孔

周邊孔的抵抗線值一般為400～600mm（硬巖取小值、軟巖取大值），周邊孔孔距為350～500mm（軟巖取小值，硬巖取大值）。炮眼密集系數(shù)，硬巖取值為0.8～1.0、軟巖取值0.6～0.7。光爆孔裝藥量一般為：硬巖150～250g/m;中硬巖100～150g/m;軟巖50～100g/m。

（4）裝藥結(jié)構(gòu)及起爆順序

開挖掏槽孔、崩落孔主要采用連續(xù)、偶合、方向起爆裝藥結(jié)構(gòu)，周邊孔采用間隔不偶合裝藥。炮孔堵塞一般采用鉆孔巖屑、黃泥，采用木棍堵塞。

掌子面的炮孔應(yīng)按掏槽孔、崩落孔（輔助擴(kuò)槽孔、主崩落孔）、緩沖孔、周邊孔（邊孔、頂孔、底孔）的先后順序起爆。

2.1.4 爆破試驗(yàn)

在進(jìn)行引水隧洞開挖前，應(yīng)在各支洞進(jìn)行爆破試驗(yàn)，以選擇爆破材料和爆破參數(shù)。

2.1.4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

取得適合本工程地下洞室開挖的鉆爆參數(shù)，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工;了解爆破對(duì)非開挖區(qū)巖體的破壞情況和范圍;了解爆破對(duì)相鄰建筑物的影響程度、爆破松動(dòng)圈破壞范圍。

2.1.4.2 試驗(yàn)內(nèi)容

爆破試驗(yàn)內(nèi)容包括：

1）爆破材料性能的試驗(yàn)檢測(cè)和材料選擇;

2）爆破參數(shù)選擇試驗(yàn);

3）爆破效果檢測(cè);

4）爆破對(duì)相鄰洞室、噴錨區(qū)及已建臨近建筑物的影響。

2.2 開挖渣料運(yùn)輸

洞室開挖渣料就近運(yùn)往指定棄渣場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[3]《水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5135-2013;

[4]《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》DL/T5173-2012;

[5]《爆破安全規(guī)程》GB6722-2014;