隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工技術(shù)研究

摘要 文章旨在深入研究隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工技術(shù)的相關(guān)問題，首先分析了隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工的相對位置關(guān)系，闡述了施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)要點和難點；隨后，結(jié)合工程實例，詳細(xì)介紹了隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計方案，并結(jié)合項目實際詳細(xì)分析了Ⅴ級圍巖一般段、Ⅳ級圍巖段采用二臺階法爆破的開挖方案。研究結(jié)果表明，所提的施工技術(shù)方案在保障施工安全、提高施工效率、保證施工質(zhì)量等方面具有顯著優(yōu)勢，研究成果不僅為類似工程提供了有益的參考，也具有一定的應(yīng)用和參考價值。

關(guān)鍵詞 隧道施工；風(fēng)力發(fā)電機組；下穿技術(shù)；施工技術(shù)

中圖分類號 U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 文章編號 2096-8949（2025）05-0134-03

0 引言

在隧道的建設(shè)過程中，尤其在山區(qū)等復(fù)雜地形條件下，往往面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工技術(shù)作為一種新型的施工技術(shù)問題，面臨較大的施工難度及技術(shù)控制難點。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對隧道施工技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，取得了一系列重要成果。然而，對于隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組這一特殊施工場景的研究則相對較少，尚未形成一套成熟、系統(tǒng)的施工技術(shù)方案。因此，該文旨在深入研究隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工技術(shù)的關(guān)鍵問題，提出一套高效、安全的施工技術(shù)方案，為類似工程提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1 隧道爆破施工基本概念

隧道爆破施工的基本原理主要基于巖石力學(xué)和爆炸力學(xué)。巖石力學(xué)原理關(guān)注巖石在爆破作用下的破碎機理和應(yīng)力分布規(guī)律，為爆破參數(shù)的確定提供依據(jù)。而爆炸力學(xué)原理則研究炸藥爆炸過程中能量的釋放與傳遞規(guī)律，以及爆炸波對巖石的破碎作用[1]。

2 隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工技術(shù)研究

2.1 項目概況

2.1.1 隧道概況

G4216線寧南至攀枝花段蔡家坪隧道位于鹽邊縣紅格鎮(zhèn)金河村一帶，隧道頂部最大埋深約98.40 m。隧址區(qū)為構(gòu)造剝蝕低中山地貌，隧道穿越山脊，洞身段地形中部高，而進(jìn)出口地形較低，地形整體起伏較大，為越嶺隧道。

2.1.2 風(fēng)力發(fā)電機組概況

18#風(fēng)力發(fā)電機機型為DFFD116，機組包括塔筒總重量為336 t，輪轂中心高度為80 m，允許垂直偏差值為3 mm/m。風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)采用重力式圓盤基礎(chǔ)，承臺直徑為20 m，基礎(chǔ)埋深3.4 m。

2.2 隧道風(fēng)力發(fā)電機組相對位置關(guān)系及要求

2.2.1 隧道風(fēng)力發(fā)電機組相對位置關(guān)系

G4216線寧南至攀枝花段蔡家坪隧道下穿18#風(fēng)力發(fā)電機組，下穿段隧道埋深80 m。18#風(fēng)力發(fā)電機組位于隧道ZK421+260左側(cè)70 m（距左側(cè)測量線），發(fā)電機組基礎(chǔ)高程為1 366 m，隧道設(shè)計高程為1 242 m，高差為124 m。

2.2.2 風(fēng)力發(fā)電機組對下穿的要求

（1）風(fēng)力發(fā)電機組的地基基礎(chǔ)沉降要求：不均勻沉降小于3 mm/m。

（2）風(fēng)機運行時的自振頻率、振動加速度要求：風(fēng)機運行時自振頻率為3.1～3.3 Hz之間，為不影響隧道的正常運行，隧道開挖對風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)的振動應(yīng)不超過0.06 g。

2.3 隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計方案

（1）開挖工法

因風(fēng)力發(fā)電機組對爆破震動異常敏感，為降低隧道爆破開挖對風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)的振動，隧道部分段落采用機械開挖，部分段落采用控制爆破開挖。

1）機械開挖段落：在距風(fēng)機基礎(chǔ)200 m范圍內(nèi)采用機械開挖；在距風(fēng)機基礎(chǔ)200～300 m范圍內(nèi)采用控制爆破。

2）每循環(huán)開挖進(jìn)尺：機械開挖及控制爆破根據(jù)掌子面圍巖實際情況，采用上下臺階預(yù)留核心土（上下臺階法）開挖，控制爆破應(yīng)盡可能使主體爆破有較多的臨空面，上臺階每循環(huán)進(jìn)尺不宜超過1榀鋼架的間距，使得每次爆破規(guī)模盡量小。

3）采用低爆速、小直徑炸藥，如直徑為20 mm或25 mm的光面爆破專用炸藥。

4）掏槽炮眼的布置采用楔形掏槽，在楔形體中增打中空眼，掏槽眼應(yīng)盡量布置在開挖面底部。當(dāng)有足夠多段數(shù)雷管時，掏槽可分層分次起爆，最大限度地使掏槽區(qū)炮眼的最大共用裝藥量減少，降低振動烈度。

（2）監(jiān)控量測

1）沉降觀測

根據(jù)風(fēng)機產(chǎn)權(quán)單位提供的參數(shù)要求，風(fēng)機允許垂直偏差3 mm。隧道施工過程中應(yīng)在風(fēng)機基礎(chǔ)上設(shè)置4～6個監(jiān)控點，采用高精度全站儀及精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行量測，量測精度為±1 mm，2次/d。

2）振動監(jiān)控

在施工過程中應(yīng)對爆破振動進(jìn)行觀測，在風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)上埋點，實時監(jiān)測爆破的振動速度。

監(jiān)測時長：振動監(jiān)測應(yīng)貫穿整個隧道的開挖時段。

監(jiān)測頻率：每次爆破必須計量爆破的振動速度，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行保留備案。

在監(jiān)測過程中，若發(fā)現(xiàn)隧道爆破開挖對風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)的振動速度大于0.588 mm/s，應(yīng)立即上報，以便對控制爆破方案進(jìn)行必要的調(diào)整。

（3）爆破振動分析

蔡家坪隧道最近的風(fēng)力發(fā)電機基座距隧道頂部的垂直距離為124 m，在爆破振動校核時，主要考慮風(fēng)力發(fā)電機基座的爆破振動速度，根據(jù)式（1）可計算出風(fēng)機的振幅：

（1）

式中，X——最大振動位移（cm），即位移振幅的最大值；a——振動加速度（g），該項目取值為0.06 g；f——振動頻率（Hz），自然地震頻率取3Hz。

根據(jù)式（1）可計算得出，=0.17 mm（0.017 cm）。

從而計算得出，地震工況下所引起的最大允許位移為0.17 mm。

根據(jù)式（2）可以計算出爆破工況下風(fēng)機允許的振動速度。

V基座= 2·π·f爆破·X （2）

式中，V基座——基座的爆破振動速度（cm/s）；X——最大振動位移（cm）；f爆破——爆破振動頻率（Hz），根據(jù)規(guī)程，地下淺孔爆破振動頻率取50 Hz。

根據(jù)式（2）計算得出，V基座= 2×3.14×50×0.017 =5.34cm/s。

為安全起見，風(fēng)力發(fā)電機基座的爆破振動速度按不大于1.0 cm/s進(jìn)行控制。

2.4 隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工方案

蔡家坪隧道Ⅴ級圍巖一般段、Ⅳ級圍巖段主要采用二臺階法爆破開挖。Ⅴ級圍巖軟弱段采用二臺階預(yù)留核心土法爆破開挖。該文主要對Ⅴ級圍巖一般段、Ⅳ級圍巖段采用二臺階法爆破的開挖方案進(jìn)行介紹。

采用上下臺階法施工。上下臺階開挖法是將隧道設(shè)計斷面自上而下分為兩個臺階開挖，為方便隧道施工，避免爆破時飛石對開挖臺架造成破壞，上臺階長度控制在15 m，施工過程中上下臺階可采取同時并進(jìn)開挖的施工方法。

2.4.1 上臺階掘進(jìn)爆破施工方案

（1）炮孔布置

根據(jù)爆破設(shè)計數(shù)據(jù)對上臺階斷面進(jìn)行炮孔布置，掏槽孔長2.84 m，與掌子面夾角51°，擴槽孔長2.54 m，與掌子面夾角60°，掏槽孔與擴槽孔的間距按0.4 m布置。掏槽孔與擴槽孔均從底板以上0.8 m處開始布置，沿鉛垂面方向為孔距，水平方向為排距[2]。

掘進(jìn)孔與隧道周邊圓弧平行布置，孔距為1.2 m，前后排的排距為0.8 m，孔深2.0 m；所有掘進(jìn)孔垂直于掌子面鉆進(jìn)。與周邊光面爆破孔相鄰的掘進(jìn)孔，應(yīng)布置在開挖邊界以內(nèi)0.7 m處，以保證與周邊光面爆破的最小抵抗線相等。

底板孔布置在上臺階底板的開挖邊界上，孔距為1.2 m，孔底落于開挖底板下方10 cm處，兩側(cè)與邊墻相接的炮孔應(yīng)按照周邊光爆孔的要求鉆進(jìn)。

（2）起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

蔡家坪隧道掘進(jìn)爆破的起爆順序如下：中間掏槽孔—擴槽孔—掘進(jìn)孔1—掘進(jìn)孔2、3—掘進(jìn)孔4—底板孔—光爆孔。

整個掌子面的所有炮孔，均采用電子雷管同次起爆，孔內(nèi)延時。每孔內(nèi)裝1發(fā)電子雷管，且采用正向起爆。

（3）爆破設(shè)計參數(shù)

蔡家坪隧道掘進(jìn)爆破掏槽孔、掘進(jìn)孔、周邊孔應(yīng)根據(jù)設(shè)計規(guī)范，計算確定爆破的設(shè)計參數(shù)，具體如表1所示：

導(dǎo)爆索用量為39×2.4=93.6 m。

2.4.2 下臺階拉槽爆破施工方案

（1）炮孔布置

下臺階拉槽爆破主爆孔采用水平布置，孔深2.2 m，孔距為1.0～1.6 m。邊墻兩邊與開挖邊界鄰接的主爆孔距邊界0.7 m。

邊墻周邊孔沿底板向上，沿開挖邊界內(nèi)側(cè)5 cm為準(zhǔn)開始布置，其鉆孔角度與掌子面夾角約為2°，即向外傾斜?？椎茁湓陂_挖邊界上，底板孔沿開挖底板布置，向下傾斜。底板與周邊開挖交接處必須布置炮孔，該孔按照底板孔進(jìn)行裝藥，但與周邊孔同段起爆[3]。

（2）起爆網(wǎng)路設(shè)計

下臺階的起爆順序如下：上排主爆孔—下排主爆孔—底板孔—光爆孔，同排炮孔同時起爆。所有雷管全用電子雷管延時。最后一段起爆周邊孔的主傳導(dǎo)安全導(dǎo)爆索。

（3）爆破設(shè)計參數(shù)

蔡家坪隧道下臺階拉槽爆破的主要爆破參數(shù)如表2所示：

導(dǎo)爆索用量為12×2.6=31.2 m。

2.4.3 仰拱開挖爆破施工方案

（1）炮孔布置

仰拱開挖爆破采用水平布置，孔深2.2 m。地板孔沿開挖底板布置，向下3°。

（2）炮孔直徑

仰拱開挖爆破的炮孔為40 mm。

（3）主炮孔（底板孔）爆破參數(shù)

主炮孔孔距與排距：設(shè)計孔距為1.0～1.6 m，排距為0.7～0.9 m。

（4）爆破設(shè)計參數(shù)

仰拱爆破的主要爆破參數(shù)如表3所示：

3 隧道下穿施工控制重點及應(yīng)對措施

3.1 隧道爆破重點分析及對策

（1）隧道爆破重點分析

蔡家坪隧道為分離式隧道，下穿18#風(fēng)力發(fā)電機組，下穿段隧道埋深80 m。隧道開挖對風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)的振動應(yīng)不超過0.06 g。對爆破振動要求嚴(yán)格。

（2）控制對策

1）在洞口進(jìn)行爆破作業(yè)時，采取控制爆破的方法，爆破期間周圍設(shè)置安全警戒線，專人看守。

2）在爆破設(shè)計時，采取松裂、松動爆破，并實施微差爆破；嚴(yán)格控制炸藥單耗、單孔藥量以及一次起爆藥量。

3）在施工過程中，若發(fā)現(xiàn)設(shè)計未考慮因素時，應(yīng)及時調(diào)整設(shè)計參數(shù)；當(dāng)鉆孔實際位置與設(shè)計出入較大時，必須校核最小抵抗線和炸藥單耗。同時，保證填塞質(zhì)量和長度，做好爆破部位的覆蓋。

4）根據(jù)圍巖變化、周邊建筑物情況及振動監(jiān)測反饋的數(shù)據(jù)，及時調(diào)整爆破參數(shù)，采取更合理的爆破手段，盡可能地降低爆破振速[4]。

5）加強施工過程中對建筑物（主要是風(fēng)力發(fā)電基座）爆破振動速度和隧道變形的監(jiān)測，以監(jiān)測信息指導(dǎo)施工。

3.2 風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)測周期

施工期間每天對風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)沉降及不均勻沉降變形、振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。隧道土建工程中間交工驗收合格后的一年內(nèi)，應(yīng)每月對沉降及不均勻沉降變形、振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行一次監(jiān)測；第二年內(nèi)每季度進(jìn)行一次監(jiān)測；第三年內(nèi)每半年進(jìn)行一次監(jiān)測；若第三年監(jiān)測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，建議繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。在每年度和整體監(jiān)測結(jié)束后一個月內(nèi)提供總體監(jiān)測分析報告。

4 結(jié)語

通過對隧道下穿風(fēng)力發(fā)電機組施工技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)的深入研究，該文提出了一套高效、安全的施工技術(shù)方案和科學(xué)有效的一體化在線監(jiān)測技術(shù)手段，并在實際工程中得到了成功應(yīng)用。研究結(jié)果表明，該技術(shù)方案在保障施工安全、提高施工效率、降低施工成本等方面具有顯著優(yōu)勢，為類似工程提供了有益參考。同時，該文的研究也為隧道施工技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展提供了新的思路和方法，對于推動隧道工程領(lǐng)域的科技進(jìn)步具有重要意義。

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