水利水電工程引水隧洞洞挖施工研究

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摘要：結合具體的工程實踐，分析水利水電工程引水隧洞洞挖施工技術，通過合理的方式控制施工關鍵環節，從而有效控制施工質量與施工進度，達到預期的經濟效果。

關鍵詞：引水隧洞；洞挖；施工質量

1工程概況

泉州市惠女至菱溪、黃塘引調水工程分為干支線，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、黃塘引調水工程屬Ⅲ等工程，標段范圍內的佘格寮至菱溪輸水支線中的內山管道、內山至后蘇輸水隧洞、后蘇管道、后蘇至菱溪輸水隧洞輸水線路總長9.8km，隧洞開挖洞徑為3.2m，開挖底寬2.6m，襯后洞徑2.4m；輸水管道管徑為2.0m。主要工程量包括土方開挖39932.65m3，土方回填10942m3，石方洞挖93275.71m3，砼27251.89m3，鋼筋制安792.68t，管道安裝387.2m。

2地質條件、施工條件

2.1地質條件

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

2.2施工條件

泉州市惠女至菱溪、黃塘引調水工程位于泉州市泉港區驛坂村，對外環庫公路直通國道G324線。場內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，根據工程需要修建相關施工便道。

3施工機械與施工方案

3.1設備選型

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

3.2施工方法

根據工程的特點，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，開挖采用自制多功能鉆爆臺架，人工手持風鉆打眼，根據圍巖特性及其節理裂隙的分布情況，確定該隧道的爆破參數，以隧洞爆破專項施工方案為藍本進行適當的調整，在光爆區爆破孔裝藥參數不變的情況下增加光爆面導向光爆空孔，提高成面的準確性。在鉆孔施工過程中堅決控制鉆孔質量，成孔要求平、直、準、齊，各炮眼要準確地打在點好的眼位上，誤差一般不大于20mm，周邊眼誤差應盡量減??；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鍵環節，準確的測量放線對于工程質量十分關鍵。本工程中采用全站儀和激光導向儀配合工作，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。為了對工程進度進行控制，在布設基本導線點的情況下設置三角高程，確保工程高程與放線精度。二是鉆孔與質量控制。相關研究表明，鉆孔精度對于后續工程十分重要，是防止超欠挖的重要措施。因此，必須嚴格按照爆破布置圖及設計孔深施鉆，沿輪廓線的調整范圍和掏槽孔的孔位偏差不應大于5cm，其他孔位不應大于10cm。施工過程中需要加強鉆孔的孔距、孔斜的檢查，及時做好質量監督。三是裝藥連網爆破與質量控制。炮孔經檢查合格后，由持證炮工領班操作，嚴格遵守爆破安全操作規程裝藥爆破。炸藥采用84#巖石乳化炸藥。藥卷直徑：周邊光爆孔Φ25mm，其余為Φ32mm；爆破施工過程中的藥量控制、裝藥連網爆破是整個工程的重點，在施工過程中，需要嚴格按照爆破設計要求與規范開展裝藥連網，周邊光爆孔采用間隔裝藥方式，并且由塑料導爆管連接形成起爆網絡，在檢查無誤且取得作業證之后，要求施工機械與施工人員撤離到安全地帶，開展爆破警戒，同意執行爆破。四是通風除塵與質量控制。在爆破完畢后，需要對爆破后的殘渣以及碎土進行除塵工作，采用軸流風機進行排煙，采用噴淋裝置進行除塵管理，做好除塵之后，排查相關的安全隱患，按照《安全爆破規程》進行后續處理，確保安全后繼續施工。五是錨噴支護與質量控制。采用錨噴支護的方式對不穩定的巖體進行保護，為了確保支護強度，應在鉆孔后注入漿液，并且倒入孔底，安插桿體，最后認真堵塞孔口，防止漿液流出，確保支護強度，避免不穩定巖體引發的危險因素。整個工程的工藝流程如圖1所示。

4鉆爆設計與爆破試驗

4.1鉆爆設計

根據隧洞基本情況，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進尺不大于0.8m，Ⅳ級圍巖上臺階每循環進尺不大于1.0m，Ⅲ級圍巖地段控制在1.5～2.0m進行設定。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臺階開挖法進行開挖。開挖輪廓線采用光面爆破技術，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械破碎，不采用爆破法施工。

4.2爆破試驗

為確定科學的爆破參數，明確起爆炸藥使用數量和藥孔之間的距離，應當進行爆破試驗。首先依照公式明確炸藥數量與藥孔之間間隔的數據，每進尺都對預裂孔的爆破成效進行查看，在確保藥孔間隔距離不發生變化的狀況下調節炸藥使用數量，在爆破成效達到預定要求的炸藥使用范圍內調節藥孔之間的距離，力爭在確保爆破效果與施工效率的狀況下得到理想狀態的藥孔間隔距離與炸藥使用數量。作業期間經過爆破成效剖析，基于地質變動狀況恰當調節爆破參數，讓其符合設計規定。為保證進洞安全需求，在進洞處范圍內設置鋼拱架，具體榀數根據進洞圍堰情況確定。周邊眼運用導爆索完成起爆與傳爆，而其他眼與導爆索依托非電毫秒雷管進行引爆，這種雷管依托電雷管起爆。炸藥運用的是2號硝銨炸藥，遇到滲水時采用乳化炸藥。

5Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖支護

Ⅳ、Ⅴ類圍巖的發育程度不高，圍巖不穩定，而且以分布的小斷層為主。本工程中內山至后蘇隧IV類圍巖長度144.729m，占15.73%；V類圍巖長度30m，占3.26%；后蘇至菱溪隧洞IV類圍巖長度1236m，占14.56%；V類圍巖長度169m，占1.99%。工程中的Ⅳ、Ⅴ類圍巖雖然占比不高，但是因為其圍巖不穩定的特性，需要在超前地質勘探的基礎上，采取合理的施工方法。

5.1超前地質勘探

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

5.2施工方法與質量控制

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

5.3地下水的防滲處理

在作業過程中洞中滲水范圍比較大的情況下，運用鉆孔把水全部引到集水井內，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，掘進之前首先要進行灌漿，之后基于全封閉深孔或者依托超前加強支護對滲水問題進行處置，而且在掘進作業面前方留下最少10m的搭接長度。小鋼管與超前錨桿裝設運用快硬水泥卷，使待凝時長減短。

6結語

本文所研究的工程地質環境與施工環境復雜，施工條件苛刻，依靠良好的施工組織以及有效的施工技術，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行研究，明確鉆爆與支護工藝流程，做好關鍵施工環節質量控制，對于提升工程進度、確保工程質量具有重要的意義。

作者：張生林 單位：甘肅省水利水電工程局有限責任公司