娘擁水電站引水隧洞高地溫段爆破施工技術

趙文龍 ZHAO Wen-long

（中鐵十四局集團有限公司水利水電分公司，濟南 250000）

（China Railway 14th Bureau Group Water Conservancy and Hydropower Project Branch，Ji'nan 250000，China）

娘擁水電站引水隧洞高地溫段爆破施工技術

趙文龍 ZHAO Wen-long

（中鐵十四局集團有限公司水利水電分公司，濟南 250000）

（China Railway 14th Bureau Group Water Conservancy and Hydropower Project Branch，Ji'nan 250000，China）

結合娘擁水電站引水隧洞施工實例，從爆破斷面選擇、爆破參數選擇、裝藥結構選擇等，三個方面分析了高溫地熱隧洞爆破施工的難點，針對各個難點提出解決措施，保證了隧洞的順利施工。

高地溫；爆破；施工技術

0 引言

通過檢索國內外公開發表的隧洞地熱施工方面的信息，隧洞內的高地溫多在30～50℃之間，達到84℃的尚屬首例，娘擁水電站引水隧洞地溫之高、長度之大在國內外隧道施工中實屬罕見。

1 工程概況

娘擁水電站位于四川省甘孜州鄉城縣境內，為碩曲河干流梯級（五級）開發自上而下的第二級電站，裝機容量93kw。我部管段設置了4個支洞，其中出現地熱的為1#施工支洞工區。1#施工支洞長度295m，支洞與主洞交點樁號里程為K0+873.97，主洞控制范圍k0+050～k2+055，在支洞施工至k0+130時就開始感覺有地熱，進入主洞后向下游方向地熱有逐漸升高趨勢。

2 地熱發展情況

2008年8月19日，對1#支洞K0+0～251段進行地熱溫度、天然放射性及環境空氣質量進行檢測，在K0+150～251段洞壁現場打孔測定地溫變化幅度為29.4～49.8℃，總體地溫增長趨勢為每進入山體10m增長1℃，在K0+240處有股狀熱水涌出，溫度為49.8℃。根據我部統計結果，將溫度統計結果列表（見表1）。

3 地熱對施工的影響

受地熱影響，施工人員和施工機械都受到較大影響，主要表現在以下幾個方面：

表1 1#支洞工區主洞溫度統計表

①長時間作業，施工人員會出現頭暈、嘔吐現象。②施工機械散熱困難，故障率升高。③部分地段圍巖表面有潮解現象，遇水即成粉末，巖面噴射混凝土不易粘結。④普通的硝銨炸藥（φ32）有膨脹現象甚至將包裝紙脹裂；導爆管發生軟化失去彈性，擠壓后無法恢復原狀。⑤砂漿錨桿強度降低。⑥測量儀器精確度降低，根據測量儀器說明書正常工作環境溫度范圍為-20℃～45℃。

4 高地溫段爆破設計方案

4.1 必須滿足的必要條件 要達到以上必要條件必須通過集中快速裝藥和孔內裝藥、孔外起爆的方法。經過反復試驗，通過向孔內注入冷水，1.5小時后炮孔內溫度可降低至25℃，要回升到規范要求的35℃需要30分鐘時間，所以要達到火工品使用安全，必須在30分鐘完成裝藥爆破作業。由必要條件通過反向計算來確定一次起爆孔的數量和配備爆破工的數量來保證火工品的使用安全。

4.2 一次開挖斷面的選擇 娘擁水電站引水隧洞普通地段開挖斷面為40m2，地熱段開挖斷面受裝藥時間限制，裝藥時間應滿足在孔內溫度回升至規范要求的35℃以下時完成爆破作業。每個爆破工在掌子面裝藥數量，在半個小時以內不超過4個炮孔，經過反復比較，上臺階高度控制在3.3m，炮孔數量50個，鉆爆工數量8個人可滿足在半個小時內完成裝藥爆破的工作。并且在裝藥過程中要明確每個炮工裝藥的具體孔位和數量，實行分區負責，總體時間控制的原則。

為縮短裝藥時間，分為上、中、下三個臺階進行開挖，上臺階高度控制在23.0m，中臺階控制在3.0m，下臺階控制在1.5m。首先進行上臺階的施工，再進行中臺階的鉆爆，上臺階與中臺階之間距離為5～8m，待上、中臺階通過高地溫段后再進行下臺階的施工。具體見圖1。

圖1 臺階法開挖示意圖

4.3 爆破參數的選擇 由于地熱段處于熱水斷層內，本身圍巖就比較破碎，加之地熱對巖石的物理化學性能產生一定影響，更加降低了巖石的強度。所以在爆破時采用“短進尺、弱爆破、早封閉、強支護、勤量測”的方法，控制一次裝藥量不僅可以減少對圍巖的擾動，而且能縮短裝藥時間，保障作業安全。根據圍巖類別掏槽眼深度為2.5m，輔助眼和周邊眼深度為2.0m。掏槽眼采用楔形掏槽，周邊眼間距40cm，輔助眼均勻布置，炮孔數量為50個。爆破參數的選擇要根據圍巖類別及時調整。

4.4 裝藥結構的選擇 采用孔內裝藥、孔外起爆的方法。孔內裝藥采用將炸藥裝入硬塑料管內的辦法，硬塑料管直徑為φ40mm，先將φ32mm直徑的炸藥綁在導爆索上，將綁好的導爆索和炸藥預先裝入硬塑料管，具體見圖2。在將硬塑料管插入炮孔內，硬塑料管裝入炮孔后保證導爆索在孔外的長度不小于50cm，以便于孔外聯線。采用硬塑料管裝藥不僅可以縮短裝藥時間，還可以防止巖石熱傳導，起到隔熱的作用。

圖2 爆破孔裝藥示意圖

盡量避免導爆管雷管在炮孔內直接接觸巖石，防止雷管因高溫產生自爆，或導爆管腳線遇高溫軟化變形產生拒爆。孔外聯線的方法：將炮孔外露出的導爆索和導爆管雷管用膠帶捆綁在一起，再按照正常情況下聯線方式起爆即可，具體見圖3。

圖3 聯線示意圖

普通的炮孔鉆頭一般采用φ40mm的鉆頭，打孔直徑為φ42mm，為將硬塑料管順利裝入孔內，地熱段的鉆頭采用φ50mm，打孔直徑φ52mm。

4.5 裝藥爆破安全措施 為加強對施工人員的保護，保證正常施工，采用輪班制進行開挖爆破，即每個開挖工序由兩班爆破人員輪換施工，一班人員施工2～3個小時后，然后由另一班人員接替施工。

通過對冷卻循環水降溫后爆破孔內溫度回升到不能安全裝藥時間的量測，計算出在該時間段內總共能安裝好幾個爆破孔決定開挖斷面的大小。

5 其它保障措施

5.1 降溫系統保證措施 為達到規定的隧洞內工作標準，設定了三大交叉立體降溫系統：

①通風降溫系統：洞口設置294kw的通風機24小時不間斷向洞內壓風，在主洞下游設置三組射流風機增加風量流速；

②噴霧降溫系統：進入主洞后下游每間隔10m安裝一道噴霧器向洞內噴射霧狀冷水；

③炮孔冷卻水系統：由洞外向掌子面輸送冷水注入爆破孔內，待孔內溫度滿足裝藥時，立即集中快速裝藥爆破。

5.2 中暑癥的防治措施 下游爆破開挖采用每循環兩班制，減少工人在高溫環境下的作業時間；工作期間加強葡萄糖以及鹽水的供應，及時對工人消耗的水分、鹽類、維生素加以補充。

5.3 熱水燙傷的預防措施 掌子面開挖前布設熱水探孔，對出水點進行定位；確定出水點后采用透明塑料紙做擋、掩屏幕，同時在鉆機前部設置擋板，加大鉗桿長度。

6 結束語

本文通過對高地溫出現的原因、施工的影響、爆破施工的方案研究以及相關保證措施實施等，系統的論述了高地溫爆破施工的關鍵技術，其中最關鍵是爆破施工方案的設計與總結，是經過反復試驗論證、實踐檢驗取得成功的，針對性很強，可以為類似工程施工提供借鑒作用。

[1]曹紅奮，梅國梁編.傳熱學理論基礎及工程應用[M].北京：人民交通出版社出版，2004.

[2]橋隧工程網.高地溫環境下的隧道隔熱、防水、堵水技術及支護材料、結構形式研究報告[R].2006.

[3]中華人民共和國衛生部.GBZ 1—2002，工企業設計衛生標準[S].2004.

Blasting Construction Technology of Diversion Tunnel in High-temperature Area of Niangyong Hydropower Station

Combined with the example of diversion tunnel construction of Niangyong Hydropower Station,from the three perspectives of the selection of blasting parameters,blasting parameters and loaded constitution,the paper analyses the difficulties of high-temperature geothermal tunnel blasting construction,and proposes some measures to ensure the smooth construction of tunnel.

high-temperature area；blast；construction technology

趙文龍（1978-），男，河北保定人，畢業于石家莊鐵道學院，研究方向為橋隧工程。

TV554

A

1006-4311（2014）11-0143-02