超高地?zé)釛l件下特長(zhǎng)引水隧洞鉆爆開挖關(guān)鍵技術(shù)

臧洪敏

(山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250021)

1 工程概況

娘擁水電站的引水隧洞全長(zhǎng)15 406.313 m，穿過熱水?dāng)鄬樱軣崴當(dāng)鄬拥挠绊懀?號(hào)施工支洞及引水隧洞的施工期間洞室內(nèi)溫度異常，爆破后巖體表面溫度達(dá)75℃，炮孔涌水溫度高達(dá)86℃，洞內(nèi)環(huán)境溫度高達(dá)53℃，其地溫之高、長(zhǎng)度之大在國(guó)內(nèi)外隧洞施工中實(shí)屬罕見。

2 超高地?zé)釋?duì)鉆爆開挖施工的影響

1)安全效果。

炸藥在高溫及熱水浸泡環(huán)境下產(chǎn)生膨脹、溶化現(xiàn)象;溶化后產(chǎn)生刺激性硝銨氣味，對(duì)人體傷害非常大;毫秒雷管在高溫及熱水作用下產(chǎn)生軟化，發(fā)生啞炮甚至自爆。

2)進(jìn)度控制。

由于鉆爆作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，爆破作業(yè)工人疲勞程度大，爆破作業(yè)安全無法得到完全保證。洞挖實(shí)際進(jìn)度保持在30 m/月～45 m/月。

3)洞挖質(zhì)量。

基本滿足質(zhì)量要求，但受地?zé)嵊绊懀獗Ч母纳齐y度大。

4)主要材料消耗量變化情況。

受地?zé)岬挠绊懻ㄋ幫ο陆得黠@，爆破消耗量增大。

5)工人輪換作業(yè)、專人負(fù)責(zé)掌子面的噴水降溫，人工費(fèi)增加明顯;掌子面噴灑冷水時(shí)常有巖塊脫落，需邊工作邊排險(xiǎn)，給鉆爆作業(yè)增加了困難，并進(jìn)一步加大了成本。

3 超高地?zé)岫毋@爆開挖施工設(shè)計(jì)

據(jù)SD 267-88水利水電建筑安裝安全技術(shù)工作規(guī)程第6.1.13條規(guī)定:“孔內(nèi)溫度超過35℃時(shí)禁止裝炮。”引水隧洞地?zé)岫伍_挖必須降低鉆孔溫度，同時(shí)縮短從鉆孔、裝藥到爆破時(shí)間，保證炸藥在限制溫度下使用及爆炸效果，調(diào)整開挖方案以及管理制度，保證工人勞動(dòng)安全，并提高掘進(jìn)速度，形成快速鉆爆技術(shù)。

1)必須滿足的必要條件。

須通過集中快速裝藥和孔內(nèi)裝藥、孔外起爆的方法，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，建立炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使炮孔內(nèi)溫度可降低至25℃，爆破前孔內(nèi)溫度回升至不超過35℃。

2)一次開挖斷面的選擇。

為縮短裝藥時(shí)間，分為上、下兩個(gè)臺(tái)階進(jìn)行開挖。上臺(tái)階和下臺(tái)階先后鉆爆施工，每個(gè)爆破工在半小時(shí)內(nèi)掌子面裝藥數(shù)量不超過5個(gè)炮孔，上臺(tái)階炮孔數(shù)量50個(gè)，鉆爆工數(shù)量10個(gè)人可滿足在半個(gè)小時(shí)內(nèi)完成裝藥爆破的工作。在裝藥過程中要明確每個(gè)炮工裝藥的具體孔位和數(shù)量。

3)爆破參數(shù)的選擇。

由于地?zé)岫翁幱跓崴當(dāng)鄬觾?nèi)，本身圍巖就比較破碎，加之地?zé)釋?duì)巖石的物理化學(xué)性能產(chǎn)生一定影響，更加降低了巖石的強(qiáng)度。在爆破時(shí)應(yīng)采用“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的方法，控制一次裝藥量，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，縮短裝藥時(shí)間，保障作業(yè)安全。爆破參數(shù)的選擇要根據(jù)圍巖類別及時(shí)調(diào)整。

4)裝藥結(jié)構(gòu)的選擇。

采用孔內(nèi)裝藥、孔外起爆的方法。孔內(nèi)裝藥采用將炸藥裝入硬塑料管內(nèi)的辦法，硬塑料管直徑為40 mm，先將φ32 mm的炸藥綁在導(dǎo)爆索上，將綁好的導(dǎo)爆索和炸藥預(yù)先裝入硬塑料管，再將硬塑料管插入炮孔內(nèi)，硬塑料管裝入炮孔后保證導(dǎo)爆索在孔外的長(zhǎng)度不小于50 cm，以便于孔外聯(lián)線。采用硬塑料管裝藥不僅可以縮短裝藥時(shí)間，還可以防止巖石熱傳導(dǎo)，起到隔熱的作用。

盡量避免導(dǎo)爆管雷管在炮孔內(nèi)直接接觸巖石，防止雷管因高溫產(chǎn)生自爆，或?qū)П苣_線遇高溫軟化變形產(chǎn)生拒爆。

孔外聯(lián)線的方法:將炮孔外露出的導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管雷管用膠帶捆綁在一起，再按照正常情況下聯(lián)線方式起爆即可。

5)裝藥爆破安全措施。

防止熱痙攣癥、熱虛脫癥、熱射癥。為加強(qiáng)對(duì)施工人員的保護(hù)，保證正常施工，采用輪班制進(jìn)行開挖爆破，即每個(gè)開挖工序由兩班爆破人員輪換施工，一班人員施工2 h～3 h后，然后由另一班人員接替施工。

4 炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)的建立

依靠通風(fēng)風(fēng)流很難降低孔內(nèi)溫度，必須建立炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)，即向每個(gè)炮孔內(nèi)注入冷水，降低炮孔內(nèi)溫度，并通過集中快速裝藥，在溫度回升到臨界溫度前完成爆破作業(yè)。隧道管線布置剖面圖見圖1。炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)建立如圖2，圖3所示。

圖1 隧道管線布置剖面圖

炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)由抽水輸送系統(tǒng)，分散制冷系統(tǒng)，抽水輸出系統(tǒng)三部分組成。

1)抽水輸送系統(tǒng)。

由抽水裝置和輸送管道組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在支洞口靠近河右岸處建造一個(gè)泵房，抽取河內(nèi)的冷水進(jìn)行制冷，泵房?jī)?nèi)安裝兩臺(tái)20 kW的離心水泵，并備用2臺(tái)，從泵房到主洞下游掌子面鋪設(shè)φ150 mm(δ=4.5 mm)的無縫鋼管，鋼管長(zhǎng)度依據(jù)地?zé)岫伍L(zhǎng)度不斷向前延伸，距離掌子面不超過30 m，在輸水管端部焊接出4個(gè)分水閘閥，通過橡膠軟管分別連接到鉆孔臺(tái)車上，分水閘閥采用φ50鋼管，橡膠軟管采用φ60的噴漿膠管。

圖2 炮孔冷卻系統(tǒng)正面布置圖

圖3 炮孔冷卻系統(tǒng)側(cè)面布置圖

2)分散制冷系統(tǒng)。

在鉆孔臺(tái)車上安裝4個(gè)分水器，分水器長(zhǎng)度為0.8 m，采用φ150 mm鋼管加工而成，兩端用鋼板密封。在每個(gè)分水器上焊接22個(gè)分水閘閥，閘閥采用φ20 mm球閥。然后通過φ30 mm的橡膠軟管連接，φ20 mm的鍍鋅鋼管通入每個(gè)炮孔內(nèi)，每根橡膠軟管長(zhǎng)度為10 m，每根鍍鋅鋼管長(zhǎng)度為3 m。在通水冷卻過程中，隨時(shí)對(duì)孔內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度降到25℃以下時(shí)進(jìn)行裝藥，在孔內(nèi)溫度回升至35℃以下時(shí)完成爆破作業(yè)。

3)抽水輸出系統(tǒng)。

在距離掌子面25 m～40 m處開挖一集水坑，用2臺(tái)～3臺(tái)15 kW的污水水泵(備用多臺(tái))通過專用污水輸出管道將集水坑中的循環(huán)水通過排水管道排出洞外。排水管采用φ150 mm鋼管，連接到主洞與支洞三岔口位置，通過支洞內(nèi)水溝自然流出。

5 炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)效果測(cè)試

1)巖體溫度測(cè)試情況。

1號(hào)洞地?zé)岫蜗掠蜬1+066～K1+080樁號(hào)，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)炮孔口流水溫度86℃。

2)炮孔內(nèi)巖體溫控測(cè)試情況。

在K1+066靠左邊墻的掌子面，對(duì)兩個(gè)炮孔進(jìn)行巖體降溫測(cè)試。1號(hào)炮孔深度3.5 m以上，2號(hào)炮孔深度2.5 m。測(cè)試前分別向兩個(gè)炮孔內(nèi)加注冷水，10 min后開始分別對(duì)炮孔底部巖體溫度進(jìn)行測(cè)試，每間隔5 min測(cè)試一次，連續(xù)測(cè)試30 min。實(shí)測(cè)溫度記錄如下:

1號(hào)炮孔底部巖體溫度(17:45～17:50)56℃，(17:50～17:55)60℃，(17:55～18:00)76℃;

2號(hào)炮孔底部巖體溫度(17:21～17:26)40℃，(17:26～17:31)46℃，(17:31～17:36)54℃，(17:36～17:41)52℃，(17:41～17:46)54℃，(17:46～17:48)60℃。

測(cè)試結(jié)果1號(hào)孔升溫速度明顯快于2號(hào)孔，分析原因1號(hào)炮孔深度大，炮孔底部和地?zé)崛B通，冷水降溫后由于孔內(nèi)不斷有熱水涌出，溫度很快升高。測(cè)試結(jié)果說明對(duì)于沒有和地?zé)釡厝B通的炮孔，只要采取有效措施，在25 min內(nèi)完成爆破作業(yè)，就能避免爆破作業(yè)危險(xiǎn);對(duì)于孔內(nèi)有熱水的炮孔還須采取隔熱、防水措施。

6 超高地?zé)岫毋@爆開挖注意事項(xiàng)

1)鉆爆施工安全控制。

a.炮孔完成后在通風(fēng)的基礎(chǔ)上，對(duì)掌子面噴射冷水降溫，并利用炮孔降溫系統(tǒng)，向每個(gè)炮孔內(nèi)注射冷水20 min～30 min。

b.炮孔直徑從40 cm增大至50 cm以上，對(duì)于孔內(nèi)沒有熱水的，裝藥前將藥包和導(dǎo)爆索捆扎在一起外套PVC管，隔絕炸藥和炮孔壁的直接接觸。禁止雷管入孔，裝藥時(shí)增加人員將事先加工好的藥包裝入孔內(nèi)，縮短爆破作業(yè)時(shí)間。

c.對(duì)于孔內(nèi)有熱水的，在上述基礎(chǔ)上還要對(duì)藥包用石棉進(jìn)行絕熱處理，并在藥包外套PVC管，嚴(yán)禁藥包與孔壁、熱水接觸，所有雷管一律不準(zhǔn)入孔。

d.對(duì)地?zé)嵊克畤?yán)重的炮孔，先起爆，減少地?zé)崴蛘谱用娣较虻臐B流，然后對(duì)剩下的炮孔裝藥施爆。保證作業(yè)鉆桿的長(zhǎng)度，鉆桿入巖時(shí)施工人員距離掌子面保持3 m～5 m的安全距離，鉆進(jìn)時(shí)身體不要正對(duì)炮孔，防止熱水突然噴出燙傷。

2)施工人員勞動(dòng)安全。

應(yīng)根據(jù)坑道內(nèi)的高溫程度、勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)效率，確定勞動(dòng)工時(shí)，合理安排高溫作業(yè)時(shí)間，加強(qiáng)健康管理，對(duì)患有高血壓、心臟病的患者，因高溫作業(yè)可能引起癥狀惡化，疲勞、空腹、睡眠不足等容易誘發(fā)中暑癥，對(duì)此類人員應(yīng)禁止參加勞動(dòng)。在高溫作業(yè)時(shí)，易發(fā)生維生素、水分、鹽類的不足，對(duì)此需進(jìn)行充分的補(bǔ)充。為恢復(fù)疲勞，應(yīng)向工人提供適溫適濕的休息環(huán)境。

3)有害氣體安全控制。

根據(jù)對(duì)娘擁水電站有害氣體的檢測(cè)表明，高地溫洞段中的有害氣體滿足施工環(huán)境，但為了保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的健康和安全，建議采用如下措施:

a.在工作面和洞內(nèi)安裝固定式傳感器，當(dāng)洞內(nèi)氧的濃度在18%以下時(shí)，傳感器會(huì)報(bào)警，以便使洞內(nèi)人員疏散和禁止人員進(jìn)入。

b.作業(yè)人員攜帶便攜式報(bào)警器，爆破人員可進(jìn)行氣體濃度測(cè)定。

c.定期實(shí)施疏散訓(xùn)練。

7 結(jié)語

根據(jù)地?zé)岫伍_挖的實(shí)際情況，建立炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)，通過控制注冷水量和排熱水量有效控制炮孔溫度，合理調(diào)整開挖方案，確保炸藥在限制溫度下使用以及50 m/月～60 m/月的掘進(jìn)速度，從而保證了高地?zé)岫嗡矶吹捻樌┕ぁ?/p>

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