淺談黑溝棄渣壩排洪隧洞開挖施工技術

同紅兵

（陜西省石頭河水庫灌溉管理局 陜西 楊陵 712100）

隧洞按其輸水時水流性狀不同可分為無壓隧洞和有壓隧洞。無壓隧洞輸水時水流不完全充滿具有自由表面，有壓隧洞輸水時水流完全充滿無自由表面。隧洞一般分為進口段、洞身和出口段三部分。進口段通常布置有攔污柵、閘門等，其形式有豎井式、塔式、斜坡式等幾種。洞身的型式是根據水流條件、地質條件及施工條件而定。有壓隧洞一般采用圓形斷面或馬蹄形斷面無壓隧洞常用的有圓形、城門形、馬蹄形等。石頭河水庫黑溝棄渣壩主要是按照無壓遂洞進行設計，并進行全斷面砼襯砌，在隧洞進、出口均采用鉛絲籠進行防護。

1 工程概況

黑溝河位于石頭河水庫下游左岸，自西向東于石頭河水庫大壩背水坡坡腳流入石頭河，屬石頭河一級支流。黑溝棄渣壩是在石頭河水庫施工期間，按設計將大量廢棄石料堆積于黑溝溝口，未經任何碾壓而形成的一座棄渣壩。黑溝棄渣壩最大壩高47m，總堆積量119.46×104m3，形成92.7×104m3的庫容，本項目建設主要建設內容為：新建黑溝棄渣壩排洪隧道洞，封堵黑溝棄渣壩原排水涵洞，黑溝棄渣壩防滲加固，增設棄渣壩安全監測設施。

本工程主要是排洪隧洞石方洞挖工程。長度為652m，開挖斷面為城門洞型，斷面尺寸為2.6m×3.4m，坡降i=4.642%，進口底板高程為738m，出口底板高程為707.7m。隧洞埋深4m～56m，沿線穿越地層為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖，其中Ⅲ類圍巖占全長的70%左右，由于Ⅳ～Ⅴ類圍巖巖性軟弱，屬易風化、崩解及軟化巖體，成洞條件及圍巖穩定條件差，對軟巖洞段應進行有效支護處理。

2 黑溝棄渣壩排洪隧洞工程主要施工技術及措施

隧洞開挖方式有全斷面開挖法和導洞開挖法兩種。開挖方式的選擇主要取決于隧洞圍巖的類別、斷面尺寸、機械設備和施工技術水平，合理選擇開挖方式，加快施工進度，節約工程投資，保證施工質量和施工安全意義重大。

隧洞開挖前，根據圍巖地質情況編制詳細的爆破計劃，進行爆破試驗，并根據爆破效果，用類比法初選和優化爆破參數。然后，針對各類圍巖條件，分別對掏槽孔、爆破孔、周邊孔作炮孔布設，炮孔數目可以按照裝藥平衡原理進行初步計算，鉆孔位置誤差不大于5cm，且水平方向嚴禁相互交錯通氣。合理的炮孔深度隨圍巖類別而定：Ⅱ、Ⅲ類為2.0m～2.5m，Ⅳ、Ⅴ類為1.8m～2.0m；炮孔力求做到“平、直、齊”，嚴格執行操作規程上的精度要求。

2.1 工程的施工原則

按照施工組織要求，采取中心掏槽、周邊爆破、毫秒雷管分段起爆，嚴格控制裝藥量，減少爆破對圍巖的擾動，杜絕欠挖，控制超挖，嚴格控制規范起伏差在20cm以內。遇到Ⅳ～Ⅴ類圍巖斷層破碎帶時采用“短進尺、弱爆破、超前錨桿、及時噴護、勤量測、及時封閉”的技術措施。

2.2 工程施工順序

根據主要工序進行排列：①進行工作面整理；②根據設計要求測量放樣；③鉆孔、裝藥起爆；④通風排煙；⑤排險、安全監測，并根據圍巖實際情況進行洞身支護；⑥出碴運輸（采用扒碴機出碴）；⑦施工排水。

2.3 主要工序施工方法

鉆爆是保證開挖斷面輪廓平整準確、減少超欠挖、降低爆破震動、維護圍巖自承能力的關鍵，采用鉆爆法施工技術，基本上可以達到光面爆破的效果。

（1）測量是控制開挖輪廓精確度的關鍵。洞內控制測量采用DMY-1型隧道斷面激光測量儀，每一循環都由測量技術人員在掌子面標出開挖輪廓和炮孔位置（見爆破施工炮孔布置圖，圖1）。用全站儀準確繪出開挖輪廓線及周邊孔、掏槽孔和爆破孔的位置。距開挖掌子面50m埋設中線樁，每100m設臨時水準點。每次測量放線時，對上次爆破效果檢查一次，并及時采用計算機處理測量數據，修正爆破參數，以達到最佳爆破效果。

圖1 排洪洞石方洞挖施工炮孔布置圖

（2）造孔主要采用自制簡易造孔臺車、YT-28手風鉆進行造孔。鉆孔前先按設計標出孔位。鉆孔時，按設計位置和方向準確鉆進，特別要控制好掏槽孔的方向和深度，以保證掏槽效果和提高進尺。為了下一循環鉆孔方便，周邊孔鉆孔方向向開挖邊線以外傾斜2°；為了保證其位置和方向準確，取得良好的爆破效果，掏槽孔向軸線中心底孔方向傾斜7°；輔助孔鉆孔方向平行于洞軸線。

（3）裝藥起爆單耗根據不同圍巖現場確定，周邊光爆孔采用導爆索起爆，采用間隔裝藥結構，輔助孔、掏槽孔均用非電毫秒雷管分段起爆。起爆程序為：掏槽孔—爆破孔—周邊孔。依據爆破參數表1實施洞身段巖石開挖爆破。爆破采用錐形掏槽方式，裝藥采用人工裝藥，起爆網絡為非電毫秒微差起爆網絡。

表1 Ⅲ類圍巖爆破參數表

（4）通風排煙。進洞掘進在50m以內自然通風。進洞50m以外施工采用通風機進行壓入式通風，一臺通風機安在洞外15m處，風管用帆布風管，掛在邊墻上，出風口距開挖面15m～20m。洞內距工作面20m處安裝另一臺通風機，由內向外排煙，若排煙困難，用高壓風輔助通風。在出渣期間繼續排風以清除運輸車輛所產生的廢氣。

通風管理是通風效果好壞的關鍵，為了確保通風效果，必須加強通風管理。通風管要始終保持平、直、順，接頭嚴密不漏風，若有破損及時修補或更換。通風系統安裝后，不經允許不可隨意改動，非管理人員不得隨意開關風機。

（5）排險、安全監測在洞內排煙結束后，派2名專職安全員用排險杠對洞內懸空或兩側松動的危石進行排除，并在一定位置安設數組觀測錨桿，定時監測其位移，分析檢測結果，發現異常情況及時采取有效的臨時支護措施，確保進洞作業人員及設備的安全。

（6）洞身支護施工與洞挖施工交叉進行，在巖石較好（Ⅲ類圍巖）的部位可適當與開挖面保持一定距離，邊開挖邊支護。在巖石較差部位（Ⅳ、Ⅴ類圍巖）要加強支護，緊隨開挖面及時支護；巖石情況惡劣存在安全隱患的部位使用鋼支撐進行支護施工，以確保洞室施工人員、機械的的安全。

洞內Ⅲ類圍巖采用隨機錨桿進行支護，支護施工采取錨桿施工。

洞內Ⅲ、Ⅳ類圍巖采用噴護混凝土或錨桿及噴護混凝土進行支護，支護施工采取噴護混凝土施工或先錨桿施工，后噴護混凝土施工的順序進行。

洞內Ⅳ、Ⅴ類圍巖，采用錨桿及掛網噴護混凝土進行支護，支護施工采取先初噴護混凝土（3cm～5cm），再施工錨桿、掛鋼筋網，后補噴混凝土（滿足最終10cm要求）施工的順序進行。

根據開挖后的地質情況需要采用鋼支撐支護的洞段，采用先初噴，再鋼支撐，后網噴混凝土的順序施工。洞內錨桿采用手風鉆在鉆孔臺架上造孔，注漿機注漿。人工安裝鋼筋網片采用洞外人工綁扎制作，洞內安裝。混凝土采用混凝土噴射機濕噴法施工；鋼支撐采用場外加工、現場拼接、安裝、加固。

（7）裝碴及出碴施工。本工程裝碴及出碴采用扒碴機裝碴，使用三輪運輸車運輸。每次爆破后工作面經過檢查和排險后立即進行清碴，本工程出碴專人負責調度安排，綜合安排重車和空車的循環運輸。

為保證施工石渣拉運安全，棄碴拉運規劃各工作面的行車路線，并嚴格控制裝碴高度和裝碴量。工作面爆破前，石碴裝運等機械全部停止作業，人員機械全部撤離到警戒線外，待解除警戒后再開始施工。對于過大石塊，必須解小后再裝運上車。

（8）施工排水。本工程施工是由出口開始向進口開挖，排洪洞施工排水主要為裂隙滲水、施工棄水等，因此在順坡施工段隧洞底部一側設置排水溝，根據洞內水量大小在洞底一側或兩側設置排水溝道，將裂隙滲水、廢水引至排洪洞出口的集水坑內，經沉淀后，采用2吋潛水泵排入河床。

為防止洞內排水對環境的污染，洞口處設一沉淀池，洞內污水經沉淀符合排放標準后排走，或者供工程使用。

洞內如遇較大的裂隙水時，采用水泥漿或化學藥劑對圍巖進行壓力灌漿，堵塞通道。清基排水工作完成后再進行下一個循環作業。

2.4 爆破開挖質量控制

為了控制好開挖輪廓，減少超欠挖，達到光面爆破和預裂爆破效果，認真分析研究，調整優化裝藥量以及鉆孔位置、深度等參數，并且嚴格控制。鉆孔時盡量做到準（位置）、平（平行）、直（方向）、齊（孔底）。

2.5 鉆爆循環

排洪洞洞身開挖單循環進尺為2.0m，每個循環時間約8個小時，每天工作三個循環，每月按26天有效工作時間計算，月平均進尺156m。

3 結語

黑溝棄渣壩由于原排洪洞坍塌、堵塞，在2011年9月迎來了建壩以來最高水位，雖然經過搶險排洪安全度汛，但對石頭河水庫的防汛安全仍帶來一定的安全隱患，為此，實施石頭河水庫二期除險加固工程。黑溝棄渣壩排洪隧洞工程只是二期除險加固工程的一個標段，根據該工程特點以及地質情況，經過研究分析，在本工程中應用了鉆爆法等施工技術以及鋼支撐支護等措施。筆者個人認為黑溝排洪洞的開挖施工采用的方法、方案是符合該工程特點的，是成功的。陜西水利