峽谷地區(qū)長距離小斷面隧洞施工技術(shù)研究

李棉巧

摘要：隨著水利工程的發(fā)展，水利水電工程中小斷面長距離引水隧洞布置越來越多，熟練掌握此類型隧洞開挖支護(hù)合理的施工方法及程序，為以后干好同類工程具有很高的借鑒作用。

Abstract： With the development of water conservancy projects， the layout of long-distance small-bore tunnels in the water resources and hydropower engineering is more and more. To skillfully master the reasonable construction method and procedure of the tunnel excavation and supporting has high reference value for the similar projects in the future.

關(guān)鍵詞：水利工程；長距離小斷面隧洞；施工技術(shù)研究

Key words： water conservancy project；long-distance small-bore tunnel；research of construction technology

中圖分類號：TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0133-02

0 引言

水利水電工程中國內(nèi)外已建成的10km以上的水工隧洞達(dá)90座，中國占11座。國內(nèi)已建成長度5km以上的引水發(fā)電隧道20座。隨著水利工程的發(fā)展，水利水電工程中隧洞布置越來越多，有導(dǎo)流隧洞、引水隧洞、泄洪隧洞、尾水隧洞等。小斷面長引水隧洞也將成為普遍現(xiàn)象，熟練掌握此類型隧洞開挖支護(hù)合理的施工方法及程序，為以后干好同類工程取得實際經(jīng)驗及經(jīng)濟(jì)效益將有積極意義。

1 項目概述

梭羅溝二級水電站引水隧洞由1#、2#、3#引水隧洞、施工支洞、連接隧洞、洞內(nèi)沉沙池、溢流沖沙洞、調(diào)壓井和壓力管道等組成，其中1#洞長4749.172m，2#洞長1072.728m，3#洞長1579.261m，溢流沖沙洞長103m，連接隧洞長300m，壓力管道450.5m，均為小斷面隧洞，隧洞斷面型式為馬蹄形、圓形和城門型等，最大開挖斷面14.86m2，最小開挖斷面6.382m2。

工程巖體的主要特點(diǎn)是工程處在峽谷高海拔地區(qū)，隧洞距離長，工作面分散，隧洞斷面小。隧洞地質(zhì)情況復(fù)雜，穿過的地層有三疊系上統(tǒng)新都橋組、三疊系上統(tǒng)侏倭組、三疊系中統(tǒng)雜谷腦組，巖性主要以深灰色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，局部分布有灰?guī)r、白云巖。巖體呈厚至巨厚層狀，地表出露巖體為弱風(fēng)化。洞室所處巖體為微新巖體，節(jié)理裂隙微發(fā)育，地下水主要表現(xiàn)為基巖裂隙水，無區(qū)域性斷裂通過。沿引水隧洞線路發(fā)育三條沖溝，隧洞埋深50-80m節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層條件較差，其中一條沖溝常年有流水。根據(jù)揭露情況看，溢流沖沙洞地質(zhì)條件為強(qiáng)風(fēng)化巖層，屬Ⅴ類圍巖；1#引水隧洞過流水沖溝段遇較大山體透水，屬Ⅳ類圍巖，1#引水隧洞其他洞段為Ⅱ、Ⅲ類圍巖；2#引水隧洞為Ⅱ、Ⅲ類圍巖；連接隧洞埋深較淺，基本屬于Ⅳ、Ⅴ類圍巖；壓力管道為Ⅱ、Ⅲ類圍巖。

工程施工需克服冬季運(yùn)輸困難，不良地質(zhì)洞段開挖支護(hù)困難，地質(zhì)條件好洞段爆破單耗高、進(jìn)尺不理想，斜井?dāng)嗝嫘　⑵露却蟆馔茹@氣腿角度難以滿足斜井坡度等技術(shù)難題。

2 技術(shù)研究難點(diǎn)

①運(yùn)輸困難；②斷面小，爆破效果差；③隧洞長，通風(fēng)困難；④洞內(nèi)山體大透水施工難度大。

3 技術(shù)方案研究及實施

3.1 施工道路布置

3#施工支洞便道縱坡大，冬季施工車輛因積雪無法通行，采取洞口段設(shè)置溜筒，山體平緩處設(shè)置集渣平臺，棄渣通過溜筒進(jìn)入集渣平臺，二次轉(zhuǎn)運(yùn)到渣場。4、5、6、7#施工支洞通過索吊解決運(yùn)輸問題。

由于引水隧洞距離長，布置了7條施工支洞，4#、5#施工支洞口布置長跨400m的8t纜索吊用于洞挖出渣、材料運(yùn)輸?shù)龋槐竟こ虒儆诟吆０蔚貐^(qū)，冬季溫度地，歷時長，3#支洞施工道路縱坡大，道路結(jié)冰出渣困難，施工便道起點(diǎn)附近邊坡上選擇平坦部位作為集料渣場，從洞口設(shè)溜筒到集料渣場，出渣通過溜筒溜到集料渣場，二次轉(zhuǎn)運(yùn)到棄渣場，解決冬季出渣問題。

3.2 隧洞開挖

由于隧洞斷面小，采用直眼掏槽，周邊光面爆破。遇到十分完整，少節(jié)理巖層的洞段，采用潛孔鉆（鉆頭直徑120mm）造深空孔，改變爆破掏槽方式，減少每循環(huán)造孔量，降低爆破單耗，改進(jìn)爆破效果。同時潛孔鉆造孔同時還可以起到超前勘探作用。

斜井直徑3.2m，坡度60度，采取上山法和下山法爆破開挖，由于斷面小，采用小導(dǎo)洞開挖再擴(kuò)挖的方式難度大，本工程采用“長短孔”的方式（即上半圓短孔，下半圓長孔）鉆孔爆破開挖，可以有效解決氣腿鉆氣腿角度難以滿足斜井坡度的難題。

1、2、3#引水隧洞Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞段，如裂隙發(fā)育，則采用“九眼”或“七眼”直眼掏槽一次爆破到位，如圍巖完整，則采用潛孔鉆造中空孔，“四眼”或“三眼”直眼掏槽的方式爆破到位。掏槽孔布孔方式詳見圖1。

該爆破方式周邊孔間距50-60cm，主爆孔間距70cm，孔深2m；掏槽孔孔深2.2m，一般布置3-4個小孔，大孔孔深10-15m，不裝藥；爆破進(jìn)尺2m，單耗2-2.2kg/m3。

溢流沖沙洞及連接隧洞采取上下臺階法開挖，上臺階開挖高度控制到最低，減少爆破震動，充分發(fā)揮超前錨桿作用。下臺階滯后一個循環(huán)后，上下臺階同時爆破，加快開挖進(jìn)度。為預(yù)防塌方，上臺階開挖周邊孔不裝藥或少裝藥，人工風(fēng)鎬修整控制塌方。溢流沖沙洞Ⅳ類圍巖小斷面洞段上下臺階法開挖方法見圖2。

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3.3 洞內(nèi)支護(hù)

各條隧洞塌方洞段通過掌子面素噴、超前錨桿（或自進(jìn)式錨桿注漿）、鋼支撐、掛網(wǎng)噴護(hù)、工字鋼管棚等方式確保施工安全和進(jìn)度。

1#施工支洞流水沖溝透水洞段采用鋼支撐滿鋪薄鋼板、袋裝混凝土干料回填等強(qiáng)支護(hù)方式通過，確保施工安全和作業(yè)人員職業(yè)健康。

3.4 長距離隧洞通風(fēng)

小斷面隧洞開挖洞口布置軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，洞內(nèi)間隔300m布置一臺軸流風(fēng)機(jī)接力通風(fēng)。斜井段在中平段和上平段采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)在斷面圓心點(diǎn)造直徑168mm中空孔，加快空氣流通，減少排煙時間，同時可增加導(dǎo)向作用，作為大孔直眼掏槽的中空孔。

3.5 不良地質(zhì)洞段施工難

塌方地段開挖及支護(hù)措施：采用潛孔鉆超前地質(zhì)預(yù)報，采用采用超前注漿小導(dǎo)管或自進(jìn)式中空錨桿超前支護(hù)，分臺階開挖，減少上臺階開挖高度，使得超前錨桿和超前小導(dǎo)管的作用發(fā)揮到最大。為避免開挖下臺階時發(fā)生掌子面震動造成塌方，上臺階始終超前下臺階一到兩個循環(huán)。遇到頂拱大塌方或者冒頂時，先在起拱線附近人工刨出平臺，采用工字鋼對頂拱以上形成防護(hù)棚，鋼支撐先完成拱部分安裝，噴護(hù)完成后再逐榀接腿，將安全風(fēng)險降到最低。

3.6 山體大透水洞段施工

穿越有流水的山體大沖溝時，采用潛孔鉆超前勘探，預(yù)報是否有大透水。遇到山體大透水時，先調(diào)查沖溝水流滲透部位，可采取沖溝內(nèi)筑壩管道引流的方式使流水避開滲透部位。洞內(nèi)穿越透水沖溝時，采用鋼支撐滿鋪薄鋼板支護(hù)，空腔采用袋裝水泥砂石混合料填充，可確保鋼支撐的穩(wěn)定，可以有效防止透水對作業(yè)工人的職業(yè)健康影響，解決大量透水無法噴混凝土的技術(shù)難題。

4 本項目的創(chuàng)新性分析

①“九眼”或“七眼”小孔直眼掏槽爆破與大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破對比后，大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破有利于降低爆破成本，減少了單循環(huán)造孔時間，減少了非電雷管和炸藥的使用量，單循環(huán)爆破進(jìn)尺大大增加。

②溢流沖沙洞上下臺階短進(jìn)尺法開挖充分發(fā)揮了超前錨桿對頂拱超前支護(hù)的效應(yīng)，減少了頂拱每次爆破的塌方量，較普通的小斷面隧洞權(quán)斷面開挖，更安全，進(jìn)度更快。

③1#施工支洞透水洞段鋼支撐外緣滿鋪薄鋼板，袋裝混凝土干料回填，可保證作業(yè)工人的干地作業(yè)，同時確保鋼支撐穩(wěn)定。解決了普通鋼支撐掛網(wǎng)噴護(hù)噴混凝土無法作業(yè)和支護(hù)后作業(yè)環(huán)境較差的難題。

④3#支洞洞口沿邊坡設(shè)置溜筒出渣至轉(zhuǎn)渣平臺，解決了冬季通過施工便道車輛因道路積雪打滑的問題。

5 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析

①大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破每個斷面減少造孔（小孔）量達(dá)10個，減少造孔時間2-3小時，爆破單耗從原來的3-4kg/m3降至2-2.2kg/m3，減少使用非電雷管10發(fā)，爆破成本可降低3-4元/m3，施工進(jìn)度可大大加快，該工藝已經(jīng)廣泛用于1#引水隧洞Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞段開挖，取得良好效果。斜井直徑3.2m，坡度60度，采取上山法和下山法開挖，采用“長短孔”的方式（即上半圓短孔，下半圓長孔）鉆孔爆破開挖，有效解決了氣腿鉆氣腿角度難以滿足斜井坡度的難題。

②溢流沖沙洞采用上下臺階法，下臺階滯后上臺階一個循環(huán)同時起爆的方式開挖后，每再次發(fā)生頂拱塌方問題，確保了施工安全，每天可完成一個爆破支護(hù)循環(huán)。

③1#施工支洞透水洞段鋼支撐外緣滿鋪薄鋼板，袋裝混凝土干料回填支護(hù)為施工人員創(chuàng)造了較好的施工環(huán)境，減少了作業(yè)人員生病、受到安全傷害的機(jī)率，使得安全順利通過透水洞段（沖溝下）變?yōu)榭尚小?/p>

④3#支洞洞口沿邊坡設(shè)置溜筒出渣至轉(zhuǎn)渣平臺，確保了該部位冬季施工的可行性，穩(wěn)定了冬季施工隊伍，施工進(jìn)度獲得保證。4、5#施工支洞口布置長跨400m的8t纜索吊解決了洞挖出渣、材料運(yùn)輸難題，使得該部位施工進(jìn)度有保證。

6 存在的主要問題及改進(jìn)措施

本研究課題是在梭羅溝二級水電站小斷面長距離隧洞施工遇到爆破單耗大效果不理想、透水無法作業(yè)、冬季出渣困難、不良地質(zhì)洞段開挖安全及進(jìn)度無法保障制約工程發(fā)電目標(biāo)的矛盾下孕育而生。因水電站施工環(huán)境差異而具有特例性，在運(yùn)用到其他項目中還需經(jīng)過反復(fù)調(diào)研，并進(jìn)行相應(yīng)的論證及適當(dāng)調(diào)整，合理的修改后方可實施。

7 技術(shù)總結(jié)

小型電站長距離小斷面隧洞施工目前面臨著設(shè)計深度不夠，地勘資料少等不利局面，要保證施工安全、施工進(jìn)度、合理的利潤，在施工中只有自身不斷創(chuàng)新、改進(jìn)施工工藝、創(chuàng)新工藝，才能在當(dāng)今的不斷萎縮水電市場立于不敗之地。

參考文獻(xiàn)：

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