水工隧洞大斷面進水口閘后漸變段開挖爆破施工技術

應慧能

摘 要：大斷面洞室的開挖是水電開發中必不可少的環節，大斷面洞室的漸變段部分又是其中的施工難點和重點。大斷面漸變段洞室的開挖爆破成型質量控制難度大，其爆破質量將直接影響后續施工（如結構混凝土回填澆筑）成本的增減，施工控制不當將帶來嚴重的質量和安全隱患。

關鍵詞：大斷面；漸變段；洞室；爆破；技術

中圖分類號：TU991.05 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0095-03

1 施工技術特點

（1）洞挖施工時采用以“新奧法”為主的施工方法，依據“新奧法”原理，嚴格按“超前探測、超前支護、短進尺、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護、勤量測”的工藝要求進行施工，確保圍巖成洞的穩定。

（2）開挖結束后按照需要及時噴混凝土、預應力錨桿和系統錨桿施工、掛鋼筋網、噴混凝土等施工結束后才可進入下個開挖循環。在開挖過程及時進行施工監測，根據揭露出的地質情況，合理調整施工參數。

2 適用范圍

本施工技術以溧陽抽水蓄能電站下水庫尾水隧洞出口漸變段為依托，漸變段洞身長15m，洞口開挖跨度為13.3m，開挖斷面由13.3m×13.3m正方形洞漸變過渡至直徑13.3m的圓形洞。推而廣之，本施工技術適用于所有大中型水電站水工隧洞大斷面進/出水口閘后漸變段開挖爆破。

3 施工工藝原理

（1）進洞開挖前依據不同地質條件選擇合適的鎖口支護形式，如鎖口加強錨桿（鋼筋樁）、超前小導管、鎖口鋼拱架等形式的一種或多種組合。確保安全后方可開始洞挖。

（2）采用導洞先行貫穿、再分層分塊擴挖至設計斷面的方式施工。超前支護與系統支護及時跟進，確保人員安全。

（3）通過選用合適的開挖鉆爆設備及機具，確定在不同設計體形，不同地質條件中的鉆進工藝。通過不同的地質條件，選擇不同的爆破參數（如爆破器材、爆破單耗、線裝藥量、間排距等的選擇），進行爆破試驗選定最優爆破參數。

（4）每次爆破完成后，進行爆破總結分析，對下次爆破做出參考，做到不同地質條件、不同工況條件下的“個性化”施工。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 水工隧洞大斷面進水口閘后漸變段開挖爆破施工工藝流程

4.2 洞挖施工規劃

1#、2#尾水隧洞開挖分開進行，待1#尾水隧洞開挖完成后再進行2#尾水隧洞開挖。

洞挖施工時采用以“新奧法”為主的施工方法，依據“新奧法”原理，嚴格按“超前探測、超前支護、短進尺、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護、勤量測”的工藝要求進行施工，確保圍巖成洞的穩定。

開挖結束后按照需要及時噴混凝土、預應力錨桿和系統錨桿施工、掛鋼筋網、噴混凝土等施工結束后才可進入下個開挖循環。在開挖過程及時進行施工監測，根據揭露出的地質情況，合理調整施工參數。

4.3 洞挖施工程序和方法

1#、2#尾水洞出口漸變段洞身長15m，斷面由正方形漸變至圓形，洞口開挖跨度為13.3m，洞內支護采用系統錨桿、預應力錨桿、噴混凝土等方式。

進洞前，按要求完成洞臉和洞口部位系統支護包括系統排水孔、鎖口加強錨桿、鋼筋樁支護、超前小導管注漿形成小管棚后方可開始洞挖。

1#、2#尾水隧洞出口漸變段開挖在洞臉支護完成后進行，采用上導洞先行貫穿、再擴挖至設計斷面的方式施工，注漿小導管超前支護、系統錨噴及時跟進的方式聯合施工。

上導洞先行開挖貫通，完成導洞臨時支護后進行導洞下部擴挖，隨后進行導洞頂拱段系統支護。待頂拱支護完成后再進行左側、右側和下部擴挖。

上導洞開挖斷面尺寸：4.3m×4.8m，開挖采用手風鉆鉆孔，非電毫秒微差爆破，頂拱光爆，循環進尺1.0m左右。擴挖采用手風鉆鉆孔，非電毫秒微差爆破，周邊光爆，循環進尺2.0m左右。

進洞斷面為13.3m×13.3m正方形洞，為保證該段開挖時的頂拱安全，將頂拱由直線段改為起拱50cm左右（視巖石情況）高，可有效的改變頂拱受力狀態。進洞時根據洞臉巖石情況，增加2～3榀鋼拱架支護。

4.4 爆破參數設計

由于1#、2#尾水隧洞洞內混凝土襯砌貼近爆破工作面，故需采用控制爆破設計。

4.4.1 最大單段藥量計算

按爆破振動安全允許距離計算公式計算：

R——爆破振動安全允許距離，按最后一次循環爆破時距混凝土直線距離計算，7.14m；

V——保護對象所在地安全允許質點振速，取12cm/s；

K，α——與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，參考中硬巖石，K取值150，α取值1.7；

Q——延時爆破為最大單段藥量，根據計算為4.22kg；

以上K、α參數僅參考，實際施工時需根據爆破振動測試成果進行調整。

4.4.2 導洞開挖爆破參數

（1）掏槽孔布置參數：

①孔徑：D=42mm；

②孔深：1.3m；

③炮孔間距：28cm；

④炮孔排距：28cm；

⑤藥卷直徑：32mm；

⑥單孔藥量：0.78kg。

（2）崩落孔布置參數：

①孔徑：D=42mm；

②孔深：1.2m；

③炮孔間距：68.6～100cm；

④炮孔排距：65～76.8cm；

⑤藥卷直徑：32mm；

⑥單孔藥量：0.7kg。

（3）周邊孔布置參數：

①孔徑：D=42mm；

②孔深：1.2m；

③炮孔間距：60cm；

④炮孔排距：65cm；

⑤藥卷直徑：25mm；

⑥單孔藥量：0.4kg。

4.4.3 擴挖爆破參數（見表1）

（1）崩落孔布置參數：

①孔徑：D=42mm；

②孔深：2.5m；

③炮孔間距：65～110cm；

④炮孔排距：60～90cm；

⑤藥卷直徑：32mm；

⑥單孔藥量：1.2～1.7kg。

（2）周邊孔布置參數：

①孔徑：D=42mm；

②孔深：2.5m；

③炮孔間距：60.5～62cm；

④炮孔排距：65cm；

⑤藥卷直徑：25mm；

⑥單孔藥量：0.8kg。

5 材料與設備

5.1 工程材料

水工隧洞大斷面進水口閘后漸變段開挖爆破工法主要涉及的材料是鉆孔施工時的輔助材料及爆破材料，其中輔助材料主要為鉆孔臺車及加固材料，鉆孔臺車主要采用18#工字鋼及槽鋼等。

5.2 工程設備

工程設備主要是手風鉆、自卸汽車、液壓反鏟、鎬頭機、裝載機等，根據工作需要配置。

6 質量控制

6.1 質量管理措施

（1）鉆孔前進行測量放線，并用紅油漆標明開孔孔位，完成后必須向現場技術人員進行交底。

（2）對周邊孔的孔距、孔徑、孔向和孔深偏差等進行控制。嚴格三檢制，驗收合格后，需對孔口進行保護。

（3）加強裝藥結構、聯網質量控制。

6.2 技術措施

（1）成立專門的技術小組，按工序編制施工作業指導書，并進行詳細的技術交底。

（2）加強過程中的技術指導，及時解決存在的問題。

（3）及時進行數據收集和質量評價。

7 安全措施

施工現場必須認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，堅持“管生產，必須管安全”的原則。建立安全管理生產責任制，積極做好安全工作。

（1）建立健全安全保證體系、安全監督體系，制定完善的安全管理規章制度。

（2）加強安全管理與教育，建立并認真執行安全交底制度，班前安全活動制度，提高全員安全素質。

（3）高空作業必須按要求佩帶安全帶，嚴禁上下同時作業，嚴禁高空往下拋物，患有高血壓、貧血、恐高癥以及不適宜高處作業病癥的人員，不得從事高處作業。

（4）做好不良地質段安全監測工作，搞好地質預報，警惕異常情況，并事先做好應急措施。

（5）鉆機、設備移位要定人指揮，鋼絲繩要有足夠的強度和吊裝穩固，起吊時要先檢查后移位。

（6）建立嚴格的安全檢查制度，設立專職安全員，爆破作業經安全員簽字后方可進行。參與爆破作業的人員必須按國家和相關行業標準進行考核，持證上崗。

（7）爆破作業嚴格按照現行《國家安全規程》有關規定執行，采用非電起爆網絡。加強爆破器材監管，對爆破器材的提領發放和回庫進行清點等級，防止爆破器材丟失。

（8）制定爆破施工管理措施，統一爆破時間，同時做好安全警戒等措施。

（9）做好隧洞爆破的安全警戒措施，1#、2#矩形漸變段、閘門井、尾水隧洞爆破前，必須通知相鄰標段人員撤離，在相鄰標段人員撤離爆破影響區域后才可進行隧洞爆破。

（10）進行合理爆破設計并嚴格執行，防止飛石及爆破振動引起的危害。

（11）施工期間嚴格遵守安全用電操作規程。所有施工人員必須掌握安全用電基本知識及所用設備性能，嚴禁非專業人員操作電器設備。施工現場用電設備設置漏電保護裝置，定期檢查，發現問題及時解決。

（12）為確保施工安全工作處于有效管理狀態，必須定期檢查項目的領導和施工人員對安全生產制度、安全崗位責任制的掌握情況及安全意識。

（13）爆破后及時進行危石及碎塊處理。

（14）開展施工期變形監測工作，掌握圍巖變化狀態。

8 結 論

大斷面閘后漸變段開挖爆破施工技術在工程中的成功應用，節約了施工成本，確保了施工安全，保證了施工質量，被評為開挖樣板工程，同時取得了良好的經濟效益和社會效益，為類似工程的施工積累了經驗。

收稿日期：2018-3-15