南俄4水電站引水隧洞針對不同圍巖的開挖施工工藝

黃治煥

摘要：引水隧洞總長16479.1m，縱坡采用i=0.2%/0.6%;壓力鋼管段總長1031.31m縱坡采用i=5%/10%。其中Ⅱ、Ⅲ₁ 類圍巖占比50%，Ⅲ₂、Ⅳ、Ⅴ類圍巖占比50%。本文就不同巖層，探討隧洞開挖過程中的施工工藝及重難點。

關鍵詞：圍巖;開挖;爆破;施工工藝

1.概況

南俄4水電站位于老撾南俄河上游川壙省境內，壩址距離首都萬象公路里程約371km。南俄4水電站為引水式開發，主要包括大壩、引水隧洞、發電廠房等相關建筑。

2.開挖施工方法

2.1 洞身段開挖

2.1.1 施工工藝及作業措施

2.1.1.1 Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖開挖工藝作業措施

洞室Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖開挖施工工藝如下圖。

（1）開挖準備：洞內風、水、電就緒，施工人員、機具準備就位。

（2）測量放線：測量作業由專業人員實施，每排炮后進行設計規格線測放，在掌子面上畫出隧洞中線、輪廓線，并按爆破設計進行布孔。每個月進行一次洞軸線及坡度的全面檢查、復測，確保測量控制工序質量。

（3）鉆孔作業：由熟練的鉆工嚴格按照設計鉆爆設計圖進行鉆孔作業。各風鉆手分區、分部位定人定位施鉆，實行嚴格的鉆手作業質量經濟責任制。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進行檢查。周邊孔及掏槽孔的偏差不得大于5cm，其它炮孔孔位偏差不得大于10cm。炮孔的孔底應落在爆破設計圖規定的平面上。

（4）裝藥爆破：爆破工在造孔臺車裝藥平臺上按鉆爆設計參數裝藥，爆破孔采用φ32mm藥卷進行裝藥，孔口均用砂袋或爆破泥堵塞嚴實。裝藥完成后，由技術員和專業爆破工分區分片檢查，聯結爆破網路，撤退工作面設備、材料至安全位置，非電毫秒雷管引爆，周邊光面齊爆。

（5）通風散煙及除塵：爆破后利用洞內通風系統進行排煙，爆破散煙結束后，對開挖面爆破渣堆灑水除塵。

（6）安全處理：爆破通風排煙后，采用小挖機或人工清除掌子面及邊墻、頂拱上的浮石和松石，保證出渣和下一循環施工安全。巖面破碎洞段可先噴一層5cm厚混凝土。出渣后再次進行安全檢查及處理。

（7）出渣及清底

洞室采用側卸式裝載機配自卸汽車出碴出渣完畢后人工配合清理底板工作面的積渣并整平，為下一循環鉆爆作業做好準備。

2.1.1.2 Ⅲ₂、Ⅳ類圍巖洞段開挖工藝作業措施

對于地下洞室Ⅲ₂、Ⅳ類圍巖，除按照Ⅲ₁類圍巖施工工藝和方法施工外，還需要采取以下措施：

（1）鉆爆作業：按照“短進尺、弱爆破、少擾動”的原則施工。開挖按淺孔、小藥量、多循環鉆爆，鉆爆循環進尺1.5m～2.0左右，初期支護及時緊跟。

（2）施工監測：成洞后，布置觀測點對圍巖進行變形測量，通過勤量測，及時反饋信息，指導開挖支護施工，確保成洞穩定和施工安全。

2.1.1.3 Ⅴ類圍巖及不良地質段開挖工藝作業措施

對于地下洞室Ⅴ類圍巖和層間錯動帶、斷層破碎帶、軟弱夾層等不良地質段開挖，除按照Ⅲ₁類圍巖施工工藝和方法施工外，還需要采取以下措施：

（1）地質探察：在開挖過程中，加強地質跟蹤及預測，若有必要，可采取超前導洞摸清圍巖性狀，以便采取恰當的施工程序及措施，保證圍巖穩定。

（2）超前支護：開挖鉆孔前，根據設計圖紙、現場地質需要，采用超前錨桿、小導管預注漿等措施進行預支護加固，增強圍巖自穩能力。

（3）鉆爆作業：按照“短進尺、弱爆破、少擾動”的原則施工。開挖按淺孔、小藥量、多循環鉆爆，鉆爆循環進尺1.0m～1.5m左右。

（4）圍巖支護：鉆爆后暫不出渣，經安全處理、平渣后，立即對邊墻上部及頂拱進行一次支護，采用5cm厚素噴混凝土進行初支護，防止圍巖掉塊等，保證施工安全;初支護后再進行出渣，出渣完成即可進行砂漿錨桿、掛網鋼筋、鋼支撐的安裝施工，噴混凝土至設計厚度，形成柔性封閉環，確保圍巖穩定。

（5）透水處理：遇到透水層，則需根據透水情況進行集中或分散引排的方式。若存在局部涌水透水，則在涌水位置預埋孔徑符合要求的排水管，并用混凝土進行封堵;若滲水量小而面積大則需根據實際情況，適量進行超挖，澆筑一層蓋板混凝土，并進行固結灌漿處理，降低滲透性或形成帷幕阻水。

（6）超前灌漿：對于卸荷嚴重地帶，采用超前灌漿的方法進行施工，超前灌漿的范圍、布孔、灌漿材料、灌漿壓力及工藝要求等需要進行專項設計，超前灌漿后的開挖，采取“短進尺、弱爆破、快支護、早襯砌、勤監測”的原則進行。

（7）施工監測：成洞后，布置觀測點對圍巖進行變形測量，通過勤量測，及時反饋信息，指導開挖支護施工，確保成洞穩定和施工安全。

（8）混凝土跟進襯砌（若有必要）：通過變形監測，如發現局部圍巖變形速率急增，采取一次支護措施后尚不能滿足穩定要求時，進行邊、頂拱鋼筋混凝土襯砌。

地下洞室Ⅳ、Ⅴ類圍巖及不良地質段開挖施工工藝見下圖。

圖 ?Ⅳ、Ⅴ類圍巖及不良地質段施工工藝流程圖

2.1.2 施工方法

引水隧洞開挖采用YT-28手風鉆鉆孔，分層開挖（底部分層1.8m）、中部掏槽、周邊光面爆破的施工方法。掏槽采用直孔或楔形掏槽，掏槽孔一般超深崩落孔20～30cm。Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖開挖循環進尺2.5～2.8m，Ⅲ₂、Ⅳ類圍巖開挖循環進尺1.5m～2.0m，Ⅴ類圍巖開挖循環進尺1.0m～1.5m。

不同圍巖段典型開挖循環作業時間如表所示。

開挖循環進尺1.0m～1.5m，月進尺50m～70m。

2.1.3 爆破設計

引水隧洞采用孔眼法爆破，爆破孔分為掏槽孔、崩落孔和周邊孔。

（1）掏槽

楔形掏槽一般由4至6對、角度55°～70°對稱布置的炮孔組成。孔距50mm～100mm，孔底距離控制在100mm左右，同時爆破，從孔底開始迅速撕裂，集中拋出。

（2）爆破參數

1）炮孔孔徑

開挖施工中，采用氣腿式手風鉆鉆孔，孔徑一般是42mm。

2）炮孔深度

炮孔深度決定循環進尺，Ⅱ、Ⅲ₁類圍巖炮孔深度為洞室0.45～0.55倍寬度，Ⅳ、Ⅴ類圍巖炮孔深度0.8～1.8m。

3）炮孔數目

炮孔數目可按以下經驗公式進行估算：

N=3.3

N——炮眼數目

f——巖石堅固性系數

S——隧洞斷面面積，m²

4）炸藥單耗

確定炸藥單耗依據以下經驗公式確定：

經驗公式1：q=1.1K₀

q——炸藥單耗，kg/m³

f——巖石堅固性系數

S——隧洞斷面m²

K₀——炸藥作功能力的校正系數，K₀=525/P

P——所用炸藥的作功能力，ml。

經驗公式2：q=14/S+a

a——修正系數，取0.6～0.8，炮孔偏差小取小值

S——隧洞斷面，4≤S≤100，m²

5）單孔裝藥量

確定單耗，根據循環進尺和斷面面積算出單循環爆破總裝藥量，然后根據掏槽孔、崩落孔、控制光爆層的崩落孔和周邊孔進行藥量分配，每孔裝藥量的比例按4：3：2：1分配。

（3）炮孔孔距和裝藥系數

1）掏槽孔

斜孔掏槽，尤其是楔形掏槽，每孔裝藥系數為0.4～0.6（裝藥系數為裝藥長度與炮孔長度之比）;直孔掏槽，每孔裝藥系數為0.7～0.8。

2）崩落孔

①輔助擴槽孔（輔助孔）

掏槽孔以外布置輔助孔進行擴槽，輔助孔的個數為4～6個（軟巖取小值，硬巖取大值）;輔助孔的孔距一般與主掏槽孔對應，裝藥系數為0.5～0.6（軟巖取小值，硬巖取大值）。

②主崩落孔（輔助擴槽孔與輔助崩落孔之間區域的崩落孔）

主崩落孔排距一般為600～900mm（硬巖取小值，軟巖取大值），主崩落孔孔距一般為650～1200mm（硬巖取小值，軟巖取大值）。裝藥系數為0.4～0.55（軟巖取小值，硬巖取大值）。

3）緩沖孔

緩沖孔是確保光爆層厚度，其裝藥量和周邊孔裝藥量的比值一般有“三比一”的規律，裝藥量為150～600g/m。其排距（抵抗線值）為500～600mm（硬巖取小值，軟巖取大值），孔距略大于排距，一般為550～650（硬巖取小值，軟巖取大值）。

4）周邊孔

周邊孔的抵抗線值一般為400～600mm（硬巖取小值、軟巖取大值），周邊孔孔距為350～500mm（軟巖取小值，硬巖取大值）。炮眼密集系數，硬巖取值為0.8～1.0、軟巖取值0.6～0.7。光爆孔裝藥量一般為：硬巖150～250g/m;中硬巖100～150g/m;軟巖50～100g/m。

（4）裝藥結構及起爆順序

開挖掏槽孔、崩落孔主要采用連續、偶合、方向起爆裝藥結構，周邊孔采用間隔不偶合裝藥。炮孔堵塞一般采用鉆孔巖屑、黃泥，采用木棍堵塞。

掌子面的炮孔應按掏槽孔、崩落孔（輔助擴槽孔、主崩落孔）、緩沖孔、周邊孔（邊孔、頂孔、底孔）的先后順序起爆。

2.1.4 爆破試驗

在進行引水隧洞開挖前，應在各支洞進行爆破試驗，以選擇爆破材料和爆破參數。

2.1.4.1 試驗目的

取得適合本工程地下洞室開挖的鉆爆參數，以指導現場施工;了解爆破對非開挖區巖體的破壞情況和范圍;了解爆破對相鄰建筑物的影響程度、爆破松動圈破壞范圍。

2.1.4.2 試驗內容

爆破試驗內容包括：

1）爆破材料性能的試驗檢測和材料選擇;

2）爆破參數選擇試驗;

3）爆破效果檢測;

4）爆破對相鄰洞室、噴錨區及已建臨近建筑物的影響。

2.2 開挖渣料運輸

洞室開挖渣料就近運往指定棄渣場。

參考文獻

[1]《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》DL/T5389-2007;

[2]《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》DL/T5099-2011;

[3]《水電水利工程爆破施工技術規范》DL/T5135-2013;

[4]《水電水利工程施工測量規范》DL/T5173-2012;

[5]《爆破安全規程》GB6722-2014;