淺談水工隧洞無壓段洞室開挖施工方法

趙文庫 楊平金

（1.云南能投緣達建設集團有限公司 云南昆明 650000 2.隆陽區中小型水庫工程管理中心 云南保山 678000）

1 基本概況

某輸水隧洞全長2010.00m。其中：有壓段長70.0m，設計坡降1/500，采用D=1.8m的圓形斷面。無壓洞段長1881.50m，設計坡降1/500，采用城門洞型斷面，其斷面尺寸為1.5×1.8m。豎井高38.00m，豎井斷面為矩型，其外型尺寸為5.83×3.6m，內設檢修閘、工作閘各一道，豎井頂部設啟閉機室，為二層框架結構，閘門漸變段后設消力池，池長22.00m，寬1.5m，池深1.5m。

2 洞室開挖

開挖采用鉆爆法施工，施工中宜用小炮爆破，爆破后應及時支護，由于隧洞斷面較小且采用全斷面掘進，中心直眼掏槽，周邊光面爆破，YT-28型風鉆鉆孔，人工裝藥，非電毫秒雷管起爆，乳化炸藥爆破，進、出口兩個工作面同時進行，每個工作面布置一臺風鉆進行鉆孔，每一作業班為12h，每天兩個作業循環，每個工作面每循環進尺為2～2.5m。對隧洞圍巖地質條件較差的地段采用的超前錨桿、隨機錨桿、內移周邊孔、小進尺、弱爆破、多循環、及時支撐的施工方法。

洞室開挖循環施工順序為：

測量放線→鉆具就位→鉆孔→裝藥爆破→排煙→排險→出碴清底，單一工作面洞室開挖作業循環時間，見表1。

表1 單一作業面開挖作業循環時間

2.1 布孔、鉆孔供風及裝藥起爆

布孔前，在開挖斷面上測出中線和水平線，再按設計在斷面巖石上標出孔口位置，鉆孔時為保證孔間距、炮眼的方向等，將用炮棍定向法控制鉆孔，即每打完一個炮眼，就插一要筆直的木質炮棍，作為相鄰炮眼的方向。嚴格控制周邊孔的上插角和外插不大于2°。掏槽孔布置開挖斷面的中部或中下部，在單一工作面布置4～6個，孔深1.5～2.0m；間距20cm左右，周邊孔布置在斷面邊緣，孔深約為2.0m；崩塌孔采用水平直線炮孔鉆鑿，大致與周邊孔交三角形狀，布孔數量視地質情況設定，一般情況，炮眼布置見圖1。

鉆孔供風：本工程兩個工作面，進口及出口工作面時同開工，每個工作面配備兩臺氣腿式鑿巖機，用兩臺10m3/min的空壓機供風，采用直徑10cm鋼管引至各施工點，再用膠管引接，供風管沿洞壁下沿平行洞軸線布置，直至施工點。在鋪設時，注意平順，接頭密封防漏風。

裝藥：首先要定雷管段別，炮眼名稱、數量按鉆爆參數、設計藥量規定裝藥，光面爆破采用的裝藥結構見表2。

圖1 炮眼布置

表2 開挖鉆爆參數

起爆：各爆孔裝藥聯接好后開始起爆，起爆順序為：掏槽孔→崩塌孔→底板孔→周邊孔。欠挖及洞身局部修鑿：采用風槍修整。

圖2 眼裝藥結構

圖3 起爆

2.2 通風排煙、除塵

在隧洞進口和出口各安裝112型單項射流式風機（30kW、通風量1830m3/min），功率30kW出口直徑為300mm。送風采用300mmPVC管接到距掌子面約40m。風機安裝距洞門有一定的距離，一般在10m左右，架高約2.5m，以保證進風口置于新鮮空氣中。風管靠拱頂側吊設，保證風管接頭嚴密，避免車刮跑崩，防止漏風或盡量減少漏風。同時，在風管安裝必須做到平、順、直、緊、硬，以減少通風管的局部阻力。由于隧洞長，風機供風不能滿足施工要求，在洞內串聯一臺相同功率的風機接力供風；在洞內布置一臺相同功率抽風機，使洞內空氣循環流動，確保掌子面有新鮮空氣，做到快速排煙。

除塵，在隧洞施工中采取綜合性的防塵措施，利用濕式鑿巖，機械通風，爆破后噴霧灑水和個人防護相結合，綜合防塵。

2.3 排險

由專業爆破人員確認起爆成功后解除警戒，或對瞎炮進行處理確認安全后，安全人員進入現場人工撬除邊頂松、危石塊，觀察圍巖情況。

2.4 隧洞出碴

在洞室爆破開挖施工中，出碴工作也是關鍵環節，能否做到快速出碴，對施工工期起著決定性作用。水工隧洞開挖斷面小，隧洞較長，挖機、裝載機和自卸汽等設備無法使用，本工程采用LDZ80D履帶式扒渣機裝和拖拉機運輸，隧洞每掘進100m就設置錯車道，能夠保證快速出渣。

2.5 開挖支護

在開挖過程中，由于地質巖石風化破碎、節理、裂隙發育，若施工方法不當，可能造成坍塌、掉頂，要預先把鋼支撐、拱架按設計斷面的尺寸制作好，一旦出現塌方，按“短開挖、弱爆破、強支撐”的原則及時處理。在支撐進程中，認真細致檢查，預防為主，利用“看、聽、量、問”的四字方法。在軟弱破碎地帶的圍巖穩定要進行監測，遇有危險情況，要及時增強鋼支撐拱架或采取其他加強措施。若出現局部地質突變，用鋼支護無法保證安全，無法繼續掘進時，及時與監理人及業主商定，采用襯砌或其他方式支護。

本工程Ⅰ類、Ⅱ類圍巖主要采用掛鋼筋網噴護15cm或隨機錨桿，Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類圍巖采用鋼支撐管棚支護，鋼支撐的間距根據現場情況確定，支護標準斷面見圖4。

圖4 輸水隧洞鋼支撐臨時支護標準斷面

3 施工用電與照明

施工動力用電和照明，使用業主架設好的電力系統供電，施工過程中，根據現場情況再布設至各施工區和生活區。防止停電，影響施工，配備一臺50kW發電機作應急電源。洞內動力用電與照明低壓線路分開架設，洞內照明采用220V照明，并且每隔150m，設置一個漏電保護裝置。掌子面采用36V低壓照明，動力線路應使用絕緣良好的電纜固定在洞內一側，嚴禁使用裸線且每一臺設備配置一個漏電保護裝置確保施工安全，安排專業電工定期檢查。

4 排水

本工程隧洞洞身長，在進口工作面向下游掘進的工作面分段設置集水坑，用潛水泵抽水泵出口處設止回閥。抽水泵可用電子浮漂自動控制，當水面上升時就會自動抽水。隧洞出口沿隧洞洞軸線位置開挖一條規格為30cm×30cm的排水溝，讓地下水自然流至洞外。

5 結束語

由于每一個工程隧洞的施工方法受所實施的工程狀況、環境、地質、圍巖等不同情況的影響，則其具體的施工方法也會有所不同，所以在具體的工程施工時，應結合具體的情況和施工能力形成具體的施工方法，提高施工水平。事實證明，該工程施工方法切實可行，實現快速通風、快速出渣，確保工程安全貫通。