引水隧洞工程中的小斷面快速掘進施工工藝

杜貴正 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司

引水隧洞指的是從水源地引水的一種水工隧洞，是水利工程的一項重要輔助建筑。加強對其小斷面快速掘進施工工藝的探索，對于引水隧道工程的整體發展有著積極的促進作用，施工團隊應選擇合理的施工設備、布設方式以及對應的施工技術，實現小斷面的快速掘進。

1.工程概況

以樟嫩梓水庫及供水工程中的樟嶺隧洞、導流洞和上壩交通洞為例，探究引水隧洞工程中的小斷面快速掘進施工工藝。樟嶺隧洞進水口位于大壩右岸上游，在壩軸線下游隧洞軸線上設豎井式進水口及事故檢修閘門，豎井中心線位于隧洞樁號引0+149.65m位置，豎井采用異形結構布置，雙層取水，最大開挖尺寸9.55m×9.30m×64.20m。隧洞進口處設固定式混凝土攔污柵，進口底高程524.00m，豎井上部檢修平臺高程587.00m，隧洞全長約5.05km，開挖斷面為城門洞型，底寬2.70m，高2.70 m，襯后斷面為圓形，洞徑1.80m。在引0+753m樁號設有1#施工支洞，支洞長298m，開挖段面5.5m×5.5m。

2.施工準備工作

根據上述工程概況，應引進先進的掘進施工技術，并結合新材料、新工藝為小斷面快速掘進奠定堅實的基礎。

2.1 合理選擇施工設備

由于小斷面寬度、跨徑以及面積較小，大件設備難以進入，因此很多時候會選擇人工出渣以及小型拖拉機運輸的形式，掘進設備應選擇一些中小型設備，以下細致描述：

2.1.1 空壓機的布置以及供風方式

在樟嶺隧洞進口、出口、1#支洞、2#支洞口各布置1臺20m3空壓機，在導流洞和上壩交通洞施工工作面附近各布置1臺20m3空壓機，并將1臺移動式空壓機布置在2#支洞用于應急。

隧洞內進行供風時選擇DN3寸風管，從干管分支管通向用風機具。在引水隧洞的施工過程中使其各個壓風站有著不同的供風強度，隨著開挖強度的變化而轉移。引水隧洞單頭掘進在2.5km左右，風壓在距供風站1.5km時降壓較嚴重，所以當隧洞掘進至1.2km時增設一避車道，其空間尺寸高2.7m、長3m、寬2m。根據行業標準，空壓機在布設時預留不低于200m的爆破距離。

2.1.2 通風設備的選擇

按照施工中減少管內風速與風壓損失的要求，通風管選擇高強度聚酯合成材料的風管，其百米漏風率控制在1%以內，磨阻系數控制在0.018，由風管送風。

（1）交通洞與導流洞設備選型與通風布置。導流洞通風設備參數為1000m3/min的風量、2300Pa的風壓、1×55kW的功率。在導流洞洞口布置軸流風機，把φ1000mm軟風管用于正壓供風。交通洞通風設備參數為1000m3/min的風量、4200Pa的風壓、2×55kW的功率。在導流洞洞口布置軸流風機，把φ1000mm軟風管用于正壓供風。

（2）樟嶺隧洞上游段及1#支洞設備選型與通風布置。樟嶺隧洞1#支洞上游段1062 m設備參數為260m3/min的風量、1800Pa的風壓、2×11kW的功率，在1#支洞洞口右側布置軸流風機，把φ600mm軟風管用于正壓供風。樟嶺隧洞1#支洞上游段2107m設備參數為260m3/min風量，3900Pa的風壓，3×11kW的功率，在1#支洞洞口左側布置軸流風機，把φ600mm軟風管用于正壓供風。樟嶺隧洞出口段上游側2500m設備參數為260m3/min的風量、4750Pa的風壓、3×11kW的功率。樟嶺隧洞出口布置軸流風機，φ600mm軟風管用于正壓供風。

（3）通風管安裝。風管間通過拉鏈連接，借助鎖扣固定風管。風管上每隔3.0m有1道加固索和1個鎖扣，有助于順直風管，減少風流阻力。對于壓入式通風，主風機原則上安裝在距離洞口＞10m、并有一定凈空高度的支架位置上。風機前后5m范圍內不得堆放雜物，風機進氣口設置鐵箅，并裝有保險裝置，當發生故障時能自動停機。

2.2 施工供水與排水安排

2.2.1 施工供水

工作面附近均有豐富的水源，經水泵抽至水池即可。

2.2.2 施工排水

（1）洞外明排：各個工作面皆沿隧洞進出口邊坡挖截水溝，堵截引排洞臉地表水。截水溝斷面呈倒梯形，底寬50cm、上寬70cm、深50cm。

（2）洞內排水：洞內反坡掘進時，在隧洞一側設置排水坑，間隔300 m 左右設置深80 cm、長150cm、寬80cm的水坑，可通過水泵將水排出，由在主支洞交叉處挖掘集水坑集中處理各個水泵排出的水。隧道正坡掘進時在隧洞一側設置排水坑，排出的水會自動進入集水坑中，再排出洞外。

（3）支洞與主洞間排水：主洞與支洞間設置集水坑，考慮電機維護、漏電保護、水泵更換、滲水量等各種狀況，收集主洞滲漏水。集水坑內安排4臺7.5kW的離心潛水泵，其中一臺用于排出積水，一臺用于備用，在水泵頭部安裝止回閥，防治水倒流。排水管路應用φ108鋼管，接頭處通過法蘭連接，在主洞與支洞管路中間區域增設一臺增壓泵用于提升水流壓力。

3.小斷面快速掘進施工工藝的應用

施工設備選擇和施工供水與排水安排的合理性是保證施工順利的基礎，而施工技術方面，可選擇新奧法實現小斷面的快速掘進。

圍巖的類型不同，所采取的施工工序有著較大不同，比如Ⅱ類、Ⅲ類圍巖洞，其需遵循“測量放線與布孔→鉆爆→出碴→臨時支護→下一循環開挖、支護→永久支護”的施工工藝；而對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞，遵循“超前支護→測量放線、布孔→鉆爆→一次臨時支護→出碴→二次支護→下一循環開挖、支護”的施工工序。

4.引水隧洞開挖方法

首先在支洞邊坡土石方進行明挖、支護以及支洞口的鎖口，其后在施工支洞與引水隧洞交叉段開挖與支護，最后在引水隧洞上下游位置開挖。

引水隧洞形狀如城門洞型，開挖時高度與寬度皆可設定為2.7m，應用全斷面光面的形式實施爆破，在開挖Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段時，遵循設計方案來布錨桿→鋼筋網→鋼拱架→噴射混凝土。開挖按照光面爆破要求進行，鉆孔時選擇YT-28氣腿鉆，以直線掏槽的形式掏槽孔，且在槽孔中心鉆出42mm裝藥孔，在藥孔周邊10cm內再打5只直徑為2mm孔，但不需要裝藥，達到改善掏槽效果的目的即可。

4.1 施工控制

在隧道開挖過程中控制好施工方法，以此保障引水隧洞順利開挖，使得爆破、布孔、鉆孔、裝藥、填塞、聯線起爆、爆后檢查、開挖面排險有序進行。

4.2 引水隧洞鉆孔與爆破設計

首先明確斷面參數，如斷面面積為6.5m2，開挖寬度和高度皆為2.7m，以此為基礎確定合理的爆破參數。參數主要包含炮孔直徑、掏槽孔深度、輔助孔深度、周邊以及底板孔深度、光面參數、單位炸藥單耗量、炮孔數目；其后根據斷面的實際狀況制定引水隧洞斷面掘進爆破參數表，明確掏槽眼、輔助眼、周邊眼、底眼的炮眼以及粉狀乳化、粉狀乳化、小藥卷、粉狀乳化的裝藥量、裝藥長度等。

4.3 布置炮孔與爆破網絡

在設計隧道爆破網絡時主要應用孔內延的方式，孔外主要應用瞬發非電雷管分區簇聯，每簇控制在20發內。隧道口段網路聯接過程中由于與其他建筑物的距離有著一定差異，因此通過科學的計算來控制最大單響藥量，使爆破震動在規定范圍內，必要時進行試點爆破以確保安全。

5.結語

綜上所述，探索以及實施引水隧洞工程中的小斷面快速掘進施工工藝，對于提升整體的引水隧洞施工效率有著積極的意義，建筑單位需給予足夠的重視，從而實現該技術的合理應用。