隧道下穿風力發電機組施工技術研究

摘要 文章旨在深入研究隧道下穿風力發電機組施工技術的相關問題，首先分析了隧道下穿風力發電機組施工的相對位置關系，闡述了施工過程中的關鍵技術要點和難點；隨后，結合工程實例，詳細介紹了隧道下穿風力發電機組的設計方案，并結合項目實際詳細分析了Ⅴ級圍巖一般段、Ⅳ級圍巖段采用二臺階法爆破的開挖方案。研究結果表明，所提的施工技術方案在保障施工安全、提高施工效率、保證施工質量等方面具有顯著優勢，研究成果不僅為類似工程提供了有益的參考，也具有一定的應用和參考價值。

關鍵詞 隧道施工；風力發電機組；下穿技術；施工技術

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 B 文章編號 2096-8949（2025）05-0134-03

0 引言

在隧道的建設過程中，尤其在山區等復雜地形條件下，往往面臨著諸多技術挑戰。隧道下穿風力發電機組施工技術作為一種新型的施工技術問題，面臨較大的施工難度及技術控制難點。

近年來，國內外學者對隧道施工技術進行了廣泛研究，取得了一系列重要成果。然而，對于隧道下穿風力發電機組這一特殊施工場景的研究則相對較少，尚未形成一套成熟、系統的施工技術方案。因此，該文旨在深入研究隧道下穿風力發電機組施工技術的關鍵問題，提出一套高效、安全的施工技術方案，為類似工程提供理論支持和技術指導。

1 隧道爆破施工基本概念

隧道爆破施工的基本原理主要基于巖石力學和爆炸力學。巖石力學原理關注巖石在爆破作用下的破碎機理和應力分布規律，為爆破參數的確定提供依據。而爆炸力學原理則研究炸藥爆炸過程中能量的釋放與傳遞規律，以及爆炸波對巖石的破碎作用[1]。

2 隧道下穿風力發電機組施工技術研究

2.1 項目概況

2.1.1 隧道概況

G4216線寧南至攀枝花段蔡家坪隧道位于鹽邊縣紅格鎮金河村一帶，隧道頂部最大埋深約98.40 m。隧址區為構造剝蝕低中山地貌，隧道穿越山脊，洞身段地形中部高，而進出口地形較低，地形整體起伏較大，為越嶺隧道。

2.1.2 風力發電機組概況

18#風力發電機機型為DFFD116，機組包括塔筒總重量為336 t，輪轂中心高度為80 m，允許垂直偏差值為3 mm/m。風力發電機組基礎采用重力式圓盤基礎，承臺直徑為20 m，基礎埋深3.4 m。

2.2 隧道風力發電機組相對位置關系及要求

2.2.1 隧道風力發電機組相對位置關系

G4216線寧南至攀枝花段蔡家坪隧道下穿18#風力發電機組，下穿段隧道埋深80 m。18#風力發電機組位于隧道ZK421+260左側70 m（距左側測量線），發電機組基礎高程為1 366 m，隧道設計高程為1 242 m，高差為124 m。

2.2.2 風力發電機組對下穿的要求

（1）風力發電機組的地基基礎沉降要求：不均勻沉降小于3 mm/m。

（2）風機運行時的自振頻率、振動加速度要求：風機運行時自振頻率為3.1～3.3 Hz之間，為不影響隧道的正常運行，隧道開挖對風力發電機組基礎的振動應不超過0.06 g。

2.3 隧道下穿風力發電機組設計方案

（1）開挖工法

因風力發電機組對爆破震動異常敏感，為降低隧道爆破開挖對風力發電機組基礎的振動，隧道部分段落采用機械開挖，部分段落采用控制爆破開挖。

1）機械開挖段落：在距風機基礎200 m范圍內采用機械開挖；在距風機基礎200～300 m范圍內采用控制爆破。

2）每循環開挖進尺：機械開挖及控制爆破根據掌子面圍巖實際情況，采用上下臺階預留核心土（上下臺階法）開挖，控制爆破應盡可能使主體爆破有較多的臨空面，上臺階每循環進尺不宜超過1榀鋼架的間距，使得每次爆破規模盡量小。

3）采用低爆速、小直徑炸藥，如直徑為20 mm或25 mm的光面爆破專用炸藥。

4）掏槽炮眼的布置采用楔形掏槽，在楔形體中增打中空眼，掏槽眼應盡量布置在開挖面底部。當有足夠多段數雷管時，掏槽可分層分次起爆，最大限度地使掏槽區炮眼的最大共用裝藥量減少，降低振動烈度。

（2）監控量測

1）沉降觀測

根據風機產權單位提供的參數要求，風機允許垂直偏差3 mm。隧道施工過程中應在風機基礎上設置4～6個監控點，采用高精度全站儀及精密水準儀進行量測，量測精度為±1 mm，2次/d。

2）振動監控

在施工過程中應對爆破振動進行觀測，在風力發電機組基礎上埋點，實時監測爆破的振動速度。

監測時長：振動監測應貫穿整個隧道的開挖時段。

監測頻率：每次爆破必須計量爆破的振動速度，并對相關數據進行保留備案。

在監測過程中，若發現隧道爆破開挖對風力發電機組基礎的振動速度大于0.588 mm/s，應立即上報，以便對控制爆破方案進行必要的調整。

（3）爆破振動分析

蔡家坪隧道最近的風力發電機基座距隧道頂部的垂直距離為124 m，在爆破振動校核時，主要考慮風力發電機基座的爆破振動速度，根據式（1）可計算出風機的振幅：

（1）

式中，X——最大振動位移（cm），即位移振幅的最大值；a——振動加速度（g），該項目取值為0.06 g；f——振動頻率（Hz），自然地震頻率取3Hz。

根據式（1）可計算得出，=0.17 mm（0.017 cm）。

從而計算得出，地震工況下所引起的最大允許位移為0.17 mm。

根據式（2）可以計算出爆破工況下風機允許的振動速度。

V基座= 2·π·f爆破·X （2）

式中，V基座——基座的爆破振動速度（cm/s）；X——最大振動位移（cm）；f爆破——爆破振動頻率（Hz），根據規程，地下淺孔爆破振動頻率取50 Hz。

根據式（2）計算得出，V基座= 2×3.14×50×0.017 =5.34cm/s。

為安全起見，風力發電機基座的爆破振動速度按不大于1.0 cm/s進行控制。

2.4 隧道下穿風力發電機組施工方案

蔡家坪隧道Ⅴ級圍巖一般段、Ⅳ級圍巖段主要采用二臺階法爆破開挖。Ⅴ級圍巖軟弱段采用二臺階預留核心土法爆破開挖。該文主要對Ⅴ級圍巖一般段、Ⅳ級圍巖段采用二臺階法爆破的開挖方案進行介紹。

采用上下臺階法施工。上下臺階開挖法是將隧道設計斷面自上而下分為兩個臺階開挖，為方便隧道施工，避免爆破時飛石對開挖臺架造成破壞，上臺階長度控制在15 m，施工過程中上下臺階可采取同時并進開挖的施工方法。

2.4.1 上臺階掘進爆破施工方案

（1）炮孔布置

根據爆破設計數據對上臺階斷面進行炮孔布置，掏槽孔長2.84 m，與掌子面夾角51°，擴槽孔長2.54 m，與掌子面夾角60°，掏槽孔與擴槽孔的間距按0.4 m布置。掏槽孔與擴槽孔均從底板以上0.8 m處開始布置，沿鉛垂面方向為孔距，水平方向為排距[2]。

掘進孔與隧道周邊圓弧平行布置，孔距為1.2 m，前后排的排距為0.8 m，孔深2.0 m；所有掘進孔垂直于掌子面鉆進。與周邊光面爆破孔相鄰的掘進孔，應布置在開挖邊界以內0.7 m處，以保證與周邊光面爆破的最小抵抗線相等。

底板孔布置在上臺階底板的開挖邊界上，孔距為1.2 m，孔底落于開挖底板下方10 cm處，兩側與邊墻相接的炮孔應按照周邊光爆孔的要求鉆進。

（2）起爆網絡設計

蔡家坪隧道掘進爆破的起爆順序如下：中間掏槽孔—擴槽孔—掘進孔1—掘進孔2、3—掘進孔4—底板孔—光爆孔。

整個掌子面的所有炮孔，均采用電子雷管同次起爆，孔內延時。每孔內裝1發電子雷管，且采用正向起爆。

（3）爆破設計參數

蔡家坪隧道掘進爆破掏槽孔、掘進孔、周邊孔應根據設計規范，計算確定爆破的設計參數，具體如表1所示：

導爆索用量為39×2.4=93.6 m。

2.4.2 下臺階拉槽爆破施工方案

（1）炮孔布置

下臺階拉槽爆破主爆孔采用水平布置，孔深2.2 m，孔距為1.0～1.6 m。邊墻兩邊與開挖邊界鄰接的主爆孔距邊界0.7 m。

邊墻周邊孔沿底板向上，沿開挖邊界內側5 cm為準開始布置，其鉆孔角度與掌子面夾角約為2°，即向外傾斜。孔底落在開挖邊界上，底板孔沿開挖底板布置，向下傾斜。底板與周邊開挖交接處必須布置炮孔，該孔按照底板孔進行裝藥，但與周邊孔同段起爆[3]。

（2）起爆網路設計

下臺階的起爆順序如下：上排主爆孔—下排主爆孔—底板孔—光爆孔，同排炮孔同時起爆。所有雷管全用電子雷管延時。最后一段起爆周邊孔的主傳導安全導爆索。

（3）爆破設計參數

蔡家坪隧道下臺階拉槽爆破的主要爆破參數如表2所示：

導爆索用量為12×2.6=31.2 m。

2.4.3 仰拱開挖爆破施工方案

（1）炮孔布置

仰拱開挖爆破采用水平布置，孔深2.2 m。地板孔沿開挖底板布置，向下3°。

（2）炮孔直徑

仰拱開挖爆破的炮孔為40 mm。

（3）主炮孔（底板孔）爆破參數

主炮孔孔距與排距：設計孔距為1.0～1.6 m，排距為0.7～0.9 m。

（4）爆破設計參數

仰拱爆破的主要爆破參數如表3所示：

3 隧道下穿施工控制重點及應對措施

3.1 隧道爆破重點分析及對策

（1）隧道爆破重點分析

蔡家坪隧道為分離式隧道，下穿18#風力發電機組，下穿段隧道埋深80 m。隧道開挖對風力發電機組基礎的振動應不超過0.06 g。對爆破振動要求嚴格。

（2）控制對策

1）在洞口進行爆破作業時，采取控制爆破的方法，爆破期間周圍設置安全警戒線，專人看守。

2）在爆破設計時，采取松裂、松動爆破，并實施微差爆破；嚴格控制炸藥單耗、單孔藥量以及一次起爆藥量。

3）在施工過程中，若發現設計未考慮因素時，應及時調整設計參數；當鉆孔實際位置與設計出入較大時，必須校核最小抵抗線和炸藥單耗。同時，保證填塞質量和長度，做好爆破部位的覆蓋。

4）根據圍巖變化、周邊建筑物情況及振動監測反饋的數據，及時調整爆破參數，采取更合理的爆破手段，盡可能地降低爆破振速[4]。

5）加強施工過程中對建筑物（主要是風力發電基座）爆破振動速度和隧道變形的監測，以監測信息指導施工。

3.2 風力發電機組監測周期

施工期間每天對風力發電機組基礎沉降及不均勻沉降變形、振動加速度數據進行監測。隧道土建工程中間交工驗收合格后的一年內，應每月對沉降及不均勻沉降變形、振動加速度數據進行一次監測；第二年內每季度進行一次監測；第三年內每半年進行一次監測；若第三年監測數據不穩定，建議繼續進行監測。在每年度和整體監測結束后一個月內提供總體監測分析報告。

4 結語

通過對隧道下穿風力發電機組施工技術和監測技術的深入研究，該文提出了一套高效、安全的施工技術方案和科學有效的一體化在線監測技術手段，并在實際工程中得到了成功應用。研究結果表明，該技術方案在保障施工安全、提高施工效率、降低施工成本等方面具有顯著優勢，為類似工程提供了有益參考。同時，該文的研究也為隧道施工技術的創新與發展提供了新的思路和方法，對于推動隧道工程領域的科技進步具有重要意義。

參考文獻

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[2]石萬波，郭滿.復雜環境下微震控制爆破技術在隧道施工中的應用[J].中國水運， 2024（6）：129-131.

[3]李冬林，孫正財.隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響與監控分析[J].交通科技與管理， 2024（4）：67-70.

[4]臧萬軍，梁亞茹.新建鐵路隧道上穿施工對既有鐵路隧道影響分析[J].福建理工大學學報， 2024（1）：1-7+15.

[5]彭夢穎，楊春俠，朱陶煒.風機基礎最大傾斜動態監測方法[J].能源與節能， 2022（9）：65-69.