小斷面輸水遂洞鉆爆法快速施工技術(shù)

姜長杰,門玉華,師曉燕,張 穎

(1.遼寧省白石水庫管理局,遼寧 朝陽 122000;2.遼寧省水文水資源勘測局朝陽分局,遼寧 朝陽 122000)

小斷面輸水遂洞鉆爆法快速施工技術(shù)

姜長杰1,門玉華2,師曉燕1,張 穎1

(1.遼寧省白石水庫管理局,遼寧 朝陽 122000;2.遼寧省水文水資源勘測局朝陽分局,遼寧 朝陽 122000)

著重從多功能簡易鉆孔臺架的應(yīng)用,小斷面輸水遂洞光面爆破、設(shè)備配套、施工通風、Ⅱ 類、Ⅲ 類圍巖全斷面開挖等方面介紹輸水遂洞快速施工中取得的一些經(jīng)驗和技術(shù)。最后得出要實現(xiàn)小隧洞快速施工需要從技術(shù)革新、設(shè)備配套、安全文明施工努力,另外提高管理人員和技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平,輔以相應(yīng)的措施和輔助工具,進行施工過程中的嚴格監(jiān)控,也是重要的因素。

輸水遂洞;鉆爆法;鉆孔臺架

隧洞掘進施工主要有兩種方法:一種是近幾年從國外引進的 TBM掘進。TBM掘進機施工速度快,但由于其成本高,且對地質(zhì)變化適應(yīng)性差,所以其發(fā)展受到各方面的限制。另一種就是鉆爆法,鉆爆法由于其靈活多變,適應(yīng)性強,應(yīng)用較廣,但是進度較慢。

1 工程概況

阜新引白水源工程縱跨北票市、義縣、阜新市,輸水總規(guī)模為 28.5×104m3/d,主體工程主要包括預(yù)處理廠、加壓泵站、輸水管線、輸水遂洞、凈水廠及配水泵站等。取水口為白石水庫預(yù)留的工業(yè)取水口,取水能力為 37.62×104m3/d,輸水遂洞位于北票市馬家營子村西北,全長 1 662m。

2 設(shè)置隧洞原因

輸水管線在北票市馬家營子村西北穿過,該處地貌類似為剝蝕低丘和丘澗溝谷,地面坡度較緩,地面標高介于 200～260m之間。輸水管道壓力線在此處標高低于 200 m,采用埋管難以穿越,必須設(shè)置輸水遂洞,且洞內(nèi)水流為無壓流,隧洞斷面為 2×2.5m的城門洞形,隧洞底坡 0.503‰ 。

3 全斷面開挖

此輸水隧洞為 Ⅱ類、Ⅲ類圍巖,采用全斷面光面爆破開挖,運用多功能簡易鉆爆鉆孔臺架。6臺風槍同時掏鉆,小斷面錐形掏槽,小直徑藥卷間隔裝藥,機械化配套,大功率風機大直徑軟管風筒壓抽結(jié)合通風等新技術(shù),鉆爆時間在 4 h以內(nèi),通風排煙 30 min,裝渣運輸控制在 3 h以內(nèi),取得了日掘進 3循環(huán),平均循環(huán)進尺 2.2m,最高日進尺 6.6m,炮裝錯臺 ∠10 cm,炮孔痕跡率達 80%以上良好成績,全斷面光爆循環(huán)時間及工藝流程見表 1。

測量放線→鉆孔臺車就位→鉆孔→清孔→裝藥→爆破→通風孔排煙→找頂刷邦→出渣→下一循環(huán)。

表 1 光爆工藝流程

3.1 多功能簡易鉆孔臺架

在以往的小隧洞施工中,一般一人把一臺風槍,由于斷面小,只能 2～4把風槍同時作業(yè),由于本隧洞采用多功能簡易鉆孔臺架,風槍臺數(shù)增加至 6臺 YT-28風槍同時掏鉆,施工速度得到大幅度的提高。這一技術(shù)的運用,將小斷面隧洞全斷面開挖風槍數(shù)增至 8臺,大縮短了鉆眼時間,多功能簡易鉆孔臺架結(jié)構(gòu)見圖 1。

多功能簡易鉆孔臺架同樣可以用來進行施工支護及噴射砼,利用這一便利條件,結(jié)合隧洞地質(zhì)條件,將 Ⅱ 類、Ⅲ 類圍巖采用全斷面開挖,開挖后在鉆孔臺架上同時進行支護和下一循環(huán)開挖,同時可增設(shè)鉆孔臺架進行噴射砼。

3.2 小斷面錐形掏槽

爆破的成功取決于掏槽是否成功,進尺的大小取決于掏槽的深度。在以往的小隧洞施工中,由于受掏槽深度的限制,循環(huán)進尺只有 1.5 m左右,掏槽成功率也不高。我們經(jīng)過多次反復(fù)研究試驗,發(fā)現(xiàn)以往的掏槽方式進尺小的原因是掏槽面積小,角度不夠,夾制力大。受此啟發(fā),拓展思維,突破掏槽眼掏“槽”的限制,在“掏槽眼又是爆破眼”這一概念的指導(dǎo)下設(shè)計了小斷面錐形掏槽型式,掏槽眼 4個,掏槽眼傾角 32°,掏槽眼深 2.5m,循環(huán)進尺 2.2 m。由于錐形掏槽技術(shù)的成功,大大減少了炮孔的數(shù)量和雷管、炸藥的數(shù)量,6臺風槍同時掏鉆,不會因掏槽眼的布置而控制鉆爆時間,全斷面光爆及掏槽眼布置見圖 2。

圖 1 多功能簡易鉆孔臺架結(jié)構(gòu)圖

圖 2 全斷面光爆及掏槽眼布置圖

3.3 光面爆破

Ⅱ類、Ⅲ類圍巖均采用全斷面光爆施工,采用小斷面錐形掏槽,減少了炮眼、雷管和炸藥數(shù)量,Ⅱ 類、Ⅲ 類圍巖開挖斷面 7.86m2,炮眼數(shù)量 37個左右,炸藥單耗 0.6 kg/m3左右。施工中風槍手定崗定位,周邊眼及拱部、左邊墻、右邊墻、掏槽眼、摳板眼都專人負責。爆破輪廓圓順,炮茬錯臺∠10 cm,炮孔痕跡承達 80%以上,平均循環(huán)進尺 2.2m。

3.4 裝渣運輸

本著“開挖能力大于施組要求能力,裝渣能力大于鉆爆能力,運輸能力大于裝渣能力”的原則,配備了合理、先進的裝渣、運輸設(shè)備。

放炮后,用山東永興液壓機械廠研發(fā)的 YW 1─30型裝渣機裝渣。此機械方便靈活,無污染,獲國家多項研發(fā)專利。配備 TYPJ─1150 DA 2型三輪運輸車三臺運渣,由于棄渣廠距隧洞較遠,運渣車一次運渣至棄渣廠,避免了二次倒運,50 m設(shè)置一回耳洞減少了車等車的時間,加快了出渣效率。

考慮到裝渣運輸設(shè)備故障因素,對直接影響施工進度的重要設(shè)備考慮備用,但備用設(shè)備不閑置,如當裝渣機出現(xiàn)故障時,由 ZL09F─Ⅱ型裝載機與三輪運輸車配合出渣,掘進主要機械配備見表 2:

表 2 掘進主要機械配備表(單面)

4 施工通風

快速掘進意味著單位時間內(nèi)炸藥用量增加,無軌運輸,雙面掘進通風距離單向長達 860 m,施工期間洞內(nèi)出渣車輛3臺,裝渣機 1臺,裝載機 1臺,炮煙、粉塵、內(nèi)燃機廢氣的排出,施工人員和內(nèi)燃機的供氧,深進尺、高埋深、內(nèi)燃機產(chǎn)生熱量,導(dǎo)致洞內(nèi)溫度升高等,施工通風要解決稀釋排除廢氣、供氧及降溫,難度之大不言而喻。

4.1 通風系統(tǒng)的配置

為解決通風問題,首先進行通風設(shè)計計算,對各種通風方案進行比選,決定選擇壓抽結(jié)合式通風,采用 BK 54─4N08型風機 2臺接力向洞內(nèi)壓風 (功率 2×110 kw),Ф485高強拉鏈軟風管,洞頂每 200m打一 Ф200通風孔,配 BK 54─4N 08型風機由通風孔向外抽風,形成流動空氣,保證洞內(nèi)空氣清新,供氧充足。

4.2 風機操作標準

(1)風機安裝位置視洞深確定,不但保證通風順暢,更要避免回風污染;

(2)風機支架穩(wěn)回結(jié)實,避免振動時震動搖晃;

(3)風機派專人值班,按規(guī)定要求操作風機,如實填寫記錄。

4.3 風管安裝標準

(1)風管必須有出廠合格證,使用前進行外觀檢查,保證無損壞,粘連牢固平順,接頭完好嚴密;

(2)所選用風管保證百米漏風北和摩阻力小,有效風量大,并有足夠的強度;

(3)風管掛設(shè)要平、順、直。在作業(yè)時,先由測工準確定出掛線位置,并以 5m的間距標出錙桿位置,安裝風管懸掛錙桿,錙桿長 1m,安裝后外露 20 cm;

(4)風管懸吊要穩(wěn)固,縣掛高度一致,風管吊掛在 Ф6 mm的鋼絲繩拉線上,鋼絲繩拉緊用緊線器擰緊;

(5)風管吊掛要每 100 m撓度 ≤150 mm,轉(zhuǎn)向偏差 ≤300mm/100 m。

(6)為避免 Ф6mm的鋼絲繩受沖擊振動,洞內(nèi)潮濕空氣腐蝕等原因造成的拉線突然斷裂的影響,間隔 1個錙桿增設(shè) Ф10mm的尼龍繩掛繩一個。

(7)為克服長期使用風管疲勞造成的長度延伸,撓度增大,每月進行一次系統(tǒng)檢查,每 100m為一個檢查調(diào)整段,風管拉緊后去除多余部分增設(shè)鋼筋接頭,綁捆牢固。

(8)風管末端安設(shè)長 10m的舊風管,以減少爆破沖擊和飛石造成的風管損壞。

4.4 風管的維護

(1)成立專門的通風作業(yè)班組,負責風管的向前接長、維護和更換;

(2)對于輕微破損的管節(jié),采用快干膠粘貼的方法修補,對于嚴重破損的管節(jié)及時更換;

(3)因洞內(nèi)滲水和溫度變化的影響,風管內(nèi)積水,每月應(yīng)排水 1次,減少風管承重和阻力。

(4)施工中應(yīng)加強通風管理,將通風管平順,漏風承減到最小,每隔一定距離用風速儀測風速,測算結(jié)果表明,百米漏風率在 0.6%以下,放炮后 30m in進行空氣質(zhì)量檢測,各項目指標符合要求。

5 臨時設(shè)施

在以往的施工中,認為臨時設(shè)施完工后就作廢,所以在修建臨時設(shè)施時,即使供風、供水、供電、通風等很主要、復(fù)雜的項目,也從不進行設(shè)計計算,憑經(jīng)驗配置。施工中敷衍了事,不認真把好質(zhì)量關(guān),結(jié)果臨時設(shè)施暴露出來的問題往往很嚴重。例如供風方面,由于高壓風管過細或漏風過多,風量不夠,不得不停工整治;通風方面,施工中排煙不好,放炮后通風達幾個小時,甚至根本無法排出,只能停工整治。我們的宗旨是臨時設(shè)施與主體工程同等對待,風、水、電等重要臨時設(shè)施進行設(shè)計驗算,生產(chǎn)、生活等其它臨時設(shè)施規(guī)定建設(shè)標準,并繪制施工圖。施工中嚴把質(zhì)量關(guān),并實行臨時工程質(zhì)量責任制,從設(shè)計、檢算、材料采購到施工過程的質(zhì)量控制,都明確責任人,負責該項目的就一定負責到底。

6 結(jié)語

(1)要實現(xiàn)小隧洞快速施工需要從技術(shù)革新、設(shè)備配套、安全文明施工多方面努力,施工管理是基礎(chǔ),也是關(guān)鍵。

(2)提高管理人員的責任及技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平,輔以相應(yīng)的措施和輔助工具,進行施工過程的嚴格監(jiān)控,對小斷面隧洞鉆爆法快速施工起到至關(guān)重要的作用。

TV 523

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1004-1184(2010)03-0143-02

2009-12-14

姜長杰 (1971-),男,遼寧凌海人,工程師,主要從事水利工程工作。