大伙房輸水洞改造洞室擴挖施工技術措施分析

劉　宇

(遼寧省大伙房水庫管理局， 遼寧 撫順　113007)

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大伙房輸水洞改造洞室擴挖施工技術措施分析

劉宇

(遼寧省大伙房水庫管理局， 遼寧 撫順113007)

【摘要】本文以大伙房輸水洞改造工程為例，闡述了在洞室擴挖施工中采用的工藝及方法，著重介紹了爆破開挖、圍巖支護及洞室斷面測量中采取的技術措施。

【關鍵詞】大伙房輸水洞改造； 技術措施； 爆破開挖； 圍巖支護； 洞室斷面測量

大伙房輸水洞始建于20世紀50年代，主要功能包括水庫建設期施工導流和水庫運行期泄洪、灌溉、發電及下游河道環境引水等。輸水洞主洞下游分為支洞1和支洞2，支洞1設計為電站支洞。因電站運行期已達數十年，發電機組維修養護頻繁，故障率不斷上升。2010年7月下旬，水庫上游連降暴雨，根據水庫特征水位防汛調度方案要求，128.29m水位時應采用輸水洞泄洪，且對應泄洪量應達到400m3/s，但實際情況是支洞1機組故障關閉檢修閘門，未能及時參與泄洪，因而水庫被迫采取應急手段，開啟非常溢洪道泄洪。根據不同水位下非常溢洪道下泄水流特點，低水位情況下泄洪會對非常溢洪道下游右岸護坡及底部河床產生嚴重沖刷。此次泄洪致使非常溢洪道下游右岸護坡損毀嚴重，經濟損失巨大。經多方論證后，于2013年底對大伙房輸水洞進行改造施工。

該工程建設任務是通過對輸水洞支洞2的改造，在不考慮電站支洞下泄洪水的情況下，僅通過支洞2即滿足汛期水庫防洪調度運用的要求，提高汛期水庫防洪調度的安全性。將支洞2洞徑由5.5m擴至6.5m，支洞2-1和支洞2-2洞徑由4m擴至5m。改造后，輸水洞在庫水位為128.22m時，支洞2設計泄量可達到409.4m3/s，滿足汛期防洪調度下泄流量的要求；在支洞2-1、2-2末端引出一岔管后接調流閥，可實現對輸水洞下泄流量的調節控制，其調節流量區間為8～47m3/s。可以滿足非汛期下游供水要求。

1工程洞室擴挖方式

根據大伙房輸水洞改造工程總體施工進度要求，并結合地下洞室現有狀況，對地下洞室擴挖采用全斷面掘進施工為主、靜態爆破施工為輔的原則，一次性完成地下洞室拆除和擴挖施工。整個進尺循環過程為：鉆孔爆破→除渣→噴錨支護→欠挖處理→支護。該工程采取支洞2與支洞2-1同時開挖進尺的方式施工，將支洞2-2作為進入主洞的施工通道，主洞拆除的棄渣臨時放在洞室分岔段部位，支洞2-1棄渣由出口直接運出。待支洞2-1開挖及支護工作全部完成后，再將支洞2開挖后棄渣由支洞2-1運出，同時進行主洞與支洞2-2開挖施工。支洞2平面布置如圖1所示。

圖1　支洞2平面布置

地下洞室擴挖采用YT-28型手風鉆鉆孔，毫秒微差爆破，開挖邊線光面爆破；采用短進尺、弱爆破、強支護方法進行施工，Ⅳ類圍巖鉆孔深2.5m，循環進尺2.0m；Ⅲ類圍巖鉆孔深3.0m，循環進尺2.5m；并及時進行洞內排水溝及欠挖處理施工。受擴洞斷面狹小制約，采用人工配合0.5m3反鏟扒底和清面，同時負責裝渣，出渣采用小型自卸汽車，棄渣料運至指定渣場。

2洞室擴挖施工中的技術問題處理

2.1爆破開挖

大伙房輸水洞洞室現有狀況已形成臨空面，采用中間進行崩落爆破、周邊布設光面爆破孔的爆破方法。炮孔布置原則：周邊孔的孔距以(10～15)d(d為孔徑)控制，最小抵抗線與孔距之比控制在1.30～1.33之間。崩落孔等間距盡可能按梅花形布置，最小抵抗線與孔距之比控制在1～1.2之間。爆破參數：?鉆孔深3.0m，循環進尺2.5m(用于Ⅲ類圍巖擴洞斷面)，鉆孔深2.5m，循環進尺2.0m(用于Ⅳ類圍巖擴洞斷面)，爆破孔孔徑為42mm；?裝藥量，崩落孔爆破采用φ32mm藥卷，崩落孔裝藥系數取0.5～0.8，為保證光爆效果，周邊采用φ25mm藥卷，間隔裝藥結構，裝藥量控制在(200～350)g/m(典型光面爆破裝藥結構如圖2所示)；?起爆順序，爆破采用塑料導管并聯成爆破網絡，毫秒延發雷管實現微差爆破，塑料導爆管+傳爆電雷管→塑料導爆管+非電毫秒雷管→起爆炸藥；?爆破技術參數如下頁表所列。

圖2　典型光面爆破裝藥結構爆破技術參數表

圍巖類型鉆孔深度/m循環進尺/m爆破效率/%斷面面積/m2爆破方量/m3裝藥量/kg單位耗藥量/(kg/m3)Ⅱ、Ⅲ3.002.5083.3325.2675.7851.550.68Ⅲ3.002.5083.339.7629.2840.951.40Ⅳ2.502.0080.009.7624.4024.250.99

2.2洞室圍巖支護采取的技術措施

2.2.1洞室巖性分析

天然巖體在初始應力場作用下處于平衡狀態，由于人工開挖擾動，一定范圍內的圍巖應力重分布，力學特征表現為大面積的卸荷[1]。對施工地質做出及時、準確的判斷是最大程度地規避施工地質風險的最有效措施[2]。大伙房輸水洞改造洞室進口段段長105.00m，巖性為弱風化花崗片麻巖，巖體較完整，節理裂隙較發育，地下水以滴水為主，洞室埋深30m左右，圍巖整體較穩定，局部穩定性差，以Ⅲ類為主。洞室出口段段長52.00m，巖性為強—弱風化花崗片麻巖，巖體較完整—不完整，節理裂隙較發育，地下水以滴水為主，局部線流，洞室埋深10～35m，考慮洞室埋深、上部強風化巖及原開挖成洞形成的松動圈松動巖體等因素，該段圍巖穩定性較差，自穩時間較短，綜合評定為Ⅳ類圍巖。Ⅲ類圍巖部分支護緊跟掌子面，如初噴混凝土，其他部分支護可稍滯后開挖面，如掛網復噴、打設錨桿等；Ⅳ類、Ⅴ類圍巖的支護每排炮及時跟進，同時根據圍巖變形監測情況，必要時進行超前支護。

2.2.2支護作業流程

噴錨支護程序：?噴第一層混凝土；?鉆設系統錨桿；?掛鋼筋網；?噴第二層混凝土。其中第一層混凝土噴射和錨桿施工在該開挖作業循環內完成，掛網和復噴混凝土可滯后開挖作業循環進行，不良地質段的錨桿支護、掛網及網噴混凝土(特別是頂拱開挖)必須緊跟施工作業面。巖石錨噴掛網施工工藝流程如圖3所示。

圖3　巖石錨噴掛網施工工藝流程

各擴挖支洞錨桿支護長度小于4.5m的錨桿采用YT-28手風鉆鉆孔，人工插入錨固劑，各支洞噴混凝土采用TK-961噴射機施噴作業；鋼筋網在鋼筋加工廠預制；噴混凝土料在施工區設置1臺J5-500型移動式拌和機拌制，錨桿、鋼筋網、噴混凝土料等采用小型自卸車運至施工現場；水平段洞室施工采用自制隧洞作業臺車為作業平臺完成鉆炮孔、噴錨及欠挖處理等相關作業，斜坡段施工采用搭設腳手架的方式完成相關作業。

2.2.3洞室出口處支護

洞室外山體采用噴錨支護，根據洞室外山體形式，在洞室出口上方設置兩榀門字形工字鋼對洞口上部分山體進行支護，兩榀之間采用工字鋼連接，工字鋼與山體內錨筋焊接，上方鋪鋼筋網及土工布防止山體落石。洞室出口處采用三榀工字鋼拱架加強支護，在第一次爆破進尺清理結束后，迅速完成初噴工作，然后將鋼拱架與定位鋼筋焊接。兩榀鋼拱架之間采用φ22鋼筋連接，并將鋼拱架與鋼筋網、錨桿焊接為一個整體。鋼架與洞壁間隙較大處設置巖石或混凝土墊塊。鋼架安設好之后要盡快噴混凝土，使鋼架與混凝土形成整體共同受力。混凝土噴射順序為自下而上。

2.3洞室斷面測量

圖4　洞室斷面測量示意圖

2.4欠挖處理

洞室欠挖處理遵循以下流程：開挖→現場勘查確定巖性→確定支護方案完成支護→根據測量確定欠挖部位→欠挖處理→復測及防護。

該工程按照5m間隔對洞室開挖支護斷面進行測量，欠挖明顯部位要求縮短間隔，測出欠挖面積。在洞室邊墻設置控制樁號基準點，欠挖位置用紅色油漆標記，測量結果及時以記錄單形式與施工技術人員交底。欠挖處理原則：欠挖厚度大于30cm，且欠挖面積大于15m2的，采用鉆孔爆破處理；欠挖厚度小于30cm，且欠挖面積較小的，采用人工風鎬挖除。欠挖部位處理結束后，對該部位進行復測，復測合格后立即進行支護。

3結語

a.結合地下洞室現有狀況，對地下洞室擴挖采用合理的掘進方式是保證施工進度的必要手段。

b.根據已掌握的地質資料和開挖基礎面情況分析圍巖類別，進而調整支護方式并控制開挖面距離。

c.通過優化觀測方法，提高斷面處理的作業速度，為斷面欠挖處理提供重要的依據。

參考文獻

[1]李建林.卸荷巖體力學[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

[2]溫定煜.軟巖隧洞施工技術方法[J].山西水利科技,2010(3):37-39.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.004

中圖分類號：TV542

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0012- 03

Analysis on expansion construction technology measures of transformed chamber in Dahuofang water conveying tunnel

LIU Yu

(LiaoningDahuofangReservoirAdministration,Fushun113007,China)

Abstract：In the paper, process and method adopted in chamber expansion construction are described through Dahuofang water tunnel reconstruction project. Blasting excavation, surrounding rock supporting and technical measures adopted in cavity profile measurement are mainly introduced.

Key words：Dahuofang water conveying tunnel transformation; technical measures; blasting excavation; surrounding rock supporting; cavity profile measurement