引水隧洞開挖施工技術

朱永花

中國水利水電第八工程局有限公司

引水隧洞開挖施工技術

朱永花

中國水利水電第八工程局有限公司

紅衛橋引水隧洞布置在俄日河右岸，隧洞全長19497.63m，縱坡i=3.129‰。隧洞斷面為平底馬蹄形，斷面開挖底寬4.50m～4.89m，高5.40m～6.16m，引水隧洞工程洞線長、地質條件復雜、工期緊、海拔高、開挖技術難度大，本文通過對引水隧洞的開挖施工程序和方法做了簡單介紹，使引水隧洞開挖施工質量、進度上取得了較好效果。

引水隧洞；開挖；施工技術

1 工程概況

紅衛橋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州金川縣境內俄日河上，工程區地處川西北高原的南緣，俄日河河床海拔高程3500m～2550m，引水隧洞穿越地層巖性主要為變質砂巖、板巖等，巖體厚度一般150m～350m。圍巖以Ⅲ類為主，部分Ⅱ類和Ⅳ類圍巖，少量Ⅴ類圍巖。

引水隧洞K10+154～K19+460.85，共計9306.85m，共布置4條施工支洞，其中5#支洞控制主洞里程為K10+154～K12+511，共2357m；6#支洞控制主洞里程為K12+511～K15+594，共3083m；7#支洞控制主洞里程為K15+594～K17+955，共2361m；8#支洞控制主洞里程為K17+955～K19+460.85，共1505.85m。

2 前期準備

2.1 現場規劃布置

引水隧洞洞挖經由5#～8#施工支洞，共8個工作面同時進行開挖施工。作業層配備四個施工組，即5#支洞及其控制主洞施工組、6#支洞及其控制主洞施工組，7#支洞及其控制主洞施工組、8#支洞及其控制主洞施工組，每個組設2個工班，分別負責各自范圍內的便道施工、洞身開挖及支護、錨噴混凝土等工作。

2.2 施工準備

施工供電：分別在5#、6#、7#、8#支洞口各配備一臺630kVA的變壓器，解決洞內施工供電。

施工供風：在5#～8#支洞口旁分別建空壓站，每個空壓站分別安裝3臺24m3/min空壓機，以供進入隧道主洞開挖后的兩個作業面共計12臺鑿巖機同時鉆孔放炮使用。

施工供水：現場情況5#、6#、8#支洞口附近有水源，在附近山坡上修建高位水池，將水源引至高位水池以滿足施工需求。7#支洞施工用水采用水泵抽取俄日河河水至洞口。

通風防塵：分別在5#～8#支洞口各安裝1臺55kw×2的三速對旋軸流風機，采用φ1200風管。每個掌子面采用單獨的通風系統，以保證提供給洞室內的每一作業人員最少3m3/min新鮮空氣。

洞內排水：各施工支洞和主洞交岔口處設置集中排水泵站，泵站設置集水坑，將工作面施工廢水和滲水通過污水泵抽至附近泵站，排水泵站轉排至洞外污水沉淀池，等處理合格后排放。

3 引水隧洞洞室開挖

3.1 洞身開挖方法

（1）開洞原則上采取先鎖口后開洞口的程序。

（2）鎖口采用鎖邊錨桿支護方法，按設計圖紙，由測量人員放樣，并用油漆做好標志，然后進行定位鉆孔，人工配合平臺車安裝φ25，L=450cm錨桿，注漿機注漿。鎖口處理結束后開始洞身開挖。

（3）開洞口時，采取短進尺，周邊光爆，嚴格控制循環進尺在1.0m～1.5m左右，爆破時盡量多分段，減小單響起爆藥量，減輕對洞臉圍巖的振動影響，保證洞口成形較好。

（4）開挖成形后的洞口需及時錨噴支護封閉，必要時采用工字鋼支撐或鋼筋格構梁噴砼封閉支護，洞臉形成整體支護結構。

（5）根據設計圖紙、洞身斷面尺寸大和圍巖不同性狀的特點，洞挖均采用全斷面開挖（排風洞風機室后期擴挖），對于地質條件差的Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用超前錨桿或超前小導管支護，再進行鉆爆施工，開挖完成后，及時采用鋼拱架、錨噴和掛網等臨時支護跟進施工。

3.2 開挖施工工藝及措施

3.2.1 Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖工藝及措施

先利用發包方給定的測量控制網點，引入工作面的基準點作為施工測量基點，采用全站儀進行放樣。Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖均采用全斷面開挖，手風鉆鉆孔，周邊光面爆破的施工方法，錨噴支護跟進。掏槽孔及崩落孔采用φ32藥卷連續裝藥，周邊孔采用φ25藥卷間隔裝藥，孔口用炮泥堵塞嚴實，開挖采用非電毫秒雷管起爆、非電傳爆網絡，周邊光面孔用導爆索網絡起爆。爆破后采用WL220扒渣機，18t自卸汽車運渣。

Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖工藝流程圖

主要工藝措施：

（1）測量放線：洞內導線控制網測量采用全站儀進行。施工測量采用全站儀配水準儀進行，采用紅外線激光定位技術放樣。

（2）鉆孔作業：放樣后，由熟練的鉆工按照爆破設計圖進行鉆孔作業，每個作業面布置一臺移動式鉆孔平臺車配合。施工過程嚴格遵循“向掏槽孔要進尺、向崩落孔要效率、向周邊孔要質量”的原則。

（3）裝藥、聯線、起爆：裝藥前用高壓風沖掃孔內，炮孔經檢查合格后，方可進行裝藥爆破；炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯接應由經考核合格并持有爆破員作業合格證的炮工嚴格按批準的鉆爆設計進行施作。

（4）通風散煙、灑水除塵：在洞室開挖施工過程中通風設備一直啟動，保證在放炮后在規定時間內將有害氣體濃度降到允許范圍內，爆破散煙結束后，向開挖面爆破渣堆灑水除塵。

（5）安全處理：爆破完成后，掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊由人工先清除，保證進入人員及設備的安全，巖面破碎洞段在進行安全處理后，可先噴一層混凝土，出渣后再次進行安全檢查及處理。

（6）圍巖支護：每排炮開挖結束后，穩定性差的圍巖需及時進行隨機錨桿、系統錨桿或錨桿加掛鋼筋網噴混凝土支護，圍巖穩定地段的系統錨桿可滯后開挖作業施工。

3.2.2 Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖工藝及措施

Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用全斷面開挖，超前支護采用超前錨桿或超前小導管注漿的施工方法，掛網噴砼、工字鋼支撐支護；下層擴挖滯后于上層開挖支護“超前預測、超前支護、預灌漿、管超前、短進尺、弱爆破、“穩扎穩打、步步為營、穩中求快”的指導思想。

（1）開挖工藝流程。

Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖施工工藝圖

（2）主要工藝措施。對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖的開挖，除采取Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖工藝及方法外，還應根據圍巖實際情況，在測量放樣后，采取超前小導管或超前錨桿等支護方式預先加固圍巖，確保圍巖穩定，超前小導管注漿及超前錨桿支護按監理現場指示及設計圖紙方案進行施工。鉆爆后暫時不出渣，安全處理及平渣后，立即施作一次支護，采用砂漿錨桿、鋼拱架、掛網噴砼等支護手段，確保圍巖穩定。一次支護完成后，加強觀測（變形位移及變形速率觀測），及時反饋信息，指導開挖支護施工，確保成洞穩定和施工安全。由WL220扒渣機，18t自卸汽車運渣。

3.3 開挖斷面參數

引水隧洞斷面參數：Ⅱ、Ⅲ級圍巖斷面尺寸26.29m2，Ⅳ級圍巖斷面尺寸28.66m2，Ⅴ級圍巖斷面尺寸33.66m2，引水隧洞平均斷面尺寸為29.54m2。

3.4 各類圍巖開挖循環時間

在紅衛橋水電站引水隧洞開挖施工中，采用周邊光面爆破，直孔掏槽，Ⅱ、Ⅲ類圍巖地段，平均每月開挖支護進尺約150m，IV類圍巖地段，平均每月開挖支護進尺約81m，Ⅴ類圍巖地段，平均每月開挖支護進尺約60m。

3.5 炮孔布置

3.5.1 掏槽孔布置

采用直孔掏槽、光面爆破方式，Ⅴ類圍巖每個循環預計進尺1.3m，Ⅳ類圍巖每個循環預計進尺約1.8m，Ⅱ、Ⅲ級圍巖每個循環進度約2.6m，炮孔與開挖作業面呈45°夾角，炮孔直徑為ф 42mm，每孔全部裝藥，經爆破后形成1000×500mm的自由面。

3.5.2 周邊孔的布置

周邊孔包括隧道拱部和邊墻。

（1）主洞Ⅱ、Ⅲ級圍巖共布置孔孔69個，其中掏槽孔7個、崩落孔25個、周邊孔37個，弧形孔距離500mm，崩落孔孔距1050mm。

（2）主洞Ⅳ級圍巖共布置孔孔60個，其中掏槽孔7個、崩落孔22個、周邊孔23個，弧形孔距離600mm，崩落孔孔距1100mm。

（3）主洞Ⅴ級圍巖共布置孔孔66個，其中掏槽孔7個、崩落孔25個、周邊孔34個，弧形孔距離600mm，崩落孔孔距1050mm。

4 結語

紅衛橋引水隧洞洞線長、地質復雜及工期緊的情況下，采用直孔掏槽、短進尺，周邊光爆光、全斷面開挖的施工方法，確保了本隧洞的施工進度、質量和安全。

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.200