小直徑圓形取水隧洞開挖技術優化

摘要：本文以福建某電廠取水隧洞的施工為依托，對小斷面圓形隧洞開挖方式、爆破參數等方面進行優化設計，希望能為小直徑圓形隧洞在一些引排水工程、輸油管線工程中的應用提供借鑒意義，促進小直徑隧洞的發展及應用。

關鍵詞：小斷面隧洞；開挖方式；爆破參數

1.引言

神華福建羅源灣電廠新建工程取水口工程設計建造一條小直徑圓形隧洞，供新建電廠設備冷卻用水使用，因其斷面尺寸較小，且尺寸不一，斷面形式多為圓形，無成熟的施工工藝，施工組織困難、現場管控難度較大。

2.工程概況

2.1項目概況

福建電廠新建工程取水口工程，其主要施工內容有：引潮溝（底寬45m，頂寬82m，長70m）、閘門井（44×14.8×19m，側壁厚1.4m）、翼墻（主要為沉箱結構）、取水隧洞（成洞內徑6.5m）以及閘門設備安裝。其中隧洞長1125.4m，兩端分別與泵房和閘門井進行連接，滿足電廠供水需求。

2.2隧洞設計結構形式

本工程取水隧洞設計形式為圓形隧洞，成洞直徑D=6.5m，由于地質圍巖較好，參考水力隧洞施工相關規范，無初期支護設計，圖紙二次支護設計襯砌厚度40cm，為鋼筋混凝土結構、雙排鋼筋網片。

2.3隧洞水文地質情況

⑴水文情況

潮位特征值最高潮位：8.05m（基準面為當地理論最低潮面，下同）；最低潮位：-0.21m；平均高潮位：6.58m；平均低潮位：1.60m；平均海平面：4.06m。

⑵地質情況

地勘勘察報告顯示，該施工區域巖石為中等風化凝灰熔巖：總體為塊狀構造，區域巖石較致密、且堅硬，為較硬巖，巖體較完整，質量等級基本為Ⅱ級。

3.工藝優化

3.1隧洞洞口開挖和基坑防滲技術優化

本工程隧洞開挖設計為干季施工條件，隧洞位于最低潮水位以下，且隧洞口離海岸邊最近距離僅30m，確保海水不滲漏是本工程順利進行的前提。根據地勘點提供數據，隧洞口及閘門井所在區域外側為陡坡，坡底延伸至-11.0m，按設計先進行閘門井區域深基坑爆破開挖后，剩余巖體可能無法抵擋海水壓力，基坑安全存在隱患，通過現場測量放線及補勘鉆孔，經與設計、業主溝通，將閘門井位置朝路域方向遷移10m，確保閘門井基坑開挖完成后，基坑北側鄰水埝體有足夠寬度承壓?？紤]后期閘門井建成后，埝體爆破拆除對已完閘門井的影響，技術小組最終通過優化后續擋埝拆除時的爆破參數，縮短擋埝與閘門井的安全距離，進一步增大抵水埝體的寬度，保證埝體強度要求。

3.2隧洞開挖施工工藝

本工程具有工期緊長、施工場地有限、不具備雙向掘進施工條件等特點。掘進過程中的出渣及襯砌施工是本工程難點。為保證下部有平面供出渣車輛的通行，項目部決定對原全斷面一次爆破的施工工藝進行優化，優化為上下兩次爆破的開挖形式，根據車輛參數，確定兩次開挖的分界線。上部開挖速度決定了工程整體進度的快慢，因此施工過程中全力保障上部的開挖。下部二次開挖部分先期用于渣石外運通道，滿足車輛通行需求，同時由于下部面積較小，且開挖時具有足夠的臨空面，下部開挖時鉆孔數量及炸藥使用量減少，鉆爆時間縮短，開挖完成后，現場就地整平，繼續供車輛通行使用，不影響上部隧道的掘進開挖，保證隧道的連續掘進，節省開挖時間，減少施工成本投入。

本工程兩次開挖分界線為5.6m（上拱頂向下）。施工時先進行上部大半圓的開挖掘進施工，下部暫不施工，留有一段施工步距（保證前后兩次爆破不影響即可），下部平面供上部施工使用，保證上部施工的連續進行。隧洞開挖后每隔200m設置一處避車洞，供洞內施工車輛掉頭使用，由于下部二次爆破施工量較小，下部施工可同步與上部施工過程中，因此上部施工進度控制是整個隧道施工工期管控的重點。下部開挖時，采用松動爆破即可，爆破完成的渣石原地整平，供上部開挖施工車輛通行所用。由于本隧洞為平坡隧洞，松散的石渣同時可作為隧洞排水的隧洞盲溝，沿隧洞縱向每隔120m設置一處集水井，布設污水泵將洞內積水進行外排。洞外設沉淀池，洞內排出的污水經沉淀池沉淀后，清水經高壓水泵接入洞內，供鉆機鉆孔使用，實現污水循環再利用，減少施工用水量，降低污水的外排量，達到了綠色施工節水要求。同時下部開挖不需要棧橋進行輔助施工，省去了棧橋的材料投入、移動棧橋的設備投入，節省了設備挪動時間。

3.3爆破施工參數的優化

本項目施工區域圍巖情況較好，為中風化Ⅱ級圍巖。隧洞爆破設計采用全斷面一次爆破的施工工藝，經現場優化，改為上下兩次爆破的施工工藝，原爆破設計斷面整體設五圈炮孔，共打設炮孔102個，從中間到外邊分別為：第一圈、第二圈掏槽眼，第三圈、第四圈為輔助眼，第五圈為周邊眼。施工中，鉆孔施工不能連續，中間需要移動一層臺車方能將所有炮孔全部打設完成，之后再進行炸藥及雷管安裝，最后進行隧洞的全斷面爆破開挖。根據項目實際情況，對爆破設計方案進行了優化再設計，增加中部掏槽眼數量，輔助眼借助掏槽眼所產生的臨空面使隧洞爆破面逐步加大，保證周邊眼爆破時具有足夠的臨空面，保證周邊眼的爆破質量，確保隧洞開挖輪廓線符合要求。爆破方案優化為：將掏槽眼增加到三圈，設一圈周邊眼，一圈輔助眼。確保施工時掏槽眼巖石能全部拋出，使輔助眼和周邊眼爆破時具有足夠的臨空面，保證隧道開挖質量。

4.綜合效益分析

4.1安全方面

原爆破設計方案施工工序較多，鉆孔施工不能連續，機械設備需多次進入洞內進行輔助施工，存在較大的事故風險，同時隧洞開挖所用時間較長，對作業人員身心健康存在影響。采取優化的隧洞開挖方案，采用上下臺階開挖方式，安全方面更易于管控。

4.2進度方面

由于其下部開挖量小，且可穿插于掌子面開挖，不影響施工整體進度，因此時間管控重點控制上部掌子面開挖即可，由于鉆孔數量減少且不需要開挖臺車的二次移動，鉆孔時間、裝藥時間、出渣時間等各工序時間均得到縮短，上臺階開挖每3m進尺循環時間約8-9h，正常施工時可達到2天施工5個循環，工期要求得到極大的保證。

4.3質量方面

采用斷面兩次爆破，且上部斜眼掏槽面積增大，致使巖石能有效拋擲，為輔助眼及周邊眼的爆破創造足夠的臨空面，有效促進炸藥能力的充分利用，保證了上部隧洞開挖輪廓線的質量，同時在下部開挖時，由于其具有向上臨空面，炸藥單耗降低，下部輪廓線更易控制，隧道整體質量能最大得到保障。

4.4成本方面

斷面兩次爆破施工，其循環時間縮短，時間成本大大降低，人員在洞內施工時間縮短，工作強度降低，個人勞動效率得到提高，同時兩次爆破炮孔數量得到減少，單次起爆藥量減少，材料成本得到減少。兩次開挖節省了全斷面開挖所需機械進行輔助施工的相關費用。

5.結語

通過對神華電廠新建工程取水工程施工環境的優化、爆破施工工藝的優化、爆破施工參數的優化，工程在各方面得到了業主、監理等相關方的首肯，如期實現了隧洞的安全貫通。希望通過本工程的經驗積累，能為今后類似水工隧道施工提供一些借鑒。

參考文獻

[1] 天津大學出版社.水利水電工程爆破施工技術規范[S].天津：天津大學出版社，2002.

[2]周坤才.淺析小斷面長隧洞開挖與支護施工[J].農業科技與信息，2018（11）：117-118.

作者簡介：張超，2009年畢業于吉林建筑工程學院交通工程專業，學士學位，一級建造師。2009年進入中交一航局第四工程有限公司，從事施工生產及技術質量管理工作。先后參建了天津大道工程、貴都高速公路工程、天津港二公司卸糧倉項目、南港東路項目、神華福建羅源灣電廠項目、天津港沁芳苑一期項目等。涵蓋市政工程、高速公路工程、港口工程、電廠工程、房建工程等，現從事項目生產管理工作。

（作者單位：中交一航局第四工程有限公司）