尼泊爾Sanjen水電站引水隧洞施工措施探討

陳 翔

(中國水利水電第十一局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

Sanjen Khola水電站位于尼泊爾中北部，加德滿都北部Rasuwa市Bagmati地區， Sanjen Khola水電站采用低閘長引水開發方式，工程所在地海拔均在3000m以上，引水隧洞為城門洞型有壓洞，開挖尺寸為3m×3m，設計引用流量9.99m3/s；沉沙池至調壓井段引水隧洞縱坡為7.743%，隧洞全長4674.91m，單面最長掘進的運距達1478m，

2 地質狀況

引水發電系統上、下游山坡均為基巖陡壁；隧洞沿線共分布有4條常年流水沖溝。山坡大面積基巖裸露，局部過溝地段零星分布有小型崩塌堆積體和洪積物，厚度3-5m。整個隧洞沿線的基巖均為前寒武系Himal組(Hm)地層，巖性可分為兩段，下段(Hma)主要為片麻巖，該地層分布于引水隧洞后段，厚度超過1000m；上段(Hmb)主要為石英巖夾片麻巖，該套地層分布在引水隧洞中、前段，厚度超過1100m，III級圍巖約占隧道全長70%，IV級圍巖約占隧洞全長20%。

3 施工難點及施工方案選定

3.1 本工程主要難點

1)設計開挖斷面很小，尺寸為3m×3m，運輸設備的長×寬×高為8318mm×1830mm×2074mm,剩余空間很小，在很大程度上限制了風機和風筒的尺寸，并且單向通風距離長，要保證掘進速度對隧洞通風時間有嚴格限制，所以在這樣條件下實施這樣長距離的通風有很大的難度。

2)圍巖地質條件差，距離比較長，工期短，施工干擾嚴重，難以平行作業。

3)由于引水隧洞工期緊、洞線長、縱坡比大、洞室斷面小、地質條件差且洞運渣道路均從旁側施工支洞運出,出渣不暢使得小斷面隧洞施工難度進一步加大[1]。

3.2 施工方案選定

1)為降低隧道開挖對圍巖的干擾，合理控制超挖，選用光面爆破技術和分段分次工程爆破技術。

2)依據隧洞橫斷面小，長度大的特點，采用軸流風機接力通風。

3)根據斷面小縱坡比大的實際情況，為順利出渣采用LWL-80履帶式電動扒渣機裝渣，GHH MK-A15礦用卡車出渣。

4 主要施工方案

4.1 隧洞開挖施工方案

4.1.1 隧洞開挖鉆爆方案

依據地質考察報告，隧洞巖層多見III類石英巖石夾片麻巖石，施工采用鉆爆法全橫斷面挖掘施工，采用自行式平臺車，工人持TY-28型風鉆成孔，人工裝藥，非電導爆管雷管導爆索起爆，采用電動式扒碴機清渣，GHH MK-A15礦用卡車運送到洞外。

根據測算，每天每個工作面可以完成兩個施工作業循環，每個循環按3m進尺計，每個月施工天數按25d考慮，并考慮到特殊地質因素如地質斷層處理等，Sanjen Khola引水隧洞III類圍巖單個作業面每月能夠完成洞挖進尺約140-160m。施工過程中要嚴格控制裝藥量，最大程度地減少對周圍巖石的擾動，爆破后要盡快進行噴錨支護[2]。

4.1.2 爆破設計

1)設計原則：

本隧洞巖石開挖選用全斷面光面爆破施工，爆破設計方案按“短進尺，小藥量、弱爆破，少擾動”的標準開展。

2)炮眼數目：

本設計以3m×3m城門洞型斷面，按光面爆破要求進行爆破設計，造孔采用TY-28鑿巖機鉆孔，使用非電導爆管導爆索混合起爆網路連接炸藥和引爆管，輔助眼炸藥可使用藥卷直徑為φ32的2#巖石硝酸銨炸藥或乳化炸藥，填充系數為0.65-0.75，周邊眼即光爆孔裝藥采用藥卷直徑為φ25的光爆藥卷，裝藥量為每米250g，考慮本項目圍巖基本為III、IV類圍巖，每次洞挖循環進尺控制在2.5-3m左右，掏槽眼采用角柱型直眼掏槽[3]。

首先根據公式(1)確定爆破孔數，然后根據現場多個爆破工作面的施工和工作面條件調整主要參數，以達到最佳爆破效果。

(1)

式中：f為巖石強度系數，取14；S為隧洞斷面面積8.2m2。

代入公式1，N=32

根據經驗，增加6個周邊孔即光爆孔，即需鉆孔炮眼總數共計38孔。

3)每個炮眼的裝藥量：

a)掏槽眼：

Q1=η×L×r

(2)

式中：η為炮眼裝藥系數，η=0.8；L為眼深，L=3.5m；r為每米長度炸藥的藥量，r=0.78kg/m。

經計算取Q1=2.18kg

即每個掏槽眼單孔裝藥量為2.18kg

b)輔助眼：

Q2=η’×L×r

(3)

式中：η’為-炮眼裝藥系數，取η’=0.7；L為眼深，L=3m。

經計算，Q2=1.63kg

即每個輔助眼單孔裝藥量為1.63kg。

c)炮眼的布置：

周邊眼的孔距以10-15d控制，a=0.5-0.6m；周邊孔的密集系數m為間距a與最小抵抗線W的比值，取m=1-1.1時，得到的平整度較好。最小抵抗線W取0.5-0.7m。炮眼布置見圖1。

圖1 炮眼布置圖

本項目隧洞施工是按光面爆破要求進行爆破設計的，光面爆破是指在主炮孔爆破后，利用布置在設計開挖輪廓線上的光爆孔把預留的光爆層從巖體上剝離下來，形成平整的開挖面，其技術特性是掏槽孔起爆后，輔助眼及周邊光爆孔延遲起爆，應嚴格控制周邊眼及輔助眼裝藥量及相應的爆破參數，應按掏槽眼爆破產生的裂隙破壞區不得超過周邊界限進行控制。上圖中周邊眼和底腳眼即是光爆孔，光爆孔爆破參數一般依據經驗數據，光爆孔裝φ25mm光爆藥卷，每米裝藥量ξ=250g/m[4]。

4)爆破：

光爆孔采用導爆索起爆，其他孔采用非電毫秒雷管起爆，分段毫秒延期雷管孔內延時,周邊孔齊發起爆，段間延期時間<25ms。分段由內到外由低段到高段順序進行，以保證起爆的準確性和可靠性。

5)爆破參數：

根據上述理論選擇爆破參數，并按照施工過程中選擇的參數總結每次循環的爆破效果，不斷調整爆破參數。

4.1.3 爆破施工措施

1)炮孔布置及鉆孔：

在每個循環鉆孔前，測量人員使用全站儀測量放樣，放樣內容包括隧洞中心線、頂拱中心線、底板高程、設計輪廓線并按鉆爆圖爆破設計在掌子面放出炮孔位置。鉆孔主要采用YT28手風鉆進行，鉆孔時應保證定位精度和鉆孔誤差，做到開孔準確，鉆孔平直，周邊光面爆破孔要做到“準、直、平、齊”。

2)裝藥：

根據爆破設計的炸藥類別、藥卷直徑及單孔裝藥量結合現場地質條件進行裝藥,當進行光面爆破時,需在裝藥前提前將光面藥串加工好,以加快裝藥速度;主爆孔在裝藥結束后,應用炮泥(一般由黏土與砂子按3∶1加水混合拌制 而 成)堵 塞 密 實,光 爆 孔 可 以 不 堵 塞,最 后 根 據 爆破設計網絡進行聯網。為方便施工,利用移動平 臺 車 進 行 裝 藥,裝 藥 時,嚴 格 按 爆 破 安 全 規 程和爆破試驗確定的參數進行。裝藥作業時,除爆 破 工 之 外,洞 內 其 余 施 工 人 員、設 備 撤 離 到 安 全地帶,并在洞口設置警戒及爆破標志

3)起爆：

在起爆過程中必須嚴格遵守操作規程,現場安全員根據作業規模做好人員、設備的避炮警戒工作,不能撤離的施工機具應加以妥善防護。單向開挖隧洞,安全地點至爆破工作 面的距離應≥200m。

4.2 施工通風方案

4.2.1 通風方案

施工通風排煙選用混合式通風方案，混合式通風由送風式和排風式變換組合而成。為了解決洞內斷面小、布置困難問題，設置一條通風管，在支洞洞口設一臺通風機向洞內送風，由于一臺風機的送風距離大約在1000m左右，所以需要在800m附近串聯一臺通風機，以解決長距離通風問題，在工作面附近布置兩臺局部通風機和一條長10-20m的移動風管。

4.2.2 施工通風設備

由于隧道的斷面較小，因此使用大直徑通風管會影響隧道中施工設備的運行。但小直徑的通風管又具有較高的風阻，并且送風量和送風距離受到很大限制，因此，機械設備不容易搭配。綜合考慮后選用SFD-I-No10隧道施工專用軸流通風機，采用800mm的通風管進行接力通風，通風機功率為2x37kw，供風量為1250 m3/min，風管采用布質風管。

4.3 隧道排渣

由于隧洞斷面小3m×3m,運輸距離較長(單面最長掘進的運距達1478m)，隧洞縱坡為7.743%，因此最初排渣方式考慮采用皮帶運輸、小型膠輪車、軌道運輸及GHH MK-A15礦用卡車四種。

采用電動扒渣機配合GHH MK-A15礦用卡車出渣，能夠滿足排渣需求，同時解決了洞內管線布置問題。

5 結 語

大縱坡小斷面長距離引水隧洞施工，要根據實際情況采用合適的通風技術、光爆技術及出渣方式等，選擇合理的施工機械，科學合理地組織施工，確保安全，質量，環保，健康，優質高效的施工，以使施工能夠按進度計劃順利進行以期達到預期的經濟技術效果。