淺析觀音閣輸水工程大峪豎井施工

王 帥

(遼寧燕東土木建筑工程咨詢有限公司，遼寧 本溪 117000)

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程是大(2)型水利工程，是水利部重點172項工程之一，工程位于本溪市境內，是通過管線和隧洞，將已建成的觀音閣水庫的水，引向本溪市自來水、本鋼、北臺鋼鐵廠、石橋子經濟技術開發區等用水客戶的水利工程，工程主要包括取水頭部、消能電站、調度中心、配水站、輸水隧洞和輸水管線等組成，隧洞長41.5km，管線長49.8km。工程輸水量125萬m3/d，工程的建設保障了本溪市居民生活和工業用水的安全與穩定，是本溪市有史以來最大和最重要的民生工程、水利工程。

2 背景和目的

大峪豎井控制段是在大峪分洞施工時，以大峪豎井作為施工通道(人員、設備出入和物料運輸)的對應主洞施工段。大峪豎井控制段上游從大峪分洞的起點27+420開始到30+000共2580m，控制段以大峪豎井(樁號28+936.767)為界分為上、下游兩個工作面，其中上游與9#支洞下游控制段相連，工作面長度為1516.767m，下游與大峪出口控制段相連，工作面長度為1063.233m。豎井凈深度35m，豎井施工在水利工程上一直是難點和重點工程，文章以觀音閣輸水工程大峪豎井施工段為例，主要介紹了水利工程豎井施工過程中爆破設計、開發、支護、錨噴的施工方法和注意事項。

3 施工過程

3.1 爆破設計

3.1.1 爆破地震的安全校核

按照《爆破安全規程》，單段次最大使用炸藥量是Q=R3(V/K)3/a，其中R為長度距離，上游側通過住宅區，取隧洞與地面垂直距離35m，V為質點振動速度，根據《水工建筑物地下開挖工程施工規范》(SL378-2007)表D.0.3-1爆破質點震動安全允許標準，按照一般磚房、非抗震大型砌塊建筑物質點震動速度和《爆破安全規程》(GB6722-2011)表13-1爆破震動安全允許標準，按一般民用建筑，計算取V=2.7cm/s，其中K、a為與爆破地形地質有關系數，取K=250，a=1.8。則Q=353(2.7/250)3/1.8=22.6kg，按照本工程爆破設計，每次相關段位或最大段位爆破使用量<22.6kg，即可。實際分段最大藥量僅為18.4kg，<22.6kg。

3.1.2 爆破飛石的安全校核

本部位爆破施工，個別飛石的危害主要是洞內施工設備。根據孔徑公式Rf=(40/2.54)D計算飛石最大距離。其中Rf-個別爆破飛石未加覆蓋的最大距離；D為鉆孔孔徑，單位cm；則：Rf=(40/2.54)*4.2=66.1m。

考慮到飛石擴散受到隧洞的制約而減小，但避免個別飛石危害，本工程施工機械距掌子面的安全距離取150m。人員的安全距離按照爆破安全規程GB6722-2011表10的規定≥300m。

3.1.3 爆破參數的確定:

隧洞開挖采用氣腿鉆鉆孔，孔徑均為42mm。為保證掏槽效果，掏槽孔的孔深比崩落孔超前20cm。爆破采用2#巖石乳化炸藥，Φ32mm藥卷，掏槽裝藥系數取0.7-0.85；崩落孔裝藥系數取0.5-0.8；為保證光爆效果，周邊孔采用不耦合間隔裝藥結構，Φ25mm藥卷，裝藥量控制在(300-400)g/m。

混凝土襯砌段鉆爆施工布置和技術參數詳見表1，鋼襯段鉆爆施工布置和技術參數詳見表2。

表1 混凝土襯砌段爆破技術參數表

表2 鋼管襯砌段爆破技術參數表

3.2 開挖方法

開挖工序循環為：頂拱和工作面危石撬除→測量布孔→鉆孔→裝藥、連線、起爆→通風除塵→出渣→清底→安全處理→錨噴支護。

施工原則：上游工作面比下游工作面長出453.6m，所以上游工作面作為重點工作面，若兩個工作面施工發生沖突時以上游工作面為主，必要時下游工作面可以暫停，以確保上游工作面的順利進行。為不影響隧洞出渣作業，上、下游兩個工作面應交替進行爆破作業，避免同時出渣的情況發生[1]。

3.2.1 測量布孔

有專業測量人員使用萊卡牌全站儀進行測量布孔作業，測量內容包括掌子面樁號、底板高程、洞室中心線、洞頂中心線、輪廓線、洞腰線等，進而根據爆破設計參數合理布置掌子面爆破孔位。每排炮后對洞線中心線進行檢查和復測，同時在洞室側壁及洞頂每隔10n設置樁號標志，確保洞線準確。標志應埋設穩固和做好防護工作，防止外探部位刮傷施工機具及設備。

3.2.2 鉆孔

根據設計圖紙和以往施工經驗，鉆孔采用4臺T28氣腿鉆，制作簡易的型鋼鉆爆平臺，供鉆孔、裝藥以及錨噴施工作業。氣腿鉆由熟練的技術工人操作，根據測量放樣的提供的掏槽孔、崩落孔、和周邊孔等數據進行鉆孔作業，孔位偏差應小于等于5cm，崩落孔和周邊孔孔底應落在同一平面上，炮孔要求“平、直、齊”。鉆孔采取先上后下的原則，為防止上排孔被掉落的巖塊覆蓋，應及時使用竹竿纏上編織袋等柔性物對孔口進行封堵[2]。

3.2.3 裝藥、聯線、起爆

裝炸藥前進行掃孔，掃孔采用高壓風沖，經帶班負責人和監理工程師檢查合格后方可進行裝藥，裝藥、堵塞和聯結起跑線路需由持有爆破證件的人員進行操作，裝藥過程應嚴格按照有關規程的要求進行操作。掏槽孔和崩落孔采用連續裝藥結構，周邊孔采用不耦合間隔裝藥結構，各爆孔裝藥結構示意圖見圖1。

圖1 各爆孔裝藥結構示意圖

掏槽孔由熟練的爆破工負責裝藥，光爆孔用小藥卷捆綁于竹片上間隔裝藥，各孔口用黏土摻沙封堵密實，封堵長度≥400mm。用導爆管雷管聯結起爆網絡。電啟爆器火花起爆，最后由爆破工和值班技術員復核檢查，確認無誤，撤離人員和設備，爆破工負責引爆。炮響至少20min后，爆破工先進入洞內檢查是否有瞎炮，若有則迅速排除，然后才能進入下一道工序。在隧洞接近貫通的相向開挖的兩個工作面不足30m后，每次爆破應通知對方掌子面施工人員撤離，以免爆破震動產生石塊塌落發生安全事故[3]。在掌子面距離15m時，應單向掘進，直至貫通。

3.2.4 通風除塵

采用一臺2×54kW軸流通風機進行隧洞通風排煙，支洞內主通風筒直徑1.2m，在支洞與主洞交點位置安裝鋼制三通，向上下游工作面各分出直徑0.8m的通風管道，三通設有可抽拉的閥門調控供風方向。施工過程中一直啟動通風設備通風，風帶口距開挖工作面40m左右，隨著隧洞開挖的延伸，送風管逐漸延長，當隧洞通風距離在800-1000m時，增加加壓風機(FPDA-8.0)提高通風效果，保證放炮后40min內將有害氣體濃度降到允許范圍，爆破散煙結束后，向開挖面爆破渣堆灑水除塵。

3.2.5 安全處理

通風散煙后，用扒渣機(或小型挖掘機)清除掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊，保證進入人員及設備的安全。如遇圍巖較差，及時采取系統支護處理，確保洞挖順利掘進和施工安全。

3.2.6 出渣

出渣設計：上游工作面長1516m，每隔200m設一避車洞，計6個避車洞；下游工作面長1063m，每隔200m，設一避車洞，計4個避車洞，避車洞長8m，寬5m。分洞采用無軌運輸，洞內采用礦用裝載機裝5t自卸車運輸，由分洞運至豎井井底，自卸汽車自動經卸料槽卸入垂直起升吊桶，吊桶經過垂直提升設備卷揚機垂直提升到井口地面以上，經過自翻卸料裝置，輸送到出口轉渣場。出渣起升設備詳見《豎井出渣系統施工方案》。

3.3 支護

大峪豎井控制段主要支護結構類型包括錨桿、噴射混凝土、護坡、鋼筋網、鋼支撐等用于邊坡和地下洞室的支護結構。根據設計圖紙，支護方法包括錨桿、掛φ8@150mm鋼筋網、噴C30混凝土和鋼支撐等方式，各類圍巖支護結構類型詳見表3。

表3 各類圍巖支護方法統計表

按照新奧法原理對圍巖進行適時支護的指導思想，對于不同的圍巖類型，分別采用不同支護程序，分述如下：

3.3.1 II類圍巖的支護施工

由于此類圍巖自穩能力好，洞室均為全斷面開挖，采用“先挖后支”的程序，支護與開挖并行或隨后進行。洞室開挖后，對II類圍巖洞室局部不穩定巖塊撬挖除險，然后按設計噴射厚度50mm的 C30混凝土支護。

3.3.2 Ⅲ、IV類圍巖的支護施工

由于此類圍巖自穩能力較好，洞室均為全斷面開挖，一般無需進行超前支護，故采用“先挖后支”的程序，支護與開挖并行或隨后進行。洞室開挖后，對III類圍巖洞室局部不穩定巖塊或不利結構面，按照圖紙要求，采用20、L=2.0m局部錨桿和系統錨桿，然后按設計噴射厚度100mm的 C30混凝土支護。對IV類圍巖洞室頂拱范圍，按照圖紙要求，采用Φ20、L=2.0m系統錨桿，掛φ8@150×150mm的鋼筋網，然后按設計噴射厚度100mm的 C30混凝土支護。

3.3.3 V類圍巖支護施工

V類圍巖采用短進尺開挖方法掘進，這類圍巖穩定性差，開挖前需進行超前支護，短開挖后進行系統加強支護。

采用“先超前支護后開挖挖再加強支護”的程序進行支護施工，即：開挖前，視圍巖自穩性狀態，按照圖紙要求或工程師指示，在頂拱180°范圍內或按工程師指示范圍布設超前錨桿或超前小導管。放小炮、短開挖后，先在洞周噴一層C30混凝土，層厚3-5cm，盡早封閉巖面，并全周布設系統錨桿。V類圍巖架設I12型鋼拱架，間距為0.6m。型鋼拱架架設后，將超前錨桿尾端與鋼拱架牢固焊為一體，起到加固支撐作用。然后再掛設鋼筋網，Ⅳ類圍巖僅頂拱掛網，V類圍巖全周掛網。鋼筋網安裝后復噴第二層混凝土，使兩次噴混凝土層總厚度達到設計厚度要求[4]。

對于圍巖十分破碎易造成坍塌以及涌水等不良洞段，需進行超前支護處理后，再進行系統加強支護。超前支護方法常采用的是：超前小鋼管、超前小導管注漿、管棚等施工。

3.4 噴射混凝土

用TK500型濕噴機按濕噴工藝進行噴射作業，分段分片依次進行，噴射順序自下而上進行，側墻噴混凝土層厚在10cm、拱部8cm以內可一次噴射完成，噴混凝土層厚邊墻>10cm、拱部>8cm時，分二層噴射，下層在上層噴混凝土終凝后進行。鋼筋網、鋼支撐噴射混凝土保護層厚度≥40mm，鋼支撐與圍巖之間用噴射混凝土充填密實。 濕噴混凝土工藝流程如圖2所示。

圖2 濕噴混凝土工藝流程圖

4 結 語

遼寧省觀音閣水庫輸水工程的建設為本溪市人民群眾和工礦企業提供了安全、穩定、健康的觀音閣水庫中層優質水源，是百年民生工程，工程豎井施工的質量與安全是水利工程控制的重點，文章結合觀音閣水庫輸水工程實際，有針對性的提出水利工程豎井施工的重點與控制要點，較好的完成了工程建設任務，為今后類似工程提供一定的借鑒和的參考價值。