同紅兵

（陜西省石頭河水庫(kù)灌溉管理局 陜西 楊陵 712100）

隧洞按其輸水時(shí)水流性狀不同可分為無壓隧洞和有壓隧洞。無壓隧洞輸水時(shí)水流不完全充滿具有自由表面，有壓隧洞輸水時(shí)水流完全充滿無自由表面。隧洞一般分為進(jìn)口段、洞身和出口段三部分。進(jìn)口段通常布置有攔污柵、閘門等，其形式有豎井式、塔式、斜坡式等幾種。洞身的型式是根據(jù)水流條件、地質(zhì)條件及施工條件而定。有壓隧洞一般采用圓形斷面或馬蹄形斷面無壓隧洞常用的有圓形、城門形、馬蹄形等。石頭河水庫(kù)黑溝棄渣壩主要是按照無壓遂洞進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行全斷面砼襯砌，在隧洞進(jìn)、出口均采用鉛絲籠進(jìn)行防護(hù)。

1 工程概況

黑溝河位于石頭河水庫(kù)下游左岸，自西向東于石頭河水庫(kù)大壩背水坡坡腳流入石頭河，屬石頭河一級(jí)支流。黑溝棄渣壩是在石頭河水庫(kù)施工期間，按設(shè)計(jì)將大量廢棄石料堆積于黑溝溝口，未經(jīng)任何碾壓而形成的一座棄渣壩。黑溝棄渣壩最大壩高47m，總堆積量119.46×104m3，形成92.7×104m3的庫(kù)容，本項(xiàng)目建設(shè)主要建設(shè)內(nèi)容為：新建黑溝棄渣壩排洪隧道洞，封堵黑溝棄渣壩原排水涵洞，黑溝棄渣壩防滲加固，增設(shè)棄渣壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。

本工程主要是排洪隧洞石方洞挖工程。長(zhǎng)度為652m，開挖斷面為城門洞型，斷面尺寸為2.6m×3.4m，坡降i=4.642%，進(jìn)口底板高程為738m，出口底板高程為707.7m。隧洞埋深4m～56m，沿線穿越地層為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖，其中Ⅲ類圍巖占全長(zhǎng)的70%左右，由于Ⅳ～Ⅴ類圍巖巖性軟弱，屬易風(fēng)化、崩解及軟化巖體，成洞條件及圍巖穩(wěn)定條件差，對(duì)軟巖洞段應(yīng)進(jìn)行有效支護(hù)處理。

2 黑溝棄渣壩排洪隧洞工程主要施工技術(shù)及措施

隧洞開挖方式有全斷面開挖法和導(dǎo)洞開挖法兩種。開挖方式的選擇主要取決于隧洞圍巖的類別、斷面尺寸、機(jī)械設(shè)備和施工技術(shù)水平，合理選擇開挖方式，加快施工進(jìn)度，節(jié)約工程投資，保證施工質(zhì)量和施工安全意義重大。

隧洞開挖前，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況編制詳細(xì)的爆破計(jì)劃，進(jìn)行爆破試驗(yàn)，并根據(jù)爆破效果，用類比法初選和優(yōu)化爆破參數(shù)。然后，針對(duì)各類圍巖條件，分別對(duì)掏槽孔、爆破孔、周邊孔作炮孔布設(shè)，炮孔數(shù)目可以按照裝藥平衡原理進(jìn)行初步計(jì)算，鉆孔位置誤差不大于5cm，且水平方向嚴(yán)禁相互交錯(cuò)通氣。合理的炮孔深度隨圍巖類別而定：Ⅱ、Ⅲ類為2.0m～2.5m，Ⅳ、Ⅴ類為1.8m～2.0m；炮孔力求做到“平、直、齊”，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程上的精度要求。

2.1 工程的施工原則

按照施工組織要求，采取中心掏槽、周邊爆破、毫秒雷管分段起爆，嚴(yán)格控制裝藥量，減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，杜絕欠挖，控制超挖，嚴(yán)格控制規(guī)范起伏差在20cm以內(nèi)。遇到Ⅳ～Ⅴ類圍巖斷層破碎帶時(shí)采用“短進(jìn)尺、弱爆破、超前錨桿、及時(shí)噴護(hù)、勤量測(cè)、及時(shí)封閉”的技術(shù)措施。

2.2 工程施工順序

根據(jù)主要工序進(jìn)行排列：①進(jìn)行工作面整理；②根據(jù)設(shè)計(jì)要求測(cè)量放樣；③鉆孔、裝藥起爆；④通風(fēng)排煙；⑤排險(xiǎn)、安全監(jiān)測(cè)，并根據(jù)圍巖實(shí)際情況進(jìn)行洞身支護(hù)；⑥出碴運(yùn)輸（采用扒碴機(jī)出碴）；⑦施工排水。

2.3 主要工序施工方法

鉆爆是保證開挖斷面輪廓平整準(zhǔn)確、減少超欠挖、降低爆破震動(dòng)、維護(hù)圍巖自承能力的關(guān)鍵，采用鉆爆法施工技術(shù)，基本上可以達(dá)到光面爆破的效果。

（1）測(cè)量是控制開挖輪廓精確度的關(guān)鍵。洞內(nèi)控制測(cè)量采用DMY-1型隧道斷面激光測(cè)量?jī)x，每一循環(huán)都由測(cè)量技術(shù)人員在掌子面標(biāo)出開挖輪廓和炮孔位置（見爆破施工炮孔布置圖，圖1）。用全站儀準(zhǔn)確繪出開挖輪廓線及周邊孔、掏槽孔和爆破孔的位置。距開挖掌子面50m埋設(shè)中線樁，每100m設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。每次測(cè)量放線時(shí)，對(duì)上次爆破效果檢查一次，并及時(shí)采用計(jì)算機(jī)處理測(cè)量數(shù)據(jù)，修正爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。

圖1 排洪洞石方洞挖施工炮孔布置圖

（2）造孔主要采用自制簡(jiǎn)易造孔臺(tái)車、YT-28手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔。鉆孔前先按設(shè)計(jì)標(biāo)出孔位。鉆孔時(shí)，按設(shè)計(jì)位置和方向準(zhǔn)確鉆進(jìn)，特別要控制好掏槽孔的方向和深度，以保證掏槽效果和提高進(jìn)尺。為了下一循環(huán)鉆孔方便，周邊孔鉆孔方向向開挖邊線以外傾斜2°；為了保證其位置和方向準(zhǔn)確，取得良好的爆破效果，掏槽孔向軸線中心底孔方向傾斜7°；輔助孔鉆孔方向平行于洞軸線。

（3）裝藥起爆單耗根據(jù)不同圍巖現(xiàn)場(chǎng)確定，周邊光爆孔采用導(dǎo)爆索起爆，采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，輔助孔、掏槽孔均用非電毫秒雷管分段起爆。起爆程序?yàn)椋禾筒劭住瓶住苓吙住Ｒ罁?jù)爆破參數(shù)表1實(shí)施洞身段巖石開挖爆破。爆破采用錐形掏槽方式，裝藥采用人工裝藥，起爆網(wǎng)絡(luò)為非電毫秒微差起爆網(wǎng)絡(luò)。

表1 Ⅲ類圍巖爆破參數(shù)表

（4）通風(fēng)排煙。進(jìn)洞掘進(jìn)在50m以內(nèi)自然通風(fēng)。進(jìn)洞50m以外施工采用通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)，一臺(tái)通風(fēng)機(jī)安在洞外15m處，風(fēng)管用帆布風(fēng)管，掛在邊墻上，出風(fēng)口距開挖面15m～20m。洞內(nèi)距工作面20m處安裝另一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，由內(nèi)向外排煙，若排煙困難，用高壓風(fēng)輔助通風(fēng)。在出渣期間繼續(xù)排風(fēng)以清除運(yùn)輸車輛所產(chǎn)生的廢氣。

通風(fēng)管理是通風(fēng)效果好壞的關(guān)鍵，為了確保通風(fēng)效果，必須加強(qiáng)通風(fēng)管理。通風(fēng)管要始終保持平、直、順，接頭嚴(yán)密不漏風(fēng)，若有破損及時(shí)修補(bǔ)或更換。通風(fēng)系統(tǒng)安裝后，不經(jīng)允許不可隨意改動(dòng)，非管理人員不得隨意開關(guān)風(fēng)機(jī)。

（5）排險(xiǎn)、安全監(jiān)測(cè)在洞內(nèi)排煙結(jié)束后，派2名專職安全員用排險(xiǎn)杠對(duì)洞內(nèi)懸空或兩側(cè)松動(dòng)的危石進(jìn)行排除，并在一定位置安設(shè)數(shù)組觀測(cè)錨桿，定時(shí)監(jiān)測(cè)其位移，分析檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取有效的臨時(shí)支護(hù)措施，確保進(jìn)洞作業(yè)人員及設(shè)備的安全。

（6）洞身支護(hù)施工與洞挖施工交叉進(jìn)行，在巖石較好（Ⅲ類圍巖）的部位可適當(dāng)與開挖面保持一定距離，邊開挖邊支護(hù)。在巖石較差部位（Ⅳ、Ⅴ類圍巖）要加強(qiáng)支護(hù)，緊隨開挖面及時(shí)支護(hù)；巖石情況惡劣存在安全隱患的部位使用鋼支撐進(jìn)行支護(hù)施工，以確保洞室施工人員、機(jī)械的的安全。

洞內(nèi)Ⅲ類圍巖采用隨機(jī)錨桿進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)施工采取錨桿施工。

洞內(nèi)Ⅲ、Ⅳ類圍巖采用噴護(hù)混凝土或錨桿及噴護(hù)混凝土進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)施工采取噴護(hù)混凝土施工或先錨桿施工，后噴護(hù)混凝土施工的順序進(jìn)行。

洞內(nèi)Ⅳ、Ⅴ類圍巖，采用錨桿及掛網(wǎng)噴護(hù)混凝土進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)施工采取先初噴護(hù)混凝土（3cm～5cm），再施工錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，后補(bǔ)噴混凝土（滿足最終10cm要求）施工的順序進(jìn)行。

根據(jù)開挖后的地質(zhì)情況需要采用鋼支撐支護(hù)的洞段，采用先初噴，再鋼支撐，后網(wǎng)噴混凝土的順序施工。洞內(nèi)錨桿采用手風(fēng)鉆在鉆孔臺(tái)架上造孔，注漿機(jī)注漿。人工安裝鋼筋網(wǎng)片采用洞外人工綁扎制作，洞內(nèi)安裝?；炷敛捎没炷羾娚錂C(jī)濕噴法施工；鋼支撐采用場(chǎng)外加工、現(xiàn)場(chǎng)拼接、安裝、加固。

（7）裝碴及出碴施工。本工程裝碴及出碴采用扒碴機(jī)裝碴，使用三輪運(yùn)輸車運(yùn)輸。每次爆破后工作面經(jīng)過檢查和排險(xiǎn)后立即進(jìn)行清碴，本工程出碴專人負(fù)責(zé)調(diào)度安排，綜合安排重車和空車的循環(huán)運(yùn)輸。

為保證施工石渣拉運(yùn)安全，棄碴拉運(yùn)規(guī)劃各工作面的行車路線，并嚴(yán)格控制裝碴高度和裝碴量。工作面爆破前，石碴裝運(yùn)等機(jī)械全部停止作業(yè)，人員機(jī)械全部撤離到警戒線外，待解除警戒后再開始施工。對(duì)于過大石塊，必須解小后再裝運(yùn)上車。

（8）施工排水。本工程施工是由出口開始向進(jìn)口開挖，排洪洞施工排水主要為裂隙滲水、施工棄水等，因此在順坡施工段隧洞底部一側(cè)設(shè)置排水溝，根據(jù)洞內(nèi)水量大小在洞底一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置排水溝道，將裂隙滲水、廢水引至排洪洞出口的集水坑內(nèi)，經(jīng)沉淀后，采用2吋潛水泵排入河床。

為防止洞內(nèi)排水對(duì)環(huán)境的污染，洞口處設(shè)一沉淀池，洞內(nèi)污水經(jīng)沉淀符合排放標(biāo)準(zhǔn)后排走，或者供工程使用。

洞內(nèi)如遇較大的裂隙水時(shí)，采用水泥漿或化學(xué)藥劑對(duì)圍巖進(jìn)行壓力灌漿，堵塞通道。清基排水工作完成后再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)作業(yè)。

2.4 爆破開挖質(zhì)量控制

為了控制好開挖輪廓，減少超欠挖，達(dá)到光面爆破和預(yù)裂爆破效果，認(rèn)真分析研究，調(diào)整優(yōu)化裝藥量以及鉆孔位置、深度等參數(shù)，并且嚴(yán)格控制。鉆孔時(shí)盡量做到準(zhǔn)（位置）、平（平行）、直（方向）、齊（孔底）。

2.5 鉆爆循環(huán)

排洪洞洞身開挖單循環(huán)進(jìn)尺為2.0m，每個(gè)循環(huán)時(shí)間約8個(gè)小時(shí)，每天工作三個(gè)循環(huán)，每月按26天有效工作時(shí)間計(jì)算，月平均進(jìn)尺156m。

3 結(jié)語

黑溝棄渣壩由于原排洪洞坍塌、堵塞，在2011年9月迎來了建壩以來最高水位，雖然經(jīng)過搶險(xiǎn)排洪安全度汛，但對(duì)石頭河水庫(kù)的防汛安全仍帶來一定的安全隱患，為此，實(shí)施石頭河水庫(kù)二期除險(xiǎn)加固工程。黑溝棄渣壩排洪隧洞工程只是二期除險(xiǎn)加固工程的一個(gè)標(biāo)段，根據(jù)該工程特點(diǎn)以及地質(zhì)情況，經(jīng)過研究分析，在本工程中應(yīng)用了鉆爆法等施工技術(shù)以及鋼支撐支護(hù)等措施。筆者個(gè)人認(rèn)為黑溝排洪洞的開挖施工采用的方法、方案是符合該工程特點(diǎn)的，是成功的。陜西水利