代玉旭，田樹(shù)寶

(1. 遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，沈陽(yáng)110006;2. 遼寧水利土木工程咨詢有限公司，沈陽(yáng)110006)

0 前 言

大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程是將大伙房水庫(kù)輸水一期工程從渾江流域調(diào)來(lái)的水由大伙房水庫(kù)調(diào)節(jié)后，向遼寧省撫、沈、遼、鞍、營(yíng)、盤(pán)等六城市輸水的一項(xiàng)大型輸水工程。

工程由取水頭部、輸水隧道、輸水管線、配水站(6 座)、加壓泵站(1 座)、加氯站(3 座)等建筑物組成，其中29.1 km輸水隧洞及連接段、231.7 km輸水管線。

采用有壓重力和加壓相結(jié)合的輸水方式，年供水量17.86 億m3。圓形斷面，成洞洞徑為6 m。供水方式為重力壓力流，隧洞設(shè)計(jì)流量60 m3/s。

大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程三標(biāo)段，是輸水隧洞的第二段，主洞起止里程為8 +363 ～18 +674，全長(zhǎng)10.311 km，支洞有3，4，5，6，7，施工支洞工程，以及相應(yīng)的棄渣場(chǎng)防護(hù)、場(chǎng)內(nèi)施工道路和其他附屬臨時(shí)工程等。

項(xiàng)目區(qū)位于撫順市南郊，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，地勢(shì)略呈北高南低，溝谷發(fā)育，本段主洞共穿越夜海溝東溝、夜海溝谷、郎士溝谷、偏坎子溝谷、英德堡的部分溝谷，這些溝谷埋深淺，且常年有流水，洞線穿越長(zhǎng)度為87 ～766 m，圍巖較差，主要以Ⅴ類(lèi)為主，部分Ⅳ類(lèi);有些溝谷在施工中出現(xiàn)了大量涌水［1］。

1 正常地質(zhì)段施工

1.1 地質(zhì)圍巖評(píng)定

首先根據(jù)圍巖評(píng)分的5 大因素即:巖石強(qiáng)度，巖體完整程度，結(jié)構(gòu)面狀態(tài)，地下水狀態(tài)，主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。

五項(xiàng)因素之和的總評(píng)分為基本判據(jù)，圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比為限定判據(jù)，并根據(jù)圍巖工程的地質(zhì)分類(lèi)，圍巖的總評(píng)分為T(mén)，圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比為S。

1)當(dāng)T ＜25 分，S ≤2 時(shí)的圍巖為Ⅴ類(lèi)圍巖，圍巖極不穩(wěn)定，圍巖不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重。

2)當(dāng)45≥T ＞25 分，S ＞2 時(shí)的圍巖為Ⅳ類(lèi)圍巖，圍巖的穩(wěn)定性確定為不穩(wěn)定。

3)45 ＜T ≤65 分，S ＞2 時(shí)的圍巖為Ⅲ類(lèi)圍巖，圍巖局部穩(wěn)定性差。

4)85≥T ＞65 分，S ＞4 時(shí)的圍巖為Ⅱ類(lèi)圍巖，圍巖基本穩(wěn)定。

5)T ＞85 分，S ＞4 時(shí)，圍巖為Ⅰ類(lèi)圍巖可長(zhǎng)期穩(wěn)定，一般無(wú)不穩(wěn)定塊體。

本工程主要遇到的圍巖為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖。地質(zhì)評(píng)定后，為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ開(kāi)挖提供依據(jù)。

1.2 鉆爆破孔、吹孔及裝藥、聯(lián)網(wǎng)爆破

根據(jù)開(kāi)挖方法分別采用半斷面及全斷面兩種爆破開(kāi)挖方式，對(duì)于臺(tái)階開(kāi)挖的Ⅳ、Ⅴ圍巖，采用弱爆破，對(duì)于Ⅱ、Ⅲ圍巖類(lèi)采用全斷面光面爆破。

鉆孔采用的是2 －8YT 鉆機(jī)，鉆機(jī)釬桿內(nèi)有水管沖孔，用高壓風(fēng)吹孔。

1.2.1 孔眼直徑

風(fēng)鉆成眼地段，裝藥炮眼直徑為Φ 42 mm;臺(tái)車(chē)成孔地段，裝藥眼直徑為48 mm，空眼直徑為65 mm。

1.2.2 炸藥

一般地段使用乳化炸藥，富水地段采用乳膠防水炸藥;藥卷直徑采用φ 32 mm和φ 25 mm兩種。

1.2.3 裝藥結(jié)構(gòu)周邊炮眼采用φ 25 mm的藥卷，進(jìn)行間隔裝藥，用導(dǎo)爆索的φ 25 mm的藥卷加工成藥串，并用電工膠布將藥串綁在竹片上，可以方便裝藥，其它炮眼采用φ 32 mm藥卷，進(jìn)行連續(xù)裝藥。

1.2.4 起爆網(wǎng)路

采用非電毫秒雷管微差起爆網(wǎng)絡(luò)［2］。

1.3 通風(fēng)排煙

支洞施工階段，洞內(nèi)通風(fēng)采取在洞口安1 臺(tái)55×2 kW的軸流通風(fēng)機(jī)(圖5.4 為55 ×2 kW的軸流通風(fēng)機(jī)照片)進(jìn)行壓入式通風(fēng)，風(fēng)管Φ 1 000 mm的螺旋軟風(fēng)管。

當(dāng)由支洞轉(zhuǎn)入主洞施工后，主洞內(nèi)通風(fēng)采用壓入式和吸出式的混合通風(fēng)，壓入支洞口共安裝2 臺(tái)2×55 kW的軸流通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)風(fēng)管一個(gè)指向上游，一個(gè)指向下游，在主支洞交叉口安1 臺(tái)2 ×37 kW的軸流風(fēng)機(jī)抽出洞內(nèi)廢氣;壓入式風(fēng)管采用Φ 1 000 mm的螺旋軟風(fēng)管，壓入式風(fēng)管在主支交叉轉(zhuǎn)彎處用同直徑的硬質(zhì)鐵管度過(guò);抽出式風(fēng)管采用Φ 600 mm的螺旋軟風(fēng)管。

在爆破結(jié)束后先通風(fēng)10 ～20 min，確保掌子面能正常施工，可見(jiàn)度和施工人員的身體健康［3］。

1.4 出 渣

洞室狹窄選好車(chē)型很重要，大了施展不開(kāi)，小了施工工序增加時(shí)間。

本洞選用出渣的機(jī)械用50 側(cè)翻裝載機(jī)1 臺(tái)，3臺(tái)15 m3雙橋自卸汽車(chē)。洞子寬7 m，裝載機(jī)寬3.0 m，自卸汽車(chē)2.5 m寬，裝載機(jī)和自卸汽車(chē)并排后，裝載機(jī)用鏟斗把渣側(cè)翻入車(chē)內(nèi)，自卸汽車(chē)裝滿后，運(yùn)出指定地點(diǎn)。

一個(gè)爆破開(kāi)挖進(jìn)尺約2.8 m，石方開(kāi)挖方量約115 m3的情況下，一排炮出渣用2.5 h。實(shí)踐證明4#洞機(jī)械選型是合理的。出渣時(shí)注意的事項(xiàng)為，裝載機(jī)、挖掘機(jī)、出渣自卸汽車(chē)的完好率要保證。應(yīng)該及時(shí)檢修，配備易損件，有專門(mén)的維修隊(duì)伍。機(jī)械一旦故障卡在洞內(nèi)將上下車(chē)輛都不通，增加出渣時(shí)間，影響工程進(jìn)度。

洞室坡度15%以上時(shí)，選用有軌絞車(chē)出渣，坡度＞15%后，自卸汽車(chē)已經(jīng)不能用為出渣裝置，洞室內(nèi)鋪設(shè)鐵軌。

用扒渣機(jī)上料(洞室狹小裝載機(jī)和鉤機(jī)選較大功率的，無(wú)法施展，較小功率的出渣時(shí)間又太長(zhǎng)，無(wú)法滿足工期)，扒渣機(jī)特點(diǎn)是功率高，需要的作業(yè)面不用太大，往絞車(chē)上上料非常便利。

絞車(chē)內(nèi)裝滿渣料后，沿著鐵軌，受上面的卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引，運(yùn)送到洞外，直接卸載自卸汽車(chē)上，由自卸汽車(chē)運(yùn)外指定的渣場(chǎng)。

當(dāng)洞室的距離較長(zhǎng)時(shí)，可以采用皮帶機(jī)出渣。皮帶機(jī)出渣一般適用于TBM 段施工，距離長(zhǎng)，而且經(jīng)TBM 切割的巖石碎塊較小較均勻。爆破開(kāi)挖不太適合用皮帶機(jī)出渣。

用1 臺(tái)220日立品牌的挖掘機(jī)。把斷面上的大塊險(xiǎn)石排掉，然后由人工用撬棍把未排掉的險(xiǎn)石排掉。

1.5 初期支護(hù)

1.5.1 Ⅴ類(lèi)圍巖

立16#鋼支撐間距0.5 ～1.5 m不等，由工程地質(zhì)人員根據(jù)地質(zhì)情況確定鋼支撐的間距。在鋼支撐周邊垂直巖面打系統(tǒng)錨桿，錨桿間距1.0 m，錨桿規(guī)格:φ22 ×3.0 m，鋼筋在鋼支撐外面掛φ8 ×150 mm ×150 mm鋼筋網(wǎng)。三檢制及監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，開(kāi)倉(cāng)噴C30 混凝土，混凝土厚度為200 mm［3］。如圖1所示。

圖1 Ⅴ類(lèi)圍巖施工布置

1.5.2 Ⅳ類(lèi)圍巖

全周打系統(tǒng)錨桿，錨桿間距1 000 mm ×1 000 mm，錨桿規(guī)格:φ22 ×3.0 m，全周掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格:φ8 ×150 mm ×150 mm，三檢檢查合格及監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，開(kāi)倉(cāng)噴C30 混凝土，混凝土厚度為100 mm 。如圖2 所示。

圖2 Ⅳ類(lèi)圍巖施工布置

1.5.3 Ⅲ類(lèi)圍巖

隨機(jī)錨桿，規(guī)格:φ22 ×2.5 m，隨機(jī)掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格:φ8 ×200 mm ×200 mm，三檢檢查及監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，開(kāi)倉(cāng)噴C30 混凝土，混凝土厚度為100 mm。如圖3 所示。

圖3 Ⅲ類(lèi)圍巖施工布置

1.5.4 Ⅱ類(lèi)圍巖

隨機(jī)錨桿，規(guī)格:φ22 ×2.5 m，隨機(jī)掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格:φ8 ×200 mm ×200 mm，三檢檢查及監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，開(kāi)倉(cāng)噴C30 混凝土，混凝土厚度為100 mm。如圖4 所示。

圖4 Ⅱ類(lèi)圍巖施工布置

2 不良地質(zhì)段的施工

施工前對(duì)地下通過(guò)破碎松散、涌水、淺埋段等不良地質(zhì)地段制定相應(yīng)的預(yù)防措施，備足有關(guān)的應(yīng)急機(jī)具和材料。不良地質(zhì)段的洞室施工，應(yīng)先治水，采用短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌的措施，穩(wěn)步前進(jìn)。

2.1 斷層的處理

施工前切實(shí)掌握斷層帶的情況，包括破碎帶的寬度、填充物、地下水一級(jí)探洞軸線與斷層構(gòu)造線的組合關(guān)系。

根據(jù)施工方法和設(shè)備條件選擇通過(guò)斷層地段的施工措施報(bào)監(jiān)理人審批。

當(dāng)斷層規(guī)模不大，滲水量不大的情況下，可采用超前錨桿、超前小鋼管支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿、管棚等超前支護(hù)的方法以及超前灌漿的方法處理。斷層規(guī)模較大，或有大量涌水的情況下，先進(jìn)行超前灌漿，再結(jié)合超前支護(hù)的方法處理［4］。

通過(guò)斷層地段的各施工工序之間的間隔宜盡量縮短，盡快使全斷面支護(hù)或襯砌封閉，減少巖層暴露、松動(dòng)的時(shí)間。

鉆爆施工中嚴(yán)格掌握炮眼數(shù)量、深度和裝藥量，原則上應(yīng)盡量減少爆破對(duì)巖層的震動(dòng)。斷層地段的支護(hù)應(yīng)寧強(qiáng)勿弱，并經(jīng)常檢查加固。

2.2 塌方的預(yù)防和處理

防止塌方，是保證施工安全和施工進(jìn)度的關(guān)鍵，應(yīng)隨時(shí)觀察和監(jiān)測(cè)地質(zhì)有無(wú)異?，F(xiàn)象，研究巖體和地下水變化規(guī)律，采取必要的支護(hù)手段，避免產(chǎn)生塌方。

1)在不良地質(zhì)段施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)理人的指示進(jìn)行勘探孔及地質(zhì)測(cè)試孔德鉆孔工作，并根據(jù)此進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

2)在不良地質(zhì)段施工中，應(yīng)堅(jiān)持弱爆破、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)和勤觀測(cè)的施工方法。

3)對(duì)未擾動(dòng)而破碎的巖層、結(jié)構(gòu)面裂隙發(fā)育的塊狀巖層或松散滲水的圍巖段，宜采用超前錨桿支護(hù)。

2.3 巖爆的特征

在隧洞施工中，容易發(fā)生巖爆的地段，一般埋深在260 ～600 m左右，而且易發(fā)生在干燥無(wú)水的花崗巖帶中，有水地段的花崗巖不發(fā)生巖爆或者說(shuō)發(fā)生巖爆的幾率幾乎為零，在洞線的閃長(zhǎng)巖、石英富集的巖帶中也都幾乎不發(fā)生巖爆。發(fā)生巖爆的部位在隧洞起拱線以上，頂部以下部位。

隧洞內(nèi)圍巖的內(nèi)部發(fā)生巖爆時(shí)，一般有2 種情況:

1)爆裂的聲音清脆、聲響很大時(shí)，巖爆主要表現(xiàn)為劈裂破壞，其規(guī)模不大，多呈片狀或貝殼狀從母體巖中以劈裂的形式剝落下來(lái)，且?guī)r塊下落的時(shí)間幾乎與爆裂聲同步。

2)當(dāng)圍巖內(nèi)部發(fā)生的爆裂聲沉悶、聲響較小的時(shí)，巖爆主要表現(xiàn)為剪切破壞，其規(guī)模大，并伴隨有煙狀粉末彈射。

此時(shí)由巖爆產(chǎn)生破壞的巖體一般都滯后于爆裂聲20 ～60 min才會(huì)從母體巖上掉落，而且掉落的巖石塊都比較大，因此危害也非常大。

2.4 巖爆的處理

采取先進(jìn)、合理的設(shè)備配合地質(zhì)人員做好巖爆易發(fā)生區(qū)域的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，預(yù)報(bào)人員根據(jù)檢測(cè)成果，從圍巖完整性、強(qiáng)度、地下水、是否存在斷層等情況，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)掌子面前方圍巖是否產(chǎn)生巖爆［5］。

開(kāi)挖后，根據(jù)已發(fā)生巖爆的特征，盡快對(duì)巖爆進(jìn)行分級(jí)，并有針對(duì)性的采取以下幾種處理措施:

2.4.1 施作應(yīng)力釋放孔

當(dāng)?shù)刭|(zhì)預(yù)報(bào)前方有中等及以上強(qiáng)度的巖爆時(shí)，在鉆爆破孔前根據(jù)巖爆可能發(fā)生的部位，施作超前應(yīng)力釋放孔，要求孔深大于掘進(jìn)開(kāi)挖進(jìn)尺的兩倍;在錨桿的鉆孔的時(shí)候，對(duì)可能產(chǎn)生巖爆的部位，作徑向應(yīng)力釋放孔，孔深不小于圍巖的松動(dòng)圈。應(yīng)力釋放孔的孔徑原則上力求大些為好，但結(jié)合鉆孔方便考慮，不宜＜Φ 48 mm。

2.4.2 合理避讓

巖爆段在掘進(jìn)爆破后，利用前期通風(fēng)工序時(shí)間先躲避，待巖爆減弱后噴水、找頂。對(duì)掌子面、洞起拱線以上的壁面及時(shí)噴水，保持巖面潮濕與巡回找頂。

對(duì)于中等巖爆，應(yīng)該停止施工作業(yè)，撤至50 m以外安全區(qū)，并設(shè)法遠(yuǎn)離向巖爆區(qū)巖面噴水，待巖爆緩解至基本無(wú)巖爆跡象后進(jìn)行找頂，撬除已松裂的巖片、巖塊，進(jìn)行打錨桿掛網(wǎng)噴混凝土加固處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文主要介紹了洞內(nèi)主要的施工工序及不良地質(zhì)段施工處理;Ⅴ類(lèi)圍巖，立16#鋼支撐間距0.5 ～1.5 m不等，由工程地質(zhì)人員根據(jù)地質(zhì)情況確定鋼支撐的間距。Ⅳ類(lèi)圍巖，全周打系統(tǒng)錨桿，錨桿間距1 000 mm×1 000 mm。Ⅲ類(lèi)圍巖，隨機(jī)錨桿。Ⅱ類(lèi)圍巖，隨機(jī)錨桿。

施工前對(duì)地下通過(guò)破碎松散、涌水、淺埋段等不良地質(zhì)地段制定相應(yīng)的預(yù)防措施，備足有關(guān)的應(yīng)急機(jī)具和材料。對(duì)于不良地質(zhì)段的洞室施工，應(yīng)該先治水，采用短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌的措施，穩(wěn)步前進(jìn)。

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