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摘 要：文章以西藏芒康縣登曲河覺巴水電站為例，介紹小斷面長隧洞在高原嚴寒缺氧地區(qū)、地質(zhì)條件較差、單向掘進距離長等的不利情況下，如何解決通風(fēng)排煙、開挖出渣、一次支護、設(shè)備故障率高等問題，從而在確保安全質(zhì)量前提下加快隧洞施工進度的施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高原；小斷面長隧洞；快速；施工技術(shù)

1 概述

1.1 工程概況

覺巴水電站位于西藏昌都市芒康縣境內(nèi)的瀾滄江右岸一級支流登曲河中下游河段，采用混合式開發(fā)，正常蓄水位3228.00m，裝機容量30MW，年均發(fā)電量1.47 億kW·h，工程任務(wù)為發(fā)電。本工程屬四等?。?）型工程。

引水隧洞采用有壓引水方式，總長為4191.813m，高程為3213～3187m，斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸為3m×3.5m（寬×高），開挖斷面面積為9.735m2，凈斷面尺寸為2.1m×2.7m～2.8m×3.1m（寬×高）。整條隧洞共布置2條施工支洞和1條通風(fēng)洞，1#支洞位于Y0+053.13m，2#支洞位于Y3+418.36m，1、2#支洞間隧洞施工為工程控制性工程，長3365m，坡降為0.424%，單工作面掘進長度約1.8km，調(diào)壓井施工洞（兼調(diào)壓井通風(fēng)洞）位于Y3+940m。

1.2 水文地質(zhì)條件

樁號引1+704.000m 前隧洞段圍巖為陡傾角的大理巖、片巖和變質(zhì)砂巖，從樁號引1+704.000m 至調(diào)壓井之間隧洞段圍巖為流紋巖，自身承載力高，且穿越覺巴山斷裂帶。引水隧洞沿線穿過圍巖類別主要為Ⅲ、Ⅳ類為主，部分Ⅱ、Ⅴ類，Ⅱ類圍巖共計178m，Ⅲ類圍巖共計2288m，Ⅳ類圍巖共計1368m，Ⅴ類圍巖共計357.813m。其中引2+193～2+330共137m為覺巴山斷裂，斷裂帶構(gòu)造角礫巖、揉皺發(fā)育，易產(chǎn)生塑性變形，該區(qū)域為地下水富集。

2 引水隧洞開挖斷面選擇

隧洞采用有壓引水，電站總引用流量為6.15m3/s，流量較小。隧洞斷面尺寸主要由施工要求的最小斷面確定，隧洞斷面為城門洞型，開挖斷面均采用3.0m×3.5m（寬×高）。

從圖1中可看出，隧洞的高度受隧洞出渣時扒渣機裝渣高度控制（距離地面2.5m），3.5m高度較為合適。隧洞寬度具有一定優(yōu)化空間，但隧洞采用農(nóng)用車出渣，隧洞寬度有一定安全余量，便于農(nóng)用車快速通行，同時隧洞中經(jīng)常有工作人員通行，隧洞也有一定寬度，減少了發(fā)生安全事故的概率，對快速施工較為有利。因此引水隧洞開挖斷面選擇3m×3.5m（寬×高）便于快速施工，斷面選擇較合適。

3 隧洞快速開挖施工方法

本電站控制性線路為1#～2#施工支洞間主洞開挖支護施工，長3365m，1#施工支洞長99.5m，2#施工支洞長125m，支洞及主洞全長3589.5m，最大獨頭工作面約1800m。為實現(xiàn)快速施工，與常規(guī)隧洞施工方法相比，主要從管理模式、資源配置和如何提高在高原建設(shè)環(huán)境下的施工工效等方面采取了相關(guān)措施。

3.1 管理模式

3.1.1 建設(shè)單位的管理模式

為探索西藏水電項目管理模式，電站主體工程采取設(shè)計施工總承包模式建設(shè)，為加強質(zhì)量管控，同時設(shè)置工程建設(shè)監(jiān)理。建設(shè)單位將“抓關(guān)鍵項目，控制重點工序，全面促進工程進展”作為進度管理的指導(dǎo)原則，實行層層目標負責(zé)制。重點督促承包人的保障措施及資源落實情況，嚴格把關(guān)承包人的“架子隊”隊員及隧洞施工管理人員，對不合格隊伍及人員予以清退；制定進度“紅、黃牌”考核制度，同時配套制定獎罰措施并嚴格執(zhí)行，直接獎罰至作業(yè)班組及作業(yè)人員，充分調(diào)動作業(yè)人員的積極性。

3.1.2 承包人的管理模式

承包人實行“一級管理、二級核算、隊為基礎(chǔ)”的管理模式。項目部成立專業(yè)洞挖架子隊，架子隊分設(shè)專業(yè)班組。架子隊隊長為項目部隧洞施工經(jīng)驗豐富管理人員擔(dān)任，同時項目部各級管理人員全程跟蹤監(jiān)督管理，并進行技術(shù)指導(dǎo)。對隧洞開挖支護進度進行日跟蹤，實現(xiàn)周考核并進行獎懲，以充分調(diào)動各級人員的積極性。

3.2 資源配置情況

3.2.1 高原嚴寒缺氧地區(qū)降效情況

在高原缺氧條件下，人員、機械設(shè)備降效嚴重，不能充分發(fā)揮應(yīng)有的效率，且機械設(shè)備完好率下降嚴重，施工中為保證工程建設(shè)的正常開展需引進或儲備足夠數(shù)量的勞動力、機械設(shè)備和備品配件等，相比內(nèi)地完成同類型項目工程量要投入更多的人力、物力和財力，致使投入成本大大增加。查閱水電建筑工程概算定額（2007），在海拔3200m地區(qū)人工、機械效率理論降低系數(shù)分別為1.2、1.45。

芒康縣地處藏東，交通不便給設(shè)備運輸、維修帶來很大的影響。即使常用備品、備件備足，設(shè)備維護到位，高原地區(qū)對設(shè)備的影響也還是非常大，一些偶發(fā)的設(shè)備故障需要等專業(yè)的維修人員或零件從內(nèi)地進入，直接影響工程建設(shè)進度。

3.2.2 資源配置情況

隧洞作業(yè)人員、設(shè)備及備品、備件的數(shù)量按內(nèi)地常規(guī)配置的1.5～2倍配置，并注重質(zhì)量選擇。引水隧洞施工各工作面風(fēng)、水、電及排煙設(shè)備專線敷設(shè)，確保關(guān)鍵線路不因設(shè)備問題影響施工進度。冬雨季期間提前儲備足夠的物資材料等資源，確保了現(xiàn)場施工連續(xù)性。

3.3 隧洞開挖

隧洞開挖分為測量放線、鉆孔爆破、通風(fēng)散煙、安全處理、出渣、一次支護等工序。為實現(xiàn)快速施工縮短工序銜接時間，除特殊原因外，對各工序脫節(jié)超過1小時的給予經(jīng)濟處罰，有效促進了工序銜接。

3.3.1 測量

引水隧洞采用Leica TCA2003全站儀配合激光指向儀測量。激光指向儀有效指向，便于鉆爆工控制鉆孔方向，同時可減輕測量工作量。安裝指向儀后，間隔一排炮用全站儀檢查指向儀指向是否正確，并檢查開挖斷面。

3.3.2 鉆孔爆破

覺巴山以西（隧洞上游）巖石為片巖、變質(zhì)砂巖互層，片巖硬度為5～6度，變質(zhì)砂巖硬度為5～7度；以東（隧洞下游）為流紋巖，硬度為6度。采用YT28氣腿式手風(fēng)鉆鉆孔，全斷面開挖。爆破參數(shù)見表1～表2。

說明：Ⅱ類圍巖采用隨機錨桿支護，不占直線工期；Ⅲ類圍巖采用隨機錨桿+素噴支護，約8排炮支護一次約12小時，平均每排炮一次支護時間為1.5小時。Ⅳ類圍巖采用系統(tǒng)錨桿+素噴支護，每排炮支護一次約4小時。Ⅴ類圍巖采用超前錨桿（根據(jù)需要進行超前灌漿）+鋼拱架+網(wǎng)噴支護，每排炮支護一次約7小時。

3.3.3 安全處理

隧洞開挖過程中，安全工作尤其重要。安全處理分為出渣前安全處理及日常安全處理兩個環(huán)節(jié)。

具體措施為：

出渣前安全處理：在出渣前，由有經(jīng)驗的安全處理人員對爆破區(qū)影響范圍內(nèi)的邊頂拱圍巖進行清撬處理。清撬時，采用長撬錕，工人距離清撬處的距離不得少于2m，工人不得站在清撬部位的下方。如清撬困難又有大塊體掉落的危險，可采取扒炮的方式將危險大塊體炸落。

日常安全處理：對于未及時封閉的圍巖，隨著爆破震動或風(fēng)化影響，有局部掉落的可能。在每間隔50m設(shè)置圍巖收斂變形監(jiān)測的基礎(chǔ)上，由專業(yè)的安全處理人員每天進行檢查，遇有松動巖塊及時清除。對于進行噴錨支護的圍巖，也需經(jīng)常檢查，如有開裂現(xiàn)象，需分析原因，及時處理。

總之，避免出現(xiàn)安全事故，是隧洞實現(xiàn)快速施工的基礎(chǔ)條件，不得因盲目搶工期忽略安全工作。對巖石較差地段，采取“短進尺、弱爆破、勤觀測、強支護”的隧洞快速施工方式；同時對進入斷裂帶等特殊洞段采用數(shù)字式全景鉆孔攝像系統(tǒng)進行物探檢測成像分析巖性及裂隙分布情況進行超前地質(zhì)預(yù)報，提前采取應(yīng)對措施避免了因盲目掘進出現(xiàn)不必要的塌方現(xiàn)象。

3.3.4 通風(fēng)散煙

在高海拔寒冷氣候條件下，隧洞施工通風(fēng)是制約隧洞能否實現(xiàn)快速施工的關(guān)鍵因素。為實現(xiàn)快速施工，本工程采取的隧洞通風(fēng)方式為正壓壓入式送風(fēng)；另外，洞內(nèi)出渣設(shè)備增加煙塵凈化裝置，可大大改善洞內(nèi)出渣過程中的工作環(huán)境。

在洞口配置軸流風(fēng)機供風(fēng)。軸流風(fēng)機選型與隧洞長度、風(fēng)壓、風(fēng)量等因素有關(guān)。計算公式為：

（1）洞內(nèi)施工人員及爆破散煙需要的風(fēng)量計算

一是施工人員需要的用風(fēng)量：Vp=vpmK。

式中：Vp-施工人員所需風(fēng)量，m3/min；vp-洞內(nèi)每人需要的新鮮空氣，一般按3m3/min計算；m-洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，本隧洞按10人計算；K-風(fēng)量備用系數(shù)，一般為1-1.15，本處選1.15。

（2）通風(fēng)機工作風(fēng)量的計算

通風(fēng)機的工作風(fēng)量應(yīng)為施工所需風(fēng)量與風(fēng)筒漏風(fēng)量之和。依據(jù)公式：Vm=（1+PL/100）·V。

式中：Vm-風(fēng)機工作風(fēng)量，m3/min；V-洞內(nèi)施工需要的有效風(fēng)量，本工程為759.25m3/min；L-風(fēng)管長度，本工程為1912m；P-每100m風(fēng)管漏風(fēng)量，本工程為高強絲風(fēng)管，取2%。

（3）通風(fēng)機電機容量的選擇

式中：N-通風(fēng)機電動機容量，kW；Vm-通風(fēng)機工作容量，m3/s；hm-通風(fēng)機工作風(fēng)壓，mmH2O，本工程取50；r-空氣重率，海平面為1.2，本工程取1.0；B-電動機容量儲備系數(shù)，本工程取1.5；η1-靜壓效率，取0.5；η2-機械傳動效率，取0.5。

（4）風(fēng)機與風(fēng)管的布置

根據(jù)以上計算及施工中風(fēng)量的損耗及相關(guān)施工經(jīng)驗，通過選型，風(fēng)機型號為SFD-Ⅱ-8.7A型對旋軸流風(fēng)機，風(fēng)機功率為2×55kW，風(fēng)壓4000～8000Pa，流量1140～1900m3/min，風(fēng)量、風(fēng)壓及功率均滿足計算并有一定富裕（當(dāng)選用1×55kW時風(fēng)量、風(fēng)壓只能滿足約1000m的通風(fēng)要求）。

受隧洞斷面限制，本隧洞風(fēng)管選用直徑60cm的高強絲風(fēng)筒，掛在隧洞頂部，以便設(shè)備出渣時不受通風(fēng)影響。

當(dāng)選用2×55kW通風(fēng)機時，最大通風(fēng)距離為1912m，滿足本工程最大獨頭工作面距離1800的要求。為節(jié)約供電，根據(jù)隧洞的進尺，選擇合適的通風(fēng)機（11kW、37kW、1×55kW、2×55kW逐級遞增）。

3.3.5 出渣

隧洞出渣方式可選擇無軌運輸及有軌運輸。無軌出渣方式采用WZL-100型履帶式扒渣機裝渣，配置2t農(nóng)用車運渣；有軌出渣方式；采用WZL-100型履帶式扒渣機裝渣，鋪設(shè)24kg/m的軌道，配置8T軌道電車及6m3梭車運渣。兩種出渣方式的技術(shù)、經(jīng)濟比選見表3。

通過比選，無軌出渣方式在經(jīng)濟上、出渣時間及故障率等方面占優(yōu)勢，缺點是農(nóng)用車尾氣排放對工人身體的危害，本工程采用無軌方式出渣。

對農(nóng)用車尾氣排放采取的措施如下：一是在農(nóng)用車尾氣排放管上安裝MINE-X 柴油機尾氣過濾器（芯體原裝進口），對廢氣有害物質(zhì)CO、HC臭味、DPM黑煙轉(zhuǎn)化為H2O和CO2，轉(zhuǎn)化率分別達99%、90%、30%，且該裝置安裝較為方便，只需將產(chǎn)品直接安裝在排氣歧管出口的波紋管后，排氣管接口尺寸根據(jù)不同的發(fā)動機定制；二是根據(jù)隧洞進尺深度逐步加大通風(fēng)機功率；三是加強勞動保護用品的正確佩戴。采取以上幾點措施有效提高了洞內(nèi)空氣質(zhì)量，提高了洞內(nèi)設(shè)備及人員的功效。

3.4 一次支護

為實現(xiàn)隧洞的快速施工，需解決好開挖與一次支護之間的關(guān)系，采取的主要措施有：一是采取光面爆破，嚴格控制開挖質(zhì)量，使爆破對周邊圍巖的影響降到最低，降低開挖支護量；二是采取“新奧法”施工，及時進行支護，開挖后地質(zhì)工程師及時進行地質(zhì)編錄并確定適當(dāng)?shù)闹ёo方式；三是有效利用巖石變形時間：每排炮開挖后噴錨支護，準備工作及收尾工作將占用2～3小時，必將影響到開挖進尺，根據(jù)有效的安全監(jiān)測提供科學(xué)的巖石變形數(shù)據(jù)，充分利用巖石自穩(wěn)時間，Ⅱ類圍巖采取隨機錨桿支護，Ⅲ類圍巖開挖20m后噴錨支護，Ⅳ、Ⅴ類圍巖每排炮及時支護，有效的節(jié)約了支護時間。

3.5 冬季隧洞施工技術(shù)措施

冬季施工主要的影響有施工用水、用油問題，覺巴電站氣溫資料見表4。從表4中可看出，每年的11月～次年3月，尤其是12月～次年2月夜間氣溫較低。

3.5.1 冬季施工用水

冬季隧洞開挖主要涉及用水問題，水管易結(jié)冰，風(fēng)鉆無法使用，嚴重影響隧洞的快速施工。采取的主要措施有：一是將蓄水箱及供水管路埋入地下；二是為防止管路內(nèi)結(jié)冰，每次用水完畢，將管內(nèi)、水箱內(nèi)積水放空，用水時從河中抽水，由于水在流動時不易結(jié)冰，解決了水管凍結(jié)對施工的影響；三是如前述措施均不能解決水管結(jié)冰問題，則在洞內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)立集水箱，用水泵抽水，利用洞內(nèi)溫度高的特點解決水管結(jié)冰。

本工程采取上述措施后，有效解決了水管結(jié)冰問題，為快速施工創(chuàng)造了有利條件。

3.5.2 冬季施工用油

由于氣溫低，常用的0#柴油冬季無法滿足施工需要，夜間施工設(shè)備無法啟動，嚴重制約了隧洞的快速施工，本工程在冬季改用-20#柴油，有效解決了該問題。

4 實施效果比較

引水隧洞1#、2#施工支洞分別于2013年10月3日、12月26日正式進入主洞開挖施工，通過一年多的實踐，摸索出了一套高海拔、高寒缺氧、小斷面長隧洞快速施工技術(shù)，主洞于2015年1月29日順利貫通，較合同工期提前10個多月貫通。主關(guān)鍵線路1#、2#施工支洞間主洞月平均進尺116m/月，1#施工支洞下游月平均進尺128m/月，最高月進尺達168m/月。與類似工程相比，在施工進度上有明顯提高，詳見表5。

5 結(jié)束語

開挖施工中，合理配置資源及設(shè)備完好率是快速施工的關(guān)鍵，合理組織安排施工程序及調(diào)動參建人員的積極性是保障快速施工的重要因素。對不良地質(zhì)洞段采取及時支護或超前支護是確保隧洞安全施工的前提，從而保障隧洞順利施工。高原高寒缺氧、小斷面長隧洞快速施工技術(shù)在本工程的成功實踐，可為類似工程提供借鑒參考作用。

參考文獻

[1]水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊 第二卷 施工技術(shù)[M].中國水利水電出版社，2008.

[2]郭進平，聶興信.新編爆破工程實用技術(shù)大全[M].光明日報出版社，2002.

作者簡介：席隆海（1982-），男，四川廣安人，華能瀾滄江水電股份有限公司，工程師，主要從事水電工程項目管理工作。