劉　宇

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局， 遼寧 撫順　113007)

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大伙房輸水洞改造洞室擴(kuò)挖施工技術(shù)措施分析

劉宇

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局， 遼寧 撫順113007)

【摘要】本文以大伙房輸水洞改造工程為例，闡述了在洞室擴(kuò)挖施工中采用的工藝及方法，著重介紹了爆破開(kāi)挖、圍巖支護(hù)及洞室斷面測(cè)量中采取的技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】大伙房輸水洞改造； 技術(shù)措施； 爆破開(kāi)挖； 圍巖支護(hù)； 洞室斷面測(cè)量

大伙房輸水洞始建于20世紀(jì)50年代，主要功能包括水庫(kù)建設(shè)期施工導(dǎo)流和水庫(kù)運(yùn)行期泄洪、灌溉、發(fā)電及下游河道環(huán)境引水等。輸水洞主洞下游分為支洞1和支洞2，支洞1設(shè)計(jì)為電站支洞。因電站運(yùn)行期已達(dá)數(shù)十年，發(fā)電機(jī)組維修養(yǎng)護(hù)頻繁，故障率不斷上升。2010年7月下旬，水庫(kù)上游連降暴雨，根據(jù)水庫(kù)特征水位防汛調(diào)度方案要求，128.29m水位時(shí)應(yīng)采用輸水洞泄洪，且對(duì)應(yīng)泄洪量應(yīng)達(dá)到400m3/s，但實(shí)際情況是支洞1機(jī)組故障關(guān)閉檢修閘門(mén)，未能及時(shí)參與泄洪，因而水庫(kù)被迫采取應(yīng)急手段，開(kāi)啟非常溢洪道泄洪。根據(jù)不同水位下非常溢洪道下泄水流特點(diǎn)，低水位情況下泄洪會(huì)對(duì)非常溢洪道下游右岸護(hù)坡及底部河床產(chǎn)生嚴(yán)重沖刷。此次泄洪致使非常溢洪道下游右岸護(hù)坡?lián)p毀嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)損失巨大。經(jīng)多方論證后，于2013年底對(duì)大伙房輸水洞進(jìn)行改造施工。

該工程建設(shè)任務(wù)是通過(guò)對(duì)輸水洞支洞2的改造，在不考慮電站支洞下泄洪水的情況下，僅通過(guò)支洞2即滿足汛期水庫(kù)防洪調(diào)度運(yùn)用的要求，提高汛期水庫(kù)防洪調(diào)度的安全性。將支洞2洞徑由5.5m擴(kuò)至6.5m，支洞2-1和支洞2-2洞徑由4m擴(kuò)至5m。改造后，輸水洞在庫(kù)水位為128.22m時(shí)，支洞2設(shè)計(jì)泄量可達(dá)到409.4m3/s，滿足汛期防洪調(diào)度下泄流量的要求；在支洞2-1、2-2末端引出一岔管后接調(diào)流閥，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸水洞下泄流量的調(diào)節(jié)控制，其調(diào)節(jié)流量區(qū)間為8～47m3/s?？梢詽M足非汛期下游供水要求。

1工程洞室擴(kuò)挖方式

根據(jù)大伙房輸水洞改造工程總體施工進(jìn)度要求，并結(jié)合地下洞室現(xiàn)有狀況，對(duì)地下洞室擴(kuò)挖采用全斷面掘進(jìn)施工為主、靜態(tài)爆破施工為輔的原則，一次性完成地下洞室拆除和擴(kuò)挖施工。整個(gè)進(jìn)尺循環(huán)過(guò)程為：鉆孔爆破→除渣→噴錨支護(hù)→欠挖處理→支護(hù)。該工程采取支洞2與支洞2-1同時(shí)開(kāi)挖進(jìn)尺的方式施工，將支洞2-2作為進(jìn)入主洞的施工通道，主洞拆除的棄渣臨時(shí)放在洞室分岔段部位，支洞2-1棄渣由出口直接運(yùn)出。待支洞2-1開(kāi)挖及支護(hù)工作全部完成后，再將支洞2開(kāi)挖后棄渣由支洞2-1運(yùn)出，同時(shí)進(jìn)行主洞與支洞2-2開(kāi)挖施工。支洞2平面布置如圖1所示。

圖1　支洞2平面布置

地下洞室擴(kuò)挖采用YT-28型手風(fēng)鉆鉆孔，毫秒微差爆破，開(kāi)挖邊線光面爆破；采用短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)方法進(jìn)行施工，Ⅳ類(lèi)圍巖鉆孔深2.5m，循環(huán)進(jìn)尺2.0m；Ⅲ類(lèi)圍巖鉆孔深3.0m，循環(huán)進(jìn)尺2.5m；并及時(shí)進(jìn)行洞內(nèi)排水溝及欠挖處理施工。受擴(kuò)洞斷面狹小制約，采用人工配合0.5m3反鏟扒底和清面，同時(shí)負(fù)責(zé)裝渣，出渣采用小型自卸汽車(chē)，棄渣料運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

2洞室擴(kuò)挖施工中的技術(shù)問(wèn)題處理

2.1爆破開(kāi)挖

大伙房輸水洞洞室現(xiàn)有狀況已形成臨空面，采用中間進(jìn)行崩落爆破、周邊布設(shè)光面爆破孔的爆破方法。炮孔布置原則：周邊孔的孔距以(10～15)d(d為孔徑)控制，最小抵抗線與孔距之比控制在1.30～1.33之間。崩落孔等間距盡可能按梅花形布置，最小抵抗線與孔距之比控制在1～1.2之間。爆破參數(shù)：?鉆孔深3.0m，循環(huán)進(jìn)尺2.5m(用于Ⅲ類(lèi)圍巖擴(kuò)洞斷面)，鉆孔深2.5m，循環(huán)進(jìn)尺2.0m(用于Ⅳ類(lèi)圍巖擴(kuò)洞斷面)，爆破孔孔徑為42mm；?裝藥量，崩落孔爆破采用φ32mm藥卷，崩落孔裝藥系數(shù)取0.5～0.8，為保證光爆效果，周邊采用φ25mm藥卷，間隔裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥量控制在(200～350)g/m(典型光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示)；?起爆順序，爆破采用塑料導(dǎo)管并聯(lián)成爆破網(wǎng)絡(luò)，毫秒延發(fā)雷管實(shí)現(xiàn)微差爆破，塑料導(dǎo)爆管+傳爆電雷管→塑料導(dǎo)爆管+非電毫秒雷管→起爆炸藥；?爆破技術(shù)參數(shù)如下頁(yè)表所列。

圖2　典型光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)爆破技術(shù)參數(shù)表

圍巖類(lèi)型鉆孔深度/m循環(huán)進(jìn)尺/m爆破效率/%斷面面積/m2爆破方量/m3裝藥量/kg單位耗藥量/(kg/m3)Ⅱ、Ⅲ3.002.5083.3325.2675.7851.550.68Ⅲ3.002.5083.339.7629.2840.951.40Ⅳ2.502.0080.009.7624.4024.250.99

2.2洞室圍巖支護(hù)采取的技術(shù)措施

2.2.1洞室?guī)r性分析

天然巖體在初始應(yīng)力場(chǎng)作用下處于平衡狀態(tài)，由于人工開(kāi)挖擾動(dòng)，一定范圍內(nèi)的圍巖應(yīng)力重分布，力學(xué)特征表現(xiàn)為大面積的卸荷[1]。對(duì)施工地質(zhì)做出及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷是最大程度地規(guī)避施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的最有效措施[2]。大伙房輸水洞改造洞室進(jìn)口段段長(zhǎng)105.00m，巖性為弱風(fēng)化花崗片麻巖，巖體較完整，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水以滴水為主，洞室埋深30m左右，圍巖整體較穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差，以Ⅲ類(lèi)為主。洞室出口段段長(zhǎng)52.00m，巖性為強(qiáng)—弱風(fēng)化花崗片麻巖，巖體較完整—不完整，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水以滴水為主，局部線流，洞室埋深10～35m，考慮洞室埋深、上部強(qiáng)風(fēng)化巖及原開(kāi)挖成洞形成的松動(dòng)圈松動(dòng)巖體等因素，該段圍巖穩(wěn)定性較差，自穩(wěn)時(shí)間較短，綜合評(píng)定為Ⅳ類(lèi)圍巖。Ⅲ類(lèi)圍巖部分支護(hù)緊跟掌子面，如初噴混凝土，其他部分支護(hù)可稍滯后開(kāi)挖面，如掛網(wǎng)復(fù)噴、打設(shè)錨桿等；Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)圍巖的支護(hù)每排炮及時(shí)跟進(jìn)，同時(shí)根據(jù)圍巖變形監(jiān)測(cè)情況，必要時(shí)進(jìn)行超前支護(hù)。

2.2.2支護(hù)作業(yè)流程

噴錨支護(hù)程序：?噴第一層混凝土；?鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿；?掛鋼筋網(wǎng)；?噴第二層混凝土。其中第一層混凝土噴射和錨桿施工在該開(kāi)挖作業(yè)循環(huán)內(nèi)完成，掛網(wǎng)和復(fù)噴混凝土可滯后開(kāi)挖作業(yè)循環(huán)進(jìn)行，不良地質(zhì)段的錨桿支護(hù)、掛網(wǎng)及網(wǎng)噴混凝土(特別是頂拱開(kāi)挖)必須緊跟施工作業(yè)面。巖石錨噴掛網(wǎng)施工工藝流程如圖3所示。

圖3　巖石錨噴掛網(wǎng)施工工藝流程

各擴(kuò)挖支洞錨桿支護(hù)長(zhǎng)度小于4.5m的錨桿采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，人工插入錨固劑，各支洞噴混凝土采用TK-961噴射機(jī)施噴作業(yè)；鋼筋網(wǎng)在鋼筋加工廠預(yù)制；噴混凝土料在施工區(qū)設(shè)置1臺(tái)J5-500型移動(dòng)式拌和機(jī)拌制，錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土料等采用小型自卸車(chē)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)；水平段洞室施工采用自制隧洞作業(yè)臺(tái)車(chē)為作業(yè)平臺(tái)完成鉆炮孔、噴錨及欠挖處理等相關(guān)作業(yè)，斜坡段施工采用搭設(shè)腳手架的方式完成相關(guān)作業(yè)。

2.2.3洞室出口處支護(hù)

洞室外山體采用噴錨支護(hù)，根據(jù)洞室外山體形式，在洞室出口上方設(shè)置兩榀門(mén)字形工字鋼對(duì)洞口上部分山體進(jìn)行支護(hù)，兩榀之間采用工字鋼連接，工字鋼與山體內(nèi)錨筋焊接，上方鋪鋼筋網(wǎng)及土工布防止山體落石。洞室出口處采用三榀工字鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)，在第一次爆破進(jìn)尺清理結(jié)束后，迅速完成初噴工作，然后將鋼拱架與定位鋼筋焊接。兩榀鋼拱架之間采用φ22鋼筋連接，并將鋼拱架與鋼筋網(wǎng)、錨桿焊接為一個(gè)整體。鋼架與洞壁間隙較大處設(shè)置巖石或混凝土墊塊。鋼架安設(shè)好之后要盡快噴混凝土，使鋼架與混凝土形成整體共同受力?；炷羾娚漤樞?yàn)樽韵露稀?/p>

2.3洞室斷面測(cè)量

圖4　洞室斷面測(cè)量示意圖

2.4欠挖處理

洞室欠挖處理遵循以下流程：開(kāi)挖→現(xiàn)場(chǎng)勘查確定巖性→確定支護(hù)方案完成支護(hù)→根據(jù)測(cè)量確定欠挖部位→欠挖處理→復(fù)測(cè)及防護(hù)。

該工程按照5m間隔對(duì)洞室開(kāi)挖支護(hù)斷面進(jìn)行測(cè)量，欠挖明顯部位要求縮短間隔，測(cè)出欠挖面積。在洞室邊墻設(shè)置控制樁號(hào)基準(zhǔn)點(diǎn)，欠挖位置用紅色油漆標(biāo)記，測(cè)量結(jié)果及時(shí)以記錄單形式與施工技術(shù)人員交底。欠挖處理原則：欠挖厚度大于30cm，且欠挖面積大于15m2的，采用鉆孔爆破處理；欠挖厚度小于30cm，且欠挖面積較小的，采用人工風(fēng)鎬挖除。欠挖部位處理結(jié)束后，對(duì)該部位進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)合格后立即進(jìn)行支護(hù)。

3結(jié)語(yǔ)

a.結(jié)合地下洞室現(xiàn)有狀況，對(duì)地下洞室擴(kuò)挖采用合理的掘進(jìn)方式是保證施工進(jìn)度的必要手段。

b.根據(jù)已掌握的地質(zhì)資料和開(kāi)挖基礎(chǔ)面情況分析圍巖類(lèi)別，進(jìn)而調(diào)整支護(hù)方式并控制開(kāi)挖面距離。

c.通過(guò)優(yōu)化觀測(cè)方法，提高斷面處理的作業(yè)速度，為斷面欠挖處理提供重要的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李建林.卸荷巖體力學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003.

[2]溫定煜.軟巖隧洞施工技術(shù)方法[J].山西水利科技,2010(3):37-39.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.004

中圖分類(lèi)號(hào)：TV542

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)07- 0012- 03

Analysis on expansion construction technology measures of transformed chamber in Dahuofang water conveying tunnel

LIU Yu

(LiaoningDahuofangReservoirAdministration,Fushun113007,China)

Abstract：In the paper, process and method adopted in chamber expansion construction are described through Dahuofang water tunnel reconstruction project. Blasting excavation, surrounding rock supporting and technical measures adopted in cavity profile measurement are mainly introduced.

Key words：Dahuofang water conveying tunnel transformation; technical measures; blasting excavation; surrounding rock supporting; cavity profile measurement