聶彥春

(山西省中部引黃工程建設(shè)管理局，山西太原030002)

1 工程概況

引水隧洞是輸水工程的重要組成部分之一，往往具有坡度大、單個(gè)工作面施工距離長(zhǎng)、地質(zhì)復(fù)雜、施工斷面小，并且出渣難、通風(fēng)難等特點(diǎn)，施工難度非常大，嚴(yán)重制約著隧洞掘進(jìn)速度。山西省中部引黃工程25標(biāo)引水隧洞位于山西省呂梁市石樓縣境內(nèi)，隧洞施工總長(zhǎng)29.13 km，其中引水主洞長(zhǎng)22.81 km，支洞與主洞均為城門(mén)形斷面，支洞凈寬3.65 m，凈高3.2 m；主洞凈寬2.5 m，凈高3.24 m。其中，17#隧洞工程施工支洞長(zhǎng)605 m，坡度43.71%，出渣方式為有軌運(yùn)輸，圍巖巖性為三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組上段砂巖與泥巖互層，主要為Ⅳ類圍巖。因該工程支洞及主洞開(kāi)挖斷面均較小、施工距離長(zhǎng)且支洞坡度較大，導(dǎo)致洞內(nèi)可利用作業(yè)空間有限，工序干擾大、出渣及人員運(yùn)輸困難，采用傳統(tǒng)工藝，掘進(jìn)速度慢，施工成本高，而且工期無(wú)法保證。

為確保施工任務(wù)順利完成，建設(shè)單位及時(shí)組織各參建單位及專家研究制定加快引水隧洞施工進(jìn)度的措施，并通過(guò)在實(shí)際施工過(guò)程中的不斷實(shí)踐和探索，對(duì)爆破、通風(fēng)、出渣、噴錨

支護(hù)工藝以及施工管理等各環(huán)節(jié)或工序中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)解決和優(yōu)化，有效保證施工任務(wù)的按期完成。

2 引水隧洞爆破工藝

隧洞開(kāi)挖主要為石方開(kāi)挖，采用光面爆破的方法一次成型。原施工采用“八字掏心”爆破法，存在施工進(jìn)尺不理想，洞渣拋射距離長(zhǎng)等不足。對(duì)此，根據(jù)隧洞圍巖特性，采用“直眼掏心”爆破法(圖1和圖2)， 每個(gè)循環(huán)總布孔數(shù)45個(gè)左右， 其中布置9個(gè)孔深為3 m掏心孔，輔助孔及周邊孔為36個(gè)左右，

圖1 直眼掏心法的掏心眼布置

圖2 導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)絡(luò)

孔深2.5 m。此方法較“八字掏心”爆破法施工的總孔數(shù)增加約9個(gè)，但是采取“直眼掏心”具有鉆孔作業(yè)角度小、方便4臺(tái)鉆機(jī)上下同時(shí)作業(yè)、相互干擾小等優(yōu)點(diǎn)，每循環(huán)鉆孔爆破時(shí)間縮短至2.1小時(shí)左右，使得鉆孔工效顯著提高，此外對(duì)比“八字掏心法”，單循環(huán)有效進(jìn)尺由1.8 m提高至2.3 m。采用“直眼掏心”爆破法后，洞渣的拋射距離由“八字掏心”時(shí)的50 m～60 m降低至現(xiàn)在的10 m左右，因此通風(fēng)風(fēng)帶可以與掌子面保持較小的距離，有利于提高通風(fēng)效率，縮短通風(fēng)散煙時(shí)間，通風(fēng)時(shí)間由原來(lái)的60 min縮短至36 min左右，爆破與出渣工序銜接更緊湊，施工工效明顯提高。

3 洞內(nèi)通風(fēng)工藝

由于引水隧洞通風(fēng)距離長(zhǎng)，對(duì)通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)效率提出了更高的要求。17#隧洞支洞長(zhǎng)605.35 m，上游控制主洞段長(zhǎng)1791.91 m，下游控制主洞段長(zhǎng)1939.09 m，隧洞通風(fēng)距離為2397.26 m～2544.44 m。洞口采用Y-200L2-2型的3級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)(圖3)，每一級(jí)功率37 kW，總功率111 kW。在主洞上游及下游距交叉段800 m左右的位置分別布置一臺(tái)SF-I-NO.6.0型軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行洞內(nèi)通風(fēng)接力，風(fēng)機(jī)功率15 kW。支洞風(fēng)袋直徑80 cm，主洞風(fēng)袋直徑60 cm。洞內(nèi)設(shè)有風(fēng)袋臨時(shí)存放點(diǎn)，需要時(shí)及時(shí)取用。風(fēng)帶隨施工進(jìn)尺及時(shí)安裝，由2名專業(yè)人員每天對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)風(fēng)帶破損時(shí)，將該段破損風(fēng)袋整體拆下，用洞內(nèi)備用風(fēng)袋進(jìn)行更換(圖4)，17#隧洞通風(fēng)系統(tǒng)基本上無(wú)漏風(fēng)現(xiàn)象，拆卸后的風(fēng)袋在洞外統(tǒng)一修補(bǔ)。此外，17#工區(qū)在每臺(tái)出渣車輛上均安裝了尾氣凈化裝置，有效地過(guò)濾了大顆粒物，改善了洞內(nèi)通風(fēng)作業(yè)條件，也減小了主洞內(nèi)的通風(fēng)壓力。

圖3 洞外通風(fēng)

圖4 洞內(nèi)通風(fēng)

總之，通過(guò)采用“直眼掏心、增壓風(fēng)機(jī)、風(fēng)帶跟進(jìn)掌子面、汽車尾氣凈化裝置”等綜合措施，將洞內(nèi)通風(fēng)時(shí)間由60 min降低至36 min，大大縮短了通風(fēng)排煙時(shí)間，節(jié)省了成本，提高了工效。

4 隧洞出渣工藝

主洞和支洞采用有軌運(yùn)輸?shù)某鲈绞?，出渣時(shí)間長(zhǎng)，效率低，工序間不能緊密銜接，爆破后圍巖暴露時(shí)間長(zhǎng)，不能及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)，施工安全難以保證。對(duì)此，提出對(duì)出渣工藝進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 支洞出渣工藝

交叉段設(shè)置轉(zhuǎn)渣系統(tǒng)，對(duì)交叉段進(jìn)行適度擴(kuò)挖后形成儲(chǔ)料倉(cāng)(圖5)，儲(chǔ)料倉(cāng)具備2～3車的存渣能力約6 m3，礦車可運(yùn)行到儲(chǔ)料倉(cāng)底部接料，通過(guò)閘門(mén)控制，將渣料卸至礦車內(nèi)，料滿后由絞車直接運(yùn)出，往返一次需要9 min，可24h持續(xù)不間斷作業(yè)，絞車出渣工效不影響整體出渣時(shí)間。因此，出渣效率得到大幅提高。

圖5 交叉段出渣料倉(cāng)

4.2 主洞出渣工藝

通風(fēng)散煙后，洞內(nèi)扒渣機(jī)運(yùn)行到掌子面，洞內(nèi)4臺(tái)三輪車依次開(kāi)行至掌子面或避車洞出渣(圖6)。每輛三輪車的主洞段運(yùn)渣時(shí)間大概為每車20 min，按每循環(huán)2 m計(jì)，每次出渣量為33 m3～42 m3，需要19車左右，掌子面的渣可以在1.3 h～1.5 h之內(nèi)轉(zhuǎn)至交叉段內(nèi)。交叉段設(shè)置存渣系統(tǒng)，消除了絞車等待三輪車的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了出渣三輪車和礦車出渣零干擾，絞車出渣可24 h持續(xù)作業(yè)，可大大縮短每循環(huán)出渣時(shí)間。

圖6 主洞出渣

5 噴錨支護(hù)工藝

為提高噴錨支護(hù)效率，在斜洞段末端設(shè)置了人字形軌道(圖7)，一條通向洞渣儲(chǔ)料倉(cāng)，另一條通向噴錨料儲(chǔ)料倉(cāng)。需要噴錨支護(hù)時(shí)，卸掉出渣礦斗的鋼絲繩，將鋼絲繩連接到停放在洞內(nèi)的側(cè)翻式噴錨料斗上，由絞車拖出洞外。洞外拌制好的干料由裝載機(jī)卸至噴錨料斗，絞車運(yùn)送到噴錨料卸料臺(tái)后直接側(cè)翻到儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)(圖8)。三輪車后退至儲(chǔ)料倉(cāng)下方的出料口接料，然后用三輪車直接運(yùn)至噴護(hù)作業(yè)面。此方法提高了工效，消除了人工裝、卸工序，實(shí)現(xiàn)了全部機(jī)械化施工，降低了人工使用量和工作時(shí)間。

圖7 人字形軌道

圖8 噴錨料儲(chǔ)料倉(cāng)

6 施工管理措施

在施工管理方面，由于缺乏具體獎(jiǎng)懲措施，管理人員和施工人員工作積極性不高，存在“吃大鍋飯”現(xiàn)象，施工管理成本高，工期無(wú)法保證。對(duì)此，建設(shè)單位加強(qiáng)了施工管理，明確了施工管理模式，加強(qiáng)了施工人員保障以及機(jī)械設(shè)備保障，并設(shè)立了完善的安全保障系統(tǒng)。

6.1 管理模式與人員保障

①管理模式

17#洞派駐一名工區(qū)長(zhǎng)和一名施工員，管理現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)班組。班組為工序承包制，由班組長(zhǎng)總負(fù)責(zé)，并對(duì)考核獎(jiǎng)勵(lì)有支配權(quán)利。作業(yè)班組下設(shè)炮工班組和雜工班組。

②人員保障

17#洞作業(yè)班組人員共計(jì)54人，其中管理人員4人，鉆爆班18人，雜工班32人。雜工班包含噴錨工7人，運(yùn)輸班10人，機(jī)械維修班6人，抽水工3人，電工1人，焊工1人，后勤4人。

6.2 機(jī)械設(shè)備保障

①備用設(shè)備

17#隧洞工程主要設(shè)備均有備用，可保證在突發(fā)設(shè)備故障時(shí)如鉆機(jī)、發(fā)電機(jī)，及時(shí)啟用備用設(shè)備，保持了正常生產(chǎn)，提高每月的有效工作時(shí)間。

②設(shè)備維修

項(xiàng)目部專門(mén)從生產(chǎn)廠家高薪聘請(qǐng)了扒渣機(jī)、絞車等維修的專門(mén)維修人員，成立了十幾人的維修班組。維修班組每天巡查設(shè)備運(yùn)行狀況如扒渣機(jī)油管、絞車剎車系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障立即檢修解決；在項(xiàng)目部駐地配備車床等加工設(shè)備，對(duì)于急需的機(jī)械及設(shè)備配件維修人員可立即進(jìn)行加工，及時(shí)更換、維修、特殊部件現(xiàn)場(chǎng)加工，可有效提高機(jī)械設(shè)備的保障率與完好率。

③電力保障

為保證洞內(nèi)設(shè)備正常使用和應(yīng)急抽水用電，項(xiàng)目部為所有六條洞口超標(biāo)準(zhǔn)配置了大功率柴油發(fā)電機(jī)，變頻增壓器。其中17#隧洞配置了3臺(tái)大功率柴油發(fā)電機(jī)，發(fā)電功率共1000 kW，保障停電零影響，可保證洞內(nèi)正常的開(kāi)挖作業(yè)。

7 取得的效果

采用改進(jìn)后的施工工藝和施工管理辦法后，隧洞掘進(jìn)速度、施工質(zhì)量和施工安全等均得到了有效保障。

①鉆孔與爆破用時(shí)統(tǒng)計(jì)

17#主洞采用直眼掏心布孔方式，單個(gè)掌子面每循環(huán)約45個(gè)孔，用4臺(tái)鉆機(jī)鉆孔(另有2臺(tái)備用)，每臺(tái)鉆機(jī)平均鉆孔數(shù)為11個(gè)，每個(gè)孔用時(shí)大約7 min，單個(gè)掌子面鉆孔用時(shí)約為80 min；吹孔與裝藥用時(shí)約為50 min。鉆孔與爆破總用時(shí)約2.1 h。

②通風(fēng)散煙用時(shí)統(tǒng)計(jì)

爆破后通風(fēng)用時(shí)約0.6 h，洞內(nèi)空氣經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)滿足施工要求，可進(jìn)入下道工序施工。

③排險(xiǎn)與出渣用時(shí)統(tǒng)計(jì)

由于在交叉段采用轉(zhuǎn)渣系統(tǒng)，支洞出渣不影響總體出渣工效，出渣時(shí)間主要受主洞三輪車運(yùn)輸時(shí)間控制。17#主洞每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺約為2.0 m～2.2 m，爆破虛方量約33 m3～42 m3，出渣采用2 m3農(nóng)用三輪車6輛(2輛備用)，需17～21車，每車需運(yùn)輸4～5次，每車次平均用時(shí)約20 min。排險(xiǎn)與出渣總用時(shí)約1.3 h～1.5 h。

④噴錨支護(hù)用時(shí)統(tǒng)計(jì)

單作業(yè)面每循環(huán)開(kāi)挖與支護(hù)共需要6.0 h～6.2 h完成(表1)。24 h(三班制)單面能完成3～4個(gè)循環(huán)，主洞雙作業(yè)面每天能完成6～8個(gè)循環(huán)，每天總進(jìn)尺約12 m～16 m。

表1 每循環(huán)平均各工序用時(shí)統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，17#隧洞主洞月平均開(kāi)挖進(jìn)尺達(dá)到324 m，單作業(yè)面月平均開(kāi)挖進(jìn)尺為162 m。主洞日平均開(kāi)挖進(jìn)尺為10.8 m，單面作業(yè)日平均開(kāi)挖進(jìn)尺5.4 m，最高單作業(yè)面日開(kāi)挖進(jìn)尺為8 m，最高單作業(yè)面月進(jìn)尺為198 m，超額完成了進(jìn)度計(jì)劃。同時(shí)，通過(guò)采用考核制度，建立獎(jiǎng)懲機(jī)制，明確責(zé)任分工，項(xiàng)目管理人員和施工人員積極性明顯提高，在施工進(jìn)度提高的同時(shí)，施工質(zhì)量、安全、工期等方面也得到了有效保障。以上成果贏得了各參建單位和社會(huì)各界的高度贊賞和信賴，并在中部引黃工程全線推廣應(yīng)用。

8 結(jié)論

本文依托中部引黃工程25標(biāo)17#隧洞，針對(duì)大坡度長(zhǎng)距離小斷面引水隧洞施工存在的問(wèn)題，通過(guò)在實(shí)際施工過(guò)程中的不斷實(shí)踐和探索，對(duì)隧洞施工中的爆破、通風(fēng)、出渣、噴錨支護(hù)等工藝進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)施工管理，建立明確的施工管理模式，加強(qiáng)施工人員保障以及機(jī)械設(shè)備保障，并設(shè)立完善的安全保障系統(tǒng)，使隧洞掘進(jìn)速度、施工質(zhì)量和施工安全等均得到了有效保障。本文實(shí)踐研究成果對(duì)類似的大坡度長(zhǎng)距離小斷面引水隧洞施工具有很好的借鑒和參考意義。