陳 翔

(中國水利水電第十一局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

Sanjen Khola水電站位于尼泊爾中北部，加德滿都北部Rasuwa市Bagmati地區(qū)， Sanjen Khola水電站采用低閘長引水開發(fā)方式，工程所在地海拔均在3000m以上，引水隧洞為城門洞型有壓洞，開挖尺寸為3m×3m，設(shè)計引用流量9.99m3/s；沉沙池至調(diào)壓井段引水隧洞縱坡為7.743%，隧洞全長4674.91m，單面最長掘進的運距達1478m，

2 地質(zhì)狀況

引水發(fā)電系統(tǒng)上、下游山坡均為基巖陡壁；隧洞沿線共分布有4條常年流水沖溝。山坡大面積基巖裸露，局部過溝地段零星分布有小型崩塌堆積體和洪積物，厚度3-5m。整個隧洞沿線的基巖均為前寒武系Himal組(Hm)地層，巖性可分為兩段，下段(Hma)主要為片麻巖，該地層分布于引水隧洞后段，厚度超過1000m；上段(Hmb)主要為石英巖夾片麻巖，該套地層分布在引水隧洞中、前段，厚度超過1100m，III級圍巖約占隧道全長70%，IV級圍巖約占隧洞全長20%。

3 施工難點及施工方案選定

3.1 本工程主要難點

1)設(shè)計開挖斷面很小，尺寸為3m×3m，運輸設(shè)備的長×寬×高為8318mm×1830mm×2074mm,剩余空間很小，在很大程度上限制了風機和風筒的尺寸，并且單向通風距離長，要保證掘進速度對隧洞通風時間有嚴格限制，所以在這樣條件下實施這樣長距離的通風有很大的難度。

2)圍巖地質(zhì)條件差，距離比較長，工期短，施工干擾嚴重，難以平行作業(yè)。

3)由于引水隧洞工期緊、洞線長、縱坡比大、洞室斷面小、地質(zhì)條件差且洞運渣道路均從旁側(cè)施工支洞運出,出渣不暢使得小斷面隧洞施工難度進一步加大[1]。

3.2 施工方案選定

1)為降低隧道開挖對圍巖的干擾，合理控制超挖，選用光面爆破技術(shù)和分段分次工程爆破技術(shù)。

2)依據(jù)隧洞橫斷面小，長度大的特點，采用軸流風機接力通風。

3)根據(jù)斷面小縱坡比大的實際情況，為順利出渣采用LWL-80履帶式電動扒渣機裝渣，GHH MK-A15礦用卡車出渣。

4 主要施工方案

4.1 隧洞開挖施工方案

4.1.1 隧洞開挖鉆爆方案

依據(jù)地質(zhì)考察報告，隧洞巖層多見III類石英巖石夾片麻巖石，施工采用鉆爆法全橫斷面挖掘施工，采用自行式平臺車，工人持TY-28型風鉆成孔，人工裝藥，非電導(dǎo)爆管雷管導(dǎo)爆索起爆，采用電動式扒碴機清渣，GHH MK-A15礦用卡車運送到洞外。

根據(jù)測算，每天每個工作面可以完成兩個施工作業(yè)循環(huán)，每個循環(huán)按3m進尺計，每個月施工天數(shù)按25d考慮，并考慮到特殊地質(zhì)因素如地質(zhì)斷層處理等，Sanjen Khola引水隧洞III類圍巖單個作業(yè)面每月能夠完成洞挖進尺約140-160m。施工過程中要嚴格控制裝藥量，最大程度地減少對周圍巖石的擾動，爆破后要盡快進行噴錨支護[2]。

4.1.2 爆破設(shè)計

1)設(shè)計原則：

本隧洞巖石開挖選用全斷面光面爆破施工，爆破設(shè)計方案按“短進尺，小藥量、弱爆破，少擾動”的標準開展。

2)炮眼數(shù)目：

本設(shè)計以3m×3m城門洞型斷面，按光面爆破要求進行爆破設(shè)計，造孔采用TY-28鑿巖機鉆孔，使用非電導(dǎo)爆管導(dǎo)爆索混合起爆網(wǎng)路連接炸藥和引爆管，輔助眼炸藥可使用藥卷直徑為φ32的2#巖石硝酸銨炸藥或乳化炸藥，填充系數(shù)為0.65-0.75，周邊眼即光爆孔裝藥采用藥卷直徑為φ25的光爆藥卷，裝藥量為每米250g，考慮本項目圍巖基本為III、IV類圍巖，每次洞挖循環(huán)進尺控制在2.5-3m左右，掏槽眼采用角柱型直眼掏槽[3]。

首先根據(jù)公式(1)確定爆破孔數(shù)，然后根據(jù)現(xiàn)場多個爆破工作面的施工和工作面條件調(diào)整主要參數(shù)，以達到最佳爆破效果。

(1)

式中：f為巖石強度系數(shù)，取14；S為隧洞斷面面積8.2m2。

代入公式1，N=32

根據(jù)經(jīng)驗，增加6個周邊孔即光爆孔，即需鉆孔炮眼總數(shù)共計38孔。

3)每個炮眼的裝藥量：

a)掏槽眼：

Q1=η×L×r

(2)

式中：η為炮眼裝藥系數(shù)，η=0.8；L為眼深，L=3.5m；r為每米長度炸藥的藥量，r=0.78kg/m。

經(jīng)計算取Q1=2.18kg

即每個掏槽眼單孔裝藥量為2.18kg

b)輔助眼：

Q2=η’×L×r

(3)

式中：η’為-炮眼裝藥系數(shù)，取η’=0.7；L為眼深，L=3m。

經(jīng)計算，Q2=1.63kg

即每個輔助眼單孔裝藥量為1.63kg。

c)炮眼的布置：

周邊眼的孔距以10-15d控制，a=0.5-0.6m；周邊孔的密集系數(shù)m為間距a與最小抵抗線W的比值，取m=1-1.1時，得到的平整度較好。最小抵抗線W取0.5-0.7m。炮眼布置見圖1。

圖1 炮眼布置圖

本項目隧洞施工是按光面爆破要求進行爆破設(shè)計的，光面爆破是指在主炮孔爆破后，利用布置在設(shè)計開挖輪廓線上的光爆孔把預(yù)留的光爆層從巖體上剝離下來，形成平整的開挖面，其技術(shù)特性是掏槽孔起爆后，輔助眼及周邊光爆孔延遲起爆，應(yīng)嚴格控制周邊眼及輔助眼裝藥量及相應(yīng)的爆破參數(shù)，應(yīng)按掏槽眼爆破產(chǎn)生的裂隙破壞區(qū)不得超過周邊界限進行控制。上圖中周邊眼和底腳眼即是光爆孔，光爆孔爆破參數(shù)一般依據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，光爆孔裝φ25mm光爆藥卷，每米裝藥量ξ=250g/m[4]。

4)爆破：

光爆孔采用導(dǎo)爆索起爆，其他孔采用非電毫秒雷管起爆，分段毫秒延期雷管孔內(nèi)延時,周邊孔齊發(fā)起爆，段間延期時間<25ms。分段由內(nèi)到外由低段到高段順序進行，以保證起爆的準確性和可靠性。

5)爆破參數(shù)：

根據(jù)上述理論選擇爆破參數(shù)，并按照施工過程中選擇的參數(shù)總結(jié)每次循環(huán)的爆破效果，不斷調(diào)整爆破參數(shù)。

4.1.3 爆破施工措施

1)炮孔布置及鉆孔：

在每個循環(huán)鉆孔前，測量人員使用全站儀測量放樣，放樣內(nèi)容包括隧洞中心線、頂拱中心線、底板高程、設(shè)計輪廓線并按鉆爆圖爆破設(shè)計在掌子面放出炮孔位置。鉆孔主要采用YT28手風鉆進行，鉆孔時應(yīng)保證定位精度和鉆孔誤差，做到開孔準確，鉆孔平直，周邊光面爆破孔要做到“準、直、平、齊”。

2)裝藥：

根據(jù)爆破設(shè)計的炸藥類別、藥卷直徑及單孔裝藥量結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件進行裝藥,當進行光面爆破時,需在裝藥前提前將光面藥串加工好,以加快裝藥速度;主爆孔在裝藥結(jié)束后,應(yīng)用炮泥(一般由黏土與砂子按3∶1加水混合拌制 而 成)堵 塞 密 實,光 爆 孔 可 以 不 堵 塞,最 后 根 據(jù) 爆破設(shè)計網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)網(wǎng)。為方便施工,利用移動平 臺 車 進 行 裝 藥,裝 藥 時,嚴 格 按 爆 破 安 全 規(guī) 程和爆破試驗確定的參數(shù)進行。裝藥作業(yè)時,除爆 破 工 之 外,洞 內(nèi) 其 余 施 工 人 員、設(shè) 備 撤 離 到 安 全地帶,并在洞口設(shè)置警戒及爆破標志

3)起爆：

在起爆過程中必須嚴格遵守操作規(guī)程,現(xiàn)場安全員根據(jù)作業(yè)規(guī)模做好人員、設(shè)備的避炮警戒工作,不能撤離的施工機具應(yīng)加以妥善防護。單向開挖隧洞,安全地點至爆破工作 面的距離應(yīng)≥200m。

4.2 施工通風方案

4.2.1 通風方案

施工通風排煙選用混合式通風方案，混合式通風由送風式和排風式變換組合而成。為了解決洞內(nèi)斷面小、布置困難問題，設(shè)置一條通風管，在支洞洞口設(shè)一臺通風機向洞內(nèi)送風，由于一臺風機的送風距離大約在1000m左右，所以需要在800m附近串聯(lián)一臺通風機，以解決長距離通風問題，在工作面附近布置兩臺局部通風機和一條長10-20m的移動風管。

4.2.2 施工通風設(shè)備

由于隧道的斷面較小，因此使用大直徑通風管會影響隧道中施工設(shè)備的運行。但小直徑的通風管又具有較高的風阻，并且送風量和送風距離受到很大限制，因此，機械設(shè)備不容易搭配。綜合考慮后選用SFD-I-No10隧道施工專用軸流通風機，采用800mm的通風管進行接力通風，通風機功率為2x37kw，供風量為1250 m3/min，風管采用布質(zhì)風管。

4.3 隧道排渣

由于隧洞斷面小3m×3m,運輸距離較長(單面最長掘進的運距達1478m)，隧洞縱坡為7.743%，因此最初排渣方式考慮采用皮帶運輸、小型膠輪車、軌道運輸及GHH MK-A15礦用卡車四種。

采用電動扒渣機配合GHH MK-A15礦用卡車出渣，能夠滿足排渣需求，同時解決了洞內(nèi)管線布置問題。

5 結(jié) 語

大縱坡小斷面長距離引水隧洞施工，要根據(jù)實際情況采用合適的通風技術(shù)、光爆技術(shù)及出渣方式等，選擇合理的施工機械，科學(xué)合理地組織施工，確保安全，質(zhì)量，環(huán)保，健康，優(yōu)質(zhì)高效的施工，以使施工能夠按進度計劃順利進行以期達到預(yù)期的經(jīng)濟技術(shù)效果。