浅谈自流引水隧洞施工方法

陈萍

摘要：本文探讨自流引水隧洞施工方法、隧洞石方控制爆破设计参数及安全防护措施。

关键词：洞脸施工 隧洞衬砌石方爆破设计参数安全防护措施

2005年1月，我积极参与到丰城电厂二期工程的重要建筑物---循环水泵房工程的建设。期间深入工地与作业人员一起研究分析、解决相关的各种工程技术问题，收集了大量资料并多次在现场进行实地实验，参与编写了循环水泵房的引水建筑物—《自流引水隧洞施工方案》，对指导自流引水隧洞施工起到了很好的作用，使该工程的质量、进度和效益都取得了一定的效果。以下谨将自流引水隧洞施工方法取得的经验和教训总结一下，以飨各位同仁！

一、概况

本工程施工范围为从循环水泵房进水口穿墙钢管至引水管砼段与钢管接头处，由两条长59m现浇砼隧洞组成，隧洞中心标高为11.8m。隧洞靠循环水泵房段为方形结构，结构尺寸为5×5.1m，长约7m，内部为Ф3.6m进水洞；隧洞段的石方开挖直径为4.4m，砼内衬厚度为40cm，进水洞的直径为Ф3.6m。隧洞纵向按每10m设置垂直施工缝，缝内采用橡胶止水带加聚乙烯泡沫塑料板防水；横向施工缝设二段，施工缝位置采用2mm厚镀锌铁片止水片防水，隧洞砼内衬施工完毕，通过预留灌浆孔进行高压灌浆。

二、施工程序及方法

洞脸外岩石垂直面形成→洞脸喷锚加固→隧洞洞体爆破开挖→洞内喷锚加固→砼内衬施工→内衬砼高压灌浆

1.洞脸外岩石垂直面形成

循环水泵房本体石方爆破开挖至隧洞中心标高11.80m左右位置，可以开始隧洞洞脸垂直面开挖，洞脸开挖采用光面爆。根据现场基坑开挖揭露的岩石情况，西边隧洞的岩石较完整，东边隧洞岩石中有泥沙夹层，岩石本身属中强风化岩，且遇水软化，成洞的稳定性很差。西边隧洞洞脸光爆分三次垂直爆破，东边隧洞洞脸分两次台阶爆破。光爆参数为：钻孔直径：42mm；孔深度：3m左右；孔距：35～45cm；装药线密度：100g/m，采用导爆管引爆，按设计药量将炸药装到孔底，孔口上部采用黄泥密实堵塞600～700mm。

2.洞脸喷锚加固

由于开挖部位岩石不完整，很容易坍塌，洞脸形成洞挖前，对洞脸进行喷锚加固。每个洞口中心线以上用手风钻打三排深3～5m左右Ф42mm锚筋孔，孔距为1m，排距为60cm，呈梅花型布置，第一排孔距洞口为60cm。锚筋孔打好后，用高压气管伸入孔底进行清孔，孔内安放Ф20钢筋，钢筋底部从中心割开长50mm，用楔形铁片胀开后采用灌浆机进行灌浆。洞脸处挂设Ф6钢筋网片，双向间距20cm进行喷锚加固，范围为距洞口边线2m（详见下图）。

3.隧洞爆破开挖

隧洞开挖采用光面爆破技术，按每钻孔2.2m为一个工作循环，两个隧洞钻孔出渣循环施工。

3.1钻孔

洞内钻孔采用手风钻钻Ф42 mm孔，进深为2.2 m。钻孔以隧洞中心为圆心，以不同半径钻五层孔。其中在中心位置钻深为1.8m空孔；半径为50cm，钻4个0#掏槽孔、2个1#爆破孔；半径为70cm，钻4个2#爆破孔；半径为1.3m，钻4个3#爆破孔；半径为1.6m，钻8个爆破孔；半径为2.1m，钻28个光面孔。为确保爆破效果，钻孔时要求钻孔一定要水平，角度准确（详见下图）。

3.2装药

隧洞光面爆破采用2#岩石硝铵炸药，其中爆破孔单孔装药2.25kg，堵塞长70cm，光面孔按线密度100g/m标准装药，但炸药装于孔底。

3.3堵孔

隧洞内爆破孔堵塞采用纸团塞于内部，再用泥团塞紧平洞口；光面孔先用纸团塞入洞内500～600 mm，再用泥团塞紧平洞口。注意孔洞填塞时避免将导爆管弄断。

3.4连网、引爆

隧洞起爆采用导爆管连网，其中0#～5#孔分别采用0～5段非电毫秒微差导爆管：0段导爆管长度为2.5m，1段、2段导爆管长度为3.5m，3～5段导爆管长度为5m，连网时将0～5段导爆管连在一起，火雷管引爆。

3.5出渣

单段光爆完毕后，先将洞壁表面石块清除，再进洞出渣。出渣采用胶轮车人工装渣，通过转料平台卸至泵房底板砼外侧，洞内采用旧模板铺设简易出渣跑道，同时另一隧洞同时开始钻孔。

3.6通风、排水、照明

隧洞开挖通风采用压力式送风，即在每条隧洞洞口布置一台鼓风机，将新鲜空气通过鼓风机送至工作面。

隧洞排水采用洞底设置小排水沟，将洞内积水顺沟排至泵房基坑内。

隧洞开挖照明电压采用24～36V，行灯电压用12～24V，在洞口布置行灯变压器降低电压，洞内所有灯头、线路应注意绝缘。

4.洞内喷锚加固

隧洞每段开挖完后，检查隧洞洞壁岩石完整性；根据裂缝开裂位置及走向等实际情况布设随机锚杆。锚杆采用手风钻钻Ф42 mm孔，深度一般为3 m，根据受力情况呈扇形布置，间距为1 m，采用Ф20钢筋作锚筋，清孔后进行锚杆灌浆。同时为了确保施工安全，在隧洞中心线以上部位布设双向间距为20cmφ6钢筋网片，用高压喷浆机对中心线以上洞壁进行喷锚加固，喷锚厚度为50 mm。中心线以下若发现岩石断层进行表面喷浆处理。

5.砼内衬施工

隧洞完工前，做好砼内衬施工的材料、机具等准备工作。模板采用10 mm厚竹胶板，围楞采用2000×350×50mm板切割成弧形方木，模板加固采用钢管脚手架，砼浇筑采用砼输送泵泵送入仓。砼内衬垂直施工缝按10m设置，水平施工缝设置二条，即每段隧洞砼内衬分下拱圈和上拱圈两层浇筑（详见下图）。

5.1钢筋施工

钢筋施工前，应先将隧洞预埋钢管安装好，预埋钢管采用80T.M塔机运至洞口，通过用脚手架钢管作滚轴人工撬运至安装位置，钢管底座及四周用角钢撑在周边喷锚砼上并焊牢，以防钢管移位。

隧洞内衬标准段水平钢筋按9.76m长加工，园环钢筋按半圆配料，采用单面电弧搭接焊接头，洞口方沟段根据隧洞实际长度加工。

根据每次砼浇筑部位，先绑扎圆弧外层，再绑扎内层钢筋，在底部上下层钢筋间的挂钩改为钢筋马凳形式，拱顶弧形钢筋绑扎注意预留保护层位置。

5.2模板施工

隧洞内衬模板采用2440×1220×10 mm厚竹膠板，围楞采用2000×350×50mm木板80 mm切割成80 mm宽圆弧形，间距为300 mm。竹胶板钉在弧形方木围楞做成1220×3450定型模板，标准段每块配备八块，按两洞流水施工作业需要配备定型模板48块。

模板安装前需重新测定出隧洞中心位置，定型模板间拼缝用100 mm宽竹胶板钉好。底模施工前利用短钢筋支撑模板，防止模板下滑，加固采用钢管脚手架反撑在隧洞顶部，防止模板在砼下料或振捣时上浮或移位，撑管底部应垫木。侧壁模板在底模拆除后开始安装，加固采用钢管脚手架对撑，撑管底部应垫木板，防止损坏隧洞底板砼；顶模采用下撑式加固，预先安装二块，第三块中部预留一块1×1.2 m进料及振捣孔，待砼浇筑到位后，将模板封住加固好继续浇筑砼。

5.3砼施工

砼标号为C25，抗渗标号S4，抗冻标号D50，建议掺加早强剂以提高砼早期强度。

砼浇筑采用砼泵车通过泵管运至仓面。砼泵车布置在临建塔机位置，底板砼浇筑时从两侧下料，侧壁砼从模板上口对称下料，顶部砼通过预留孔洞进料。砼从洞内向洞外退浇，砼振捣采用两台1.5KW插入式振捣器平行对称从下向上振捣，振捣顺序同砼浇筑顺序。

隧洞水平施工缝设置2mm镀锌铁皮止水片，待砼浇筑至模板上口约150mm时，将镀锌铁皮放置在内衬砼中间，两侧均匀下料， 振捣密实即可。隧洞垂直施工缝位置设置橡胶止水带及聚乙烯泡沫板，浇筑砼前将内部泡沫板安装好，再装外侧泡沫板，橡胶止水带采用木模板加固。

6.内衬砼高压灌浆

内衬砼浇筑完,待砼达到70%强度，即可通过预留灌浆孔进行灌浆,将砼与岩石间逢隙灌实。

三、安全防护措施

1.隧洞爆破开挖及砼内衬施工过程中，加强施工测量工作，测量人员全程监控，确保每项工序的误差范围均在设计规范允许范围内。

2.隧洞爆破钻孔时，应搭设钻孔平台，确保炮孔水平，提高爆破效果。

3.隧洞内衬顶板砼浇筑时，应在施工预留洞口位置采用模板挡好，使砼依靠泵管冲力及砼活动性将顶 板灌满，再用振捣器振实。

4.隧洞爆破钻孔严禁采用干式钻孔法，加强洞内通风，注意施工用电,采用行程变压器进行降压，确保用电安全。

5.加强对洞壁的检查，特别是在上班，放炮后,发现问题及时处理。

6.爆后安全检查员人员晨无盲炮情况下，从最后一响算，地面经5min后方可进入爆破地点，若不能确定有无盲炮，应经15min后进入爆区检查；洞内爆破必须爆破15min后并确认炮烟基本排尽后进入。

7.爆破时若遇盲炮，应立即报告并及时处理，电力起爆时应立即切断电源，及时将爆破网路，禁止拉出或盲目掏出起爆药包，处理时遵循以下方法：

①撤除无关人员，设立警戒线，危险区禁止其他人员作业；

②检查爆破网路，确认网路完好，可重新起爆；

③用木制或竹制材料轻轻将炮眼内的大部分堵塞物掏出，用聚能药包诱爆；

④平行于原炮孔30cm打眼装药起爆，在采用药壶浅眼爆破时，平行装药眼距离不小于50cm；

⑤确难引爆且炸药为非抗水硝胺类炸药，取出部分填充物，向孔内灌水使炸药失效。

⑥盲炮必须在当班处理，当班未处理完毕，需有专人负责向下班移交，并协同处理。

⑦洞内出现盲炮时只能按②及④条处置。

8.确定爆破开挖方案时应注意事项

8.1选定开挖面。选定开挖面时，应使爆破最小抵抗线指向环境及安全条件较好的方向。

8.2根据地形、工程地质、环境及安全条件，确定是否分期、分段、分层开挖。

8.3避免出现最小抵抗线方向指向设置防护一侧。

8.4采用毫秒微差爆破技术。毫秒微差爆破是一种巧妙地安排各炮孔起爆次序与合理时差的爆破技术。可降低一次起爆炸药量和最大一响炸药量，正确地应用毫秒微差爆破技术，能保证爆后岩石得到充分松动；消除岩石所产生的夹持作用；也让前排起爆形成的岩石可阻挡后排起爆所产生的飞石；减少爆后出现的大块率；减少地震波、空气冲击波的强度和碎块的飞散距离，并得到良好的便于清挖的堆积体。

8.5采用预裂爆破和光面爆破。它可减少超欠挖量，降低工程造价；可使开挖面光洁平整，有利于后期作业；对所保留的岩体的扰动较小，有利于边坡的稳定。

8.6合理选取爆破参数和单位炸药消耗量。因为单位炸药消耗量过高会产生强烈的振动和冲击波。

8.7采用低猛度、低爆速炸药。

9.爆破参数设计

它包括最小抵抗线W，孔距a，排距ｂ，孔眼深度L、装药结构、堵塞长度及堵塞质量等。

9.1最小抵抗线W

浅孔爆破：钻眼直径ｄ＝38～42ｍｍ，W＝（20～30）ｄ＝0.8～1.2ｍ。实践证明，这种取值能较好控制飞石和控制破碎块度。

9.2孔距a和排距ｂ

合理选择孔距和排距，对降低大块率、提高清碴的速度。

a＝W＝0.8～1.2ｍ，b=0.7～1.0ｍ。这种布孔易产生大块石。

采用宽孔距和小排距和较小的最小抵抗线。

a＝1.2ｍ W＝1.0～1.4ｍｂ＝0.5ｍ。这种布孔可降低大块率。

9.3炮孔深度

合理的炮孔深度可防止产生冲炮，使炸药能量得到充分的利用，保证爆破效果。

L炮＝（1.5～2.0）W≈1.2～2.0ｍ

堵塞质量和堵塞长度

当L炮＞W时，堵塞质量好坏直接影响炸药能量的利用和爆破效果；当L炮＞1.5W时，可用钻孔粉碴或干砂堵孔，用木质炮棍，適当捣实；当L炮＜W时，要用半干黄粘土堵孔，堵塞物中不得夹有杂碎石，严格捣实。

堵塞长度以不产生冲炮为准。

4）浅孔爆破装药量的经验计算公式：L药＝（0.1～0.25）L炮

式中：L药——实际装药长度（ｍ），L炮——孔眼的长度（ｍ）。

适用条件：炮孔直径ｄ炮＝38～42ｍｍ；普通药卷。

四、结束语

由于本方案的适用性和局限性，以及作者的经验水平不够，文中难免有不足之处，恳请各位同仁批评与指正！

参考文献

[1] 张倬元，等．工程地质分析原理[M]．北京：地质出版社，1981．

[2] SD134-84，水工隧洞设计规范[s]．水利电力出版，1990．

[3] 陈运东．某引水隧洞破坏特征及处理措施[J]．工程地质学报，2OO0年增刊

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。