麒麟区龙潭河水库输水隧洞施工工艺

张毅 赵永正 李琼丽

(云南省曲靖市麒麟区水务局，云南 曲靖 655000)

1 概 述

龙潭河水库工程是一座解决集镇与农村人畜供水、农田灌溉供水和第三产业供水的中型水库。总库容2106.4万m3，兴利库容1429.5万m3。水库死水位1900.30m，死库容401.5万m3；正常蓄水位1921.10m，兴利库容1429.5万m3；设计洪水位1921.23m，校核洪水位1923.50m。

枢纽工程主要由大坝、溢洪道、导流输水隧洞组成。大坝为黏土心墙风化料坝，最大坝高59.0m,坝顶长580m；溢洪道布置在大坝左岸坝肩，为有闸控制驼峰堰，全长496.029m；输水隧洞与导流隧洞部分结合，共用后段隧洞。输水隧洞和导流隧洞进口段轴线在平面上呈“Y”字形布置，立面上两者采用“龙抬头”型式连接。输水管道工程由1条干管、5条分干管、4座管桥、1座提水泵站和5个蓄水池组成。输水管道工程干管长19.156km，分干管长5.796km。

2 工程地质分析

输水隧洞布置在顺河流方向左岸，采用龙抬头方式，进口底板高程1896.50m，隧洞由进口明渠段、进口隧洞段、检修闸室段、闸室后压洞身段、出口闸阀室段组成，专用段总长128.948m。隧洞沿线地表大部分为第四系残、坡积Qedl乳白色砂质黏土、粉砂质黏土、含铁质侵染与铁质结核、黏土覆盖，铅直厚0.0～3.0m，局部基岩裸露,其岩性为E3c铁质含粉砂泥晶灰岩、细粒岩屑砂岩。岩层与轴线斜交，倾角5°～9°。根据工程地质条件，分段分析如下。

2.1 进口极不稳定段

里程SD0+000～SD0+007.96m，洞体围岩为E3c铁质含粉砂泥晶灰岩、细粒岩屑砂岩。岩石全～强风化,洞轴线与层面走向近于斜交。该段围岩类别为Ⅴ类，围岩极不稳定，f=0～1，k0=0.5～1MPa/cm。该段成洞条件差，开挖需支护紧跟或超前支护，及时喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，全断面浇筑混凝土衬砌。地下水位位于隧洞底板以下，雨季施工存在渗、滴水现象。洞顶围岩埋深一般为0～20.4m。

2.2 中部洞室不稳定段

里程SD0+007.96～SD0+078.448m，洞体围岩为E3c铁质含粉砂泥晶灰岩、细粒岩屑砂岩。岩体弱风化，洞轴线与岩体层面走向近于斜交。岩体为块状～层状结构,完整性较差。地下水位多位于隧洞顶板之下，施工中局部存在渗、滴水现象。该段围岩岩体弱风化，围岩类别为Ⅳ类，围岩不稳定，f=1～2，k0=2～4MPa/cm，全断面开挖及时喷混凝土,系统锚杆加钢筋网，浇筑混凝土衬砌。

2.3 出口闸阀室段渠基稳定好

边坡稳定段：里程SD0+342.448～SD0+4372.448m，该段渠道自然坡度约为8°～38°，地表为第四系残坡积Qedl乳白色砂质黏土、粉砂质黏土、含铁质侵染与铁质结核、黏土覆盖，铅直厚度为0～3.0m,下伏基岩岩石为E3c铁质含粉砂泥晶灰岩、细粒岩屑砂岩，强～弱风化，岩层与轴线斜交，倾角5°～9°。由于岩体为块状～层状结构，虽然完整性差、强度低，但不存在压缩变形问题，稳定性好。

渠道两侧边坡与基础均置于第四系残坡积层内，渠线与岩层走向斜交，岩层倾向山内。地基承载力和抗滑稳定性均能满足上部荷载的要求。开挖渠道形成的边坡基本稳定。渠段沿线地下水埋藏在渠基以下，对工程无影响；渠基中等透水～强透水。开挖边坡松散层坡比不陡于1∶1，弱风化基岩不陡于1∶0.5。

3 输水隧洞开挖工艺

3.1 施工布置

修筑一条连接隧洞进口或出口的施工道路，进行隧洞的开挖和出渣。

进出口和洞身石方开挖的空压机站设在进出口平台处，空压机均采用可移动式。闸门竖井和进出口石方开挖利用空压站供应压缩空气。供电由配电房采用电缆向工作面输电。

3.2 进出口石方明挖施工

3.2.1 开挖程序

开挖程序如图1所示。

图1 石方明挖施工程序

3.2.2 石方明挖方法

石方明挖采用逐层向下开挖的方法。

根据第一次明开爆破作业(试验)，作业程序严格遵循自上而下、由外向里、逐层逐段进行爆破施工，爆孔间距布置为1m。普通爆孔采取不耦合柱装连续装药，非电毫秒延期雷管起爆。装药集中度控制在0.30～0.35kg/m。临近设计轮廓线时，采取光面爆破，光面孔间距为0.45～0.55m，装药集中度控制为0.15kg/m。光面孔在普通的爆孔爆破后起爆，光面层厚度为0.6～0.8m。

洞脸明挖石方施工方法如图2所示。

图2 隧洞进出口明挖开挖方法示意图

当开挖至底部临近建基面时，孔底设置柔性垫层。根据施工经验，孔底充填砂土或悬空装药以空气作柔性垫层，柔性垫层厚度不小于20cm，有效保护基岩不受爆破损坏。

具体方案如下：

a. 在进行洞口其他一般石方爆破时，在边坡处预留1～2m左右的保护层。

b. 在进行边坡的光面爆破前，先沿边坡清除上部的覆盖层及杂草等。

c. 精确放样，定出洞脸部分的上部开挖轮廓线，并沿轮廓线布孔。

d.爆破参数设定，光面爆破按自上而下进行，每层高度3m，即每个钻孔的深度3m，可根据地形适当进行调整。炮孔布置间距50cm，沿开挖轮廓线布置，因预留保护层2m，因此炮孔的排数为3排，第一排孔距轮廓线1.1m，其外部抵抗线为约90cm,第二层炮孔距开挖轮廓线50cm,外部抵抗线约60cm,第三层为光面孔,沿轮廓线布置,抵抗线约50cm。整个炮孔布置呈梅花形。

光面孔用YT-28手持式风钻造孔，钻孔直径为40mm，选用2号硝铵岩石炸药，药卷直径为25mm，孔口严密堵塞，堵长取60cm。采用线装药密度为0.30kg/m,单孔装药量为1.05kg。

起爆方式：采用非电毫秒延期雷管起爆，共分三段，最外层的崩落孔采用1段导爆管，第二层采用3段导爆管，光面孔起爆采用5段导爆管起爆，以获得时间差，使光面孔的爆破具有较大的临空面。所有导爆管均用火雷管一次性引爆。

装药方式：光面孔采用间隔装药，以取得均匀的爆破效果，其他炮孔采用密实装药。

堵塞长度：炮孔的堵塞长度均为60cm。孔口用黄泥、稻草堵塞，炸药使用乳化岩石炸药。

排险和出渣：爆破15min后，由爆破员和专门的排险人员进入爆破现场检查有无哑炮等险情。然后用挖掘机清除作业面石方，用自卸汽车运输至指定弃渣场堆放。

施工注意事项：

a. 测量放样。因山坡地形复杂，力求测量精确，标注每一点的孔位，根据地形采用适当的孔深。以便扶钻工准确地定孔位和孔深。

b. 钻孔。光面爆破的成功取决于钻孔质量的好坏，钻孔时一定要按测量点来定位，做到准、平、齐、直，即孔位要准，所有炮孔应彼此平行，孔底要落在同一平面上，直就是要求炮孔的孔斜度符合设计的边坡坡度，钻孔时应设一参照物加以控制。

c. 爆破工在装药时应严格按设计装药量进行装药，光面孔内采用间隔装药，除去堵塞长度后药量等分。采用密实装药的孔要捣实，孔口堵塞要密实，起爆时要切实做到分段准确。

爆破安全措施：

a. 爆破作业有统一的指挥信号，专人指挥警戒，人员设备撤到安全距离以外。根据现场实际情况规定爆破时间和爆破次数。

b. 爆破作业时其他工作一律停止，与爆破无关人员全部撤离工地现场。

c. 明挖石方采取控制爆破方法，严格控制装药量。

d. 爆破后通风散烟15min以上，检查人员才能进入爆破作业面，检查有无瞎炮及其他可疑情况、有无残余炸药和雷管、有无松动岩块、支护有无损坏和变形等。经过检查合格后，其他人员才能进入工作面进行下一工序施工。

e.确保必需的安全投入。购置必备的劳动保护用品、安全设备及设施，满足安全生产的需要。

f. 积极做好安全生产检查，发现事故隐患，及时整改。

3.3 隧洞洞身开挖施工

3.3.1 隧洞开挖程序

洞身石方开挖工程量比较大，开挖循环程序如图3所示。

图3 开挖循环程序

采取全断面开挖施工方法。

用人工移动式排架(拆装简单)钻孔，非电毫秒导爆管雷管起爆，炸药选用2号岩石硝铵炸药或乳化炸药，洞内出渣采用扒渣机出渣，各工段配备两部小型自卸运渣车，弃渣场配备一台装载机。

3.3.2 隧洞开挖与出渣

掏槽眼槽口尺寸选择0.3m2。采用单空孔掏槽钻孔布置，中空孔直径定为50mm。

辅助孔及崩落孔的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量，逐步接近开挖断面形状，为周边眼创造有利的爆破条件。

辅助眼的布置原则：取E/W=0.6～0.8，采用孔底连续装药。辅助眼由内向外逐层布置，逐层起爆。

钻孔是隧洞开挖中的主要工序，钻孔的快慢直接影响工程进度。

导流隧洞洞径较小，使用人工拆装式操作平台钻孔。每一循环钻孔深度以2.5m为宜。断层地段及特殊地质条件地段的钻孔进尺可现场调整，以采取短进尺为宜。根据钻孔数量和投入的机械设备，配置4把风钻,正常每一钻孔循环时间为3～4h。

炸药品种选择乳化炸药。起爆材料选择塑料导爆管与电雷管。塑料导爆管采用电雷管起爆。

为保证洞内空气的畅通和施工人员健康，在隧洞出口布置轴流式通风机，用φ600mm管道向洞内送风，为保证开挖工作面有足够的新鲜空气，通风管出口距工作面距离保持在30m以内。所有进洞的施工人员必须佩带防尘口罩。

为控制钻孔过程中产生的粉尘，钻孔作业采取湿钻法施工。坚决遵循先送水后送风、无水不开钻的原则。

放炮后安排专门排险人员站在爆堆上将洞顶、洞壁及工作面上的悬石、破碎体等撬除，消除安全隐患，保证洞内施工人员安全。

出渣是隧洞施工的基本作业之一。出渣作业能力的强弱，决定了其在整个作业循环中所占时间的长短。因此，出渣作业能力的强弱在很大程度上影响施工速度。根据洞径和洞深，采用扒渣机出渣，由小型自卸车直接装运至洞口以外的弃渣场堆放。

3.3.3 支护施工

支护工程主要包括进口边坡支护与隧洞支护。进口边坡支护采用φ22@1.5m×1.5m、L=3000cm砂浆锚杆、φ8@200×200cm钢筋网制安、喷C20混凝土进行支护。隧洞洞身支护采用I14号工字钢钢拱架结合5号槽钢连接件等形成钢格栅、φ50L=1500cm超前钢管的支护措施。

锚杆施工按施工图纸在施工面测量定位布置钻孔位置，锚杆的孔轴方向垂直于开挖面；局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的夹角大于45°。锚杆孔采用手风钻造孔。

钢筋网在后方钢筋加工厂，依施工设计图中网格尺寸规格，按每一片2～4m2进行编焊，用5t载重汽车运至施工现场运，挂网前先清除污锈，钢筋的直径与钢筋网的间距应符合设计要求；网片与锚杆和钢支撑等用铅丝牢固绑扎和点焊连结牢固，网片搭接长度为20cm。

钢格栅拱架安置就位后，应与相邻段焊牢。每榀格栅拱架之间的5号槽钢应确保焊接牢靠，保持连续。格栅拱架之间采用5号槽钢制成挡网，以防止岩石掉块。

喷混凝土施工前清除开挖面浮石、石渣或堆积物，挖除欠挖部位，用高压水枪冲洗受喷岩面，受喷面经验收合格后，设立喷厚标志，喷混凝土厚度满足设计要求。

4 结 语

麒麟区龙潭河水库输水隧洞洞体围岩为E3c铁质含粉砂泥晶灰岩、细粒岩屑砂岩。岩石全～强风化，洞轴线与层面走向近于斜交。该段围岩类别为Ⅴ类，围岩极不稳定。通过采用全断面开挖及时喷混凝土,系统锚杆加钢筋网，及时浇筑混凝土衬砌，有效避免开挖过程大体积塌方，开挖施工中没有出现大体积塌方,保证了施工作业人员的人身安全,工程质量得到保证,比预期节省工程投资约30万元,比预定工期提前25天完工。该工程于2017年10月25日通过单位工程验收，工程质量评定为优良。