浅谈水工隧洞无压段洞室开挖施工方法

赵文库 杨平金

（1.云南能投缘达建设集团有限公司 云南昆明 650000 2.隆阳区中小型水库工程管理中心 云南保山 678000）

1 基本概况

某输水隧洞全长2010.00m。其中：有压段长70.0m，设计坡降1/500，采用D=1.8m的圆形断面。无压洞段长1881.50m，设计坡降1/500，采用城门洞型断面，其断面尺寸为1.5×1.8m。竖井高38.00m，竖井断面为矩型，其外型尺寸为5.83×3.6m，内设检修闸、工作闸各一道，竖井顶部设启闭机室，为二层框架结构，闸门渐变段后设消力池，池长22.00m，宽1.5m，池深1.5m。

2 洞室开挖

开挖采用钻爆法施工，施工中宜用小炮爆破，爆破后应及时支护，由于隧洞断面较小且采用全断面掘进，中心直眼掏槽，周边光面爆破，YT-28型风钻钻孔，人工装药，非电毫秒雷管起爆，乳化炸药爆破，进、出口两个工作面同时进行，每个工作面布置一台风钻进行钻孔，每一作业班为12h，每天两个作业循环，每个工作面每循环进尺为2～2.5m。对隧洞围岩地质条件较差的地段采用的超前锚杆、随机锚杆、内移周边孔、小进尺、弱爆破、多循环、及时支撑的施工方法。

洞室开挖循环施工顺序为：

测量放线→钻具就位→钻孔→装药爆破→排烟→排险→出碴清底，单一工作面洞室开挖作业循环时间，见表1。

表1 单一作业面开挖作业循环时间

2.1 布孔、钻孔供风及装药起爆

布孔前，在开挖断面上测出中线和水平线，再按设计在断面岩石上标出孔口位置，钻孔时为保证孔间距、炮眼的方向等，将用炮棍定向法控制钻孔，即每打完一个炮眼，就插一要笔直的木质炮棍，作为相邻炮眼的方向。严格控制周边孔的上插角和外插不大于2°。掏槽孔布置开挖断面的中部或中下部，在单一工作面布置4～6个，孔深1.5～2.0m；间距20cm左右，周边孔布置在断面边缘，孔深约为2.0m；崩塌孔采用水平直线炮孔钻凿，大致与周边孔交三角形状，布孔数量视地质情况设定，一般情况，炮眼布置见图1。

钻孔供风：本工程两个工作面，进口及出口工作面时同开工，每个工作面配备两台气腿式凿岩机，用两台10m3/min的空压机供风，采用直径10cm钢管引至各施工点，再用胶管引接，供风管沿洞壁下沿平行洞轴线布置，直至施工点。在铺设时，注意平顺，接头密封防漏风。

装药：首先要定雷管段别，炮眼名称、数量按钻爆参数、设计药量规定装药，光面爆破采用的装药结构见表2。

图1 炮眼布置

表2 开挖钻爆参数

起爆：各爆孔装药联接好后开始起爆，起爆顺序为：掏槽孔→崩塌孔→底板孔→周边孔。欠挖及洞身局部修凿：采用风枪修整。

图2 眼装药结构

图3 起爆

2.2 通风排烟、除尘

在隧洞进口和出口各安装112型单项射流式风机（30kW、通风量1830m3/min），功率30kW出口直径为300mm。送风采用300mmPVC管接到距掌子面约40m。风机安装距洞门有一定的距离，一般在10m左右，架高约2.5m，以保证进风口置于新鲜空气中。风管靠拱顶侧吊设，保证风管接头严密，避免车刮跑崩，防止漏风或尽量减少漏风。同时，在风管安装必须做到平、顺、直、紧、硬，以减少通风管的局部阻力。由于隧洞长，风机供风不能满足施工要求，在洞内串联一台相同功率的风机接力供风；在洞内布置一台相同功率抽风机，使洞内空气循环流动，确保掌子面有新鲜空气，做到快速排烟。

除尘，在隧洞施工中采取综合性的防尘措施，利用湿式凿岩，机械通风，爆破后喷雾洒水和个人防护相结合，综合防尘。

2.3 排险

由专业爆破人员确认起爆成功后解除警戒，或对瞎炮进行处理确认安全后，安全人员进入现场人工撬除边顶松、危石块，观察围岩情况。

2.4 隧洞出碴

在洞室爆破开挖施工中，出碴工作也是关键环节，能否做到快速出碴，对施工工期起着决定性作用。水工隧洞开挖断面小，隧洞较长，挖机、装载机和自卸汽等设备无法使用，本工程采用LDZ80D履带式扒渣机装和拖拉机运输，隧洞每掘进100m就设置错车道，能够保证快速出渣。

2.5 开挖支护

在开挖过程中，由于地质岩石风化破碎、节理、裂隙发育，若施工方法不当，可能造成坍塌、掉顶，要预先把钢支撑、拱架按设计断面的尺寸制作好，一旦出现塌方，按“短开挖、弱爆破、强支撑”的原则及时处理。在支撑进程中，认真细致检查，预防为主，利用“看、听、量、问”的四字方法。在软弱破碎地带的围岩稳定要进行监测，遇有危险情况，要及时增强钢支撑拱架或采取其他加强措施。若出现局部地质突变，用钢支护无法保证安全，无法继续掘进时，及时与监理人及业主商定，采用衬砌或其他方式支护。

本工程Ⅰ类、Ⅱ类围岩主要采用挂钢筋网喷护15cm或随机锚杆，Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩采用钢支撑管棚支护，钢支撑的间距根据现场情况确定，支护标准断面见图4。

图4 输水隧洞钢支撑临时支护标准断面

3 施工用电与照明

施工动力用电和照明，使用业主架设好的电力系统供电，施工过程中，根据现场情况再布设至各施工区和生活区。防止停电，影响施工，配备一台50kW发电机作应急电源。洞内动力用电与照明低压线路分开架设，洞内照明采用220V照明，并且每隔150m，设置一个漏电保护装置。掌子面采用36V低压照明，动力线路应使用绝缘良好的电缆固定在洞内一侧，严禁使用裸线且每一台设备配置一个漏电保护装置确保施工安全，安排专业电工定期检查。

4 排水

本工程隧洞洞身长，在进口工作面向下游掘进的工作面分段设置集水坑，用潜水泵抽水泵出口处设止回阀。抽水泵可用电子浮漂自动控制，当水面上升时就会自动抽水。隧洞出口沿隧洞洞轴线位置开挖一条规格为30cm×30cm的排水沟，让地下水自然流至洞外。

5 结束语

由于每一个工程隧洞的施工方法受所实施的工程状况、环境、地质、围岩等不同情况的影响，则其具体的施工方法也会有所不同，所以在具体的工程施工时，应结合具体的情况和施工能力形成具体的施工方法，提高施工水平。事实证明，该工程施工方法切实可行，实现快速通风、快速出渣，确保工程安全贯通。