尼泊尔Sanjen水电站引水隧洞施工措施探讨

陈 翔

(中国水利水电第十一局有限公司，郑州 450001)

1 工程概况

Sanjen Khola水电站位于尼泊尔中北部，加德满都北部Rasuwa市Bagmati地区， Sanjen Khola水电站采用低闸长引水开发方式，工程所在地海拔均在3000m以上，引水隧洞为城门洞型有压洞，开挖尺寸为3m×3m，设计引用流量9.99m3/s；沉沙池至调压井段引水隧洞纵坡为7.743%，隧洞全长4674.91m，单面最长掘进的运距达1478m，

2 地质状况

引水发电系统上、下游山坡均为基岩陡壁；隧洞沿线共分布有4条常年流水冲沟。山坡大面积基岩裸露，局部过沟地段零星分布有小型崩塌堆积体和洪积物，厚度3-5m。整个隧洞沿线的基岩均为前寒武系Himal组(Hm)地层，岩性可分为两段，下段(Hma)主要为片麻岩，该地层分布于引水隧洞后段，厚度超过1000m；上段(Hmb)主要为石英岩夹片麻岩，该套地层分布在引水隧洞中、前段，厚度超过1100m，III级围岩约占隧道全长70%，IV级围岩约占隧洞全长20%。

3 施工难点及施工方案选定

3.1 本工程主要难点

1)设计开挖断面很小，尺寸为3m×3m，运输设备的长×宽×高为8318mm×1830mm×2074mm,剩余空间很小，在很大程度上限制了风机和风筒的尺寸，并且单向通风距离长，要保证掘进速度对隧洞通风时间有严格限制，所以在这样条件下实施这样长距离的通风有很大的难度。

2)围岩地质条件差，距离比较长，工期短，施工干扰严重，难以平行作业。

3)由于引水隧洞工期紧、洞线长、纵坡比大、洞室断面小、地质条件差且洞运渣道路均从旁侧施工支洞运出,出渣不畅使得小断面隧洞施工难度进一步加大[1]。

3.2 施工方案选定

1)为降低隧道开挖对围岩的干扰，合理控制超挖，选用光面爆破技术和分段分次工程爆破技术。

2)依据隧洞横断面小，长度大的特点，采用轴流风机接力通风。

3)根据断面小纵坡比大的实际情况，为顺利出渣采用LWL-80履带式电动扒渣机装渣，GHH MK-A15矿用卡车出渣。

4 主要施工方案

4.1 隧洞开挖施工方案

4.1.1 隧洞开挖钻爆方案

依据地质考察报告，隧洞岩层多见III类石英岩石夹片麻岩石，施工采用钻爆法全横断面挖掘施工，采用自行式平台车，工人持TY-28型风钻成孔，人工装药，非电导爆管雷管导爆索起爆，采用电动式扒碴机清渣，GHH MK-A15矿用卡车运送到洞外。

根据测算，每天每个工作面可以完成两个施工作业循环，每个循环按3m进尺计，每个月施工天数按25d考虑，并考虑到特殊地质因素如地质断层处理等，Sanjen Khola引水隧洞III类围岩单个作业面每月能够完成洞挖进尺约140-160m。施工过程中要严格控制装药量，最大程度地减少对周围岩石的扰动，爆破后要尽快进行喷锚支护[2]。

4.1.2 爆破设计

1)设计原则：

本隧洞岩石开挖选用全断面光面爆破施工，爆破设计方案按“短进尺，小药量、弱爆破，少扰动”的标准开展。

2)炮眼数目：

本设计以3m×3m城门洞型断面，按光面爆破要求进行爆破设计，造孔采用TY-28凿岩机钻孔，使用非电导爆管导爆索混合起爆网路连接炸药和引爆管，辅助眼炸药可使用药卷直径为φ32的2#岩石硝酸铵炸药或乳化炸药，填充系数为0.65-0.75，周边眼即光爆孔装药采用药卷直径为φ25的光爆药卷，装药量为每米250g，考虑本项目围岩基本为III、IV类围岩，每次洞挖循环进尺控制在2.5-3m左右，掏槽眼采用角柱型直眼掏槽[3]。

首先根据公式(1)确定爆破孔数，然后根据现场多个爆破工作面的施工和工作面条件调整主要参数，以达到最佳爆破效果。

(1)

式中：f为岩石强度系数，取14；S为隧洞断面面积8.2m2。

代入公式1，N=32

根据经验，增加6个周边孔即光爆孔，即需钻孔炮眼总数共计38孔。

3)每个炮眼的装药量：

a)掏槽眼：

Q1=η×L×r

(2)

式中：η为炮眼装药系数，η=0.8；L为眼深，L=3.5m；r为每米长度炸药的药量，r=0.78kg/m。

经计算取Q1=2.18kg

即每个掏槽眼单孔装药量为2.18kg

b)辅助眼：

Q2=η’×L×r

(3)

式中：η’为-炮眼装药系数，取η’=0.7；L为眼深，L=3m。

经计算，Q2=1.63kg

即每个辅助眼单孔装药量为1.63kg。

c)炮眼的布置：

周边眼的孔距以10-15d控制，a=0.5-0.6m；周边孔的密集系数m为间距a与最小抵抗线W的比值，取m=1-1.1时，得到的平整度较好。最小抵抗线W取0.5-0.7m。炮眼布置见图1。

图1 炮眼布置图

本项目隧洞施工是按光面爆破要求进行爆破设计的，光面爆破是指在主炮孔爆破后，利用布置在设计开挖轮廓线上的光爆孔把预留的光爆层从岩体上剥离下来，形成平整的开挖面，其技术特性是掏槽孔起爆后，辅助眼及周边光爆孔延迟起爆，应严格控制周边眼及辅助眼装药量及相应的爆破参数，应按掏槽眼爆破产生的裂隙破坏区不得超过周边界限进行控制。上图中周边眼和底脚眼即是光爆孔，光爆孔爆破参数一般依据经验数据，光爆孔装φ25mm光爆药卷，每米装药量ξ=250g/m[4]。

4)爆破：

光爆孔采用导爆索起爆，其他孔采用非电毫秒雷管起爆，分段毫秒延期雷管孔内延时,周边孔齐发起爆，段间延期时间<25ms。分段由内到外由低段到高段顺序进行，以保证起爆的准确性和可靠性。

5)爆破参数：

根据上述理论选择爆破参数，并按照施工过程中选择的参数总结每次循环的爆破效果，不断调整爆破参数。

4.1.3 爆破施工措施

1)炮孔布置及钻孔：

在每个循环钻孔前，测量人员使用全站仪测量放样，放样内容包括隧洞中心线、顶拱中心线、底板高程、设计轮廓线并按钻爆图爆破设计在掌子面放出炮孔位置。钻孔主要采用YT28手风钻进行，钻孔时应保证定位精度和钻孔误差，做到开孔准确，钻孔平直，周边光面爆破孔要做到“准、直、平、齐”。

2)装药：

根据爆破设计的炸药类别、药卷直径及单孔装药量结合现场地质条件进行装药,当进行光面爆破时,需在装药前提前将光面药串加工好,以加快装药速度;主爆孔在装药结束后,应用炮泥(一般由黏土与砂子按3∶1加水混合拌制 而 成)堵 塞 密 实,光 爆 孔 可 以 不 堵 塞,最 后 根 据 爆破设计网络进行联网。为方便施工,利用移动平 台 车 进 行 装 药,装 药 时,严 格 按 爆 破 安 全 规 程和爆破试验确定的参数进行。装药作业时,除爆 破 工 之 外,洞 内 其 余 施 工 人 员、设 备 撤 离 到 安 全地带,并在洞口设置警戒及爆破标志

3)起爆：

在起爆过程中必须严格遵守操作规程,现场安全员根据作业规模做好人员、设备的避炮警戒工作,不能撤离的施工机具应加以妥善防护。单向开挖隧洞,安全地点至爆破工作 面的距离应≥200m。

4.2 施工通风方案

4.2.1 通风方案

施工通风排烟选用混合式通风方案，混合式通风由送风式和排风式变换组合而成。为了解决洞内断面小、布置困难问题，设置一条通风管，在支洞洞口设一台通风机向洞内送风，由于一台风机的送风距离大约在1000m左右，所以需要在800m附近串联一台通风机，以解决长距离通风问题，在工作面附近布置两台局部通风机和一条长10-20m的移动风管。

4.2.2 施工通风设备

由于隧道的断面较小，因此使用大直径通风管会影响隧道中施工设备的运行。但小直径的通风管又具有较高的风阻，并且送风量和送风距离受到很大限制，因此，机械设备不容易搭配。综合考虑后选用SFD-I-No10隧道施工专用轴流通风机，采用800mm的通风管进行接力通风，通风机功率为2x37kw，供风量为1250 m3/min，风管采用布质风管。

4.3 隧道排渣

由于隧洞断面小3m×3m,运输距离较长(单面最长掘进的运距达1478m)，隧洞纵坡为7.743%，因此最初排渣方式考虑采用皮带运输、小型胶轮车、轨道运输及GHH MK-A15矿用卡车四种。

采用电动扒渣机配合GHH MK-A15矿用卡车出渣，能够满足排渣需求，同时解决了洞内管线布置问题。

5 结 语

大纵坡小断面长距离引水隧洞施工，要根据实际情况采用合适的通风技术、光爆技术及出渣方式等，选择合理的施工机械，科学合理地组织施工，确保安全，质量，环保，健康，优质高效的施工，以使施工能够按进度计划顺利进行以期达到预期的经济技术效果。