隧洞开挖中辅助施工措施浅析

黄智刚 王磊磊 陈林健

(1.福州水务平潭引水开发有限公司，福建 福州 350001；2.福州水务投资发展有限公司，福建 福州 350001)

1 概 述

随着社会经济的发展，水利水电工程建设越来越多。隧洞工程是水利水电工程的重要组成部分。隧洞工程为暗挖工程，工作环境恶劣，触发危险因素较多，更是水利水电工程施工的难点和重点，隧洞开挖中易产生有害气体和粉尘，不合规的用水用电将引发爆破、坍塌、人员伤亡等事故。为有效降低安全事故的发生概率，需对隧洞开挖过程中的辅助施工措施进行优化设计，以保障施工顺利进行。

本文以福建省平潭及闽江口水资源配置工程为例，介绍了该工程的施工供水供电供风设计、隧道通风设施选择、施工排水及防洪措施、辅助加工厂和临时弃渣场布置，可供同类隧洞工程辅助措施设计参考。

2 工程概况

福建省平潭及闽江口水资源配置(一闸三线)工程由“一闸三线”组成，即大樟溪莒口拦河闸和闽江竹岐—大樟溪引水线路，大樟溪—福清、平潭输水线路，大樟溪—福州、长乐输水线路，输水线路总长约181.58km。

大樟溪—东张水库段：主洞起点桩号DD2+386.063，终点桩号DD22+482.225，全长20096.162m,开挖直径5m，断面为平底圆形；支洞共5处，分别是一都支洞，洞长562m，连井支洞，洞长474m，观音洋支洞，洞长586m，玉林支洞，洞长440m，东张支洞，洞长206m。

东张水库—苍霞段：主洞起点桩号DP0+000，终点桩号DP14+691.708，全长14691.708m,开挖直径4.4m，断面为平底圆形；支洞共4处，分别是沃底支洞，洞长433m，岭斗支洞，洞长449m，岭脚支洞，洞长477m，朝阳支洞，洞长500m。

苍霞—石溪段：主洞起点桩号DP0+000，终点桩号DP14+691.708，全长3233.317m；另在东张出水口处新建625m的出水渠道，底宽4m，以及水闸2座。主要包括隧洞开挖、支护、水土保持、环保等。

本工程施工线路长、沿线岸坡陡峻，各项施工临时辅助设施施工布置较困难，因此本工程的施工平面布置合理规划十分重要。

3 施工辅助系统布置

3.1 水电风布置

3.1.1 施工供水

施工生产及生活用水分开供应。其中生产用水来自施工洞口附近修建的蓄水池，洞内施工用水通过给水管道供水，采用自流或逐级增加水泵将水送到工作面；生活用水来自附近的自来水管网。

用水量按下式校核：

(1)

式中Qs——用水总量，L/s；

K1——水量损失系数，一般取1.1～1.2；

Q——用水机械台班数，主洞开挖同时开动 7 台 YT28 风钻；

K2——用水不均匀系数，一般取 1.25～1.50。

经计算，用水总量为Qs=0.123L/s。

给水管道直径按下式计算：

(2)

式中D——给水管直径，mm；

Q——用水量，L/s；

v——管道水流速度，m/s，取2m/s。

经计算，配水管直径为44mm，因此，主洞采用φ50 管满足设计要求。

3.1.2 施工供电

工程在每一个施工洞口安装变压器一台，并配备配电房一间。连井、观音洋、一都、玉林、东张、沃底、岭斗、岭脚、朝阳支洞口各设置一台800kVA变压器，石溪出洞口、东张水库取水口设置一台500kVA变压器，苍霞南洋底工区各支洞均设置两台2×500kVA变压器，东张出洞口设置一台315kVA变压器，以供生产用电和生活用电。施工供电网络见图1。

图1 施工供电网络示意图

动力电源从箱式变压器或发电机引出，采用橡套电缆供电，沿工地围护布设2路电缆主干线。采用埋地沿墙方式敷设施工用电配线，为保证施工期间不间断供电，采用独立双电源进户的形式。管内照明和小动力电源采用二路互为备用，工作井下设置一个双电源自动切换器。

3.1.3 施工供风

根据施工特点，采用集中供风与移动式供风相结合。经初步估算，集中供风最大用风量约为300m3/min，拟布置20m3/min电动空压机12台(支洞进口两台)，另辅助6台12m3/min移动式柴油空压机(隧洞进口1台)机动供风，系统总供风能力为312m3/min。

在本标各施工场地内布置固定式供风站1座，配备移动式柴油空压机进行辅助供风，以满足隧道用风要求。集中供风站布置在隧洞进口施工场地附近，站内配置20m3/min电动空压机2，供风能力为40m3/min；主要承担隧洞进口处掌子面开挖施工及支护施工供风，其建筑面积40m2，占地面积约80m2。配置6台12m3/min移动式柴油空压机机动供风，供风容量为72m3/min。

各施工部位施工用风分别从集中供风站采用DN150供风钢管引至施工部位附近，其供风管上开设DN50支管头，采用φ50胶皮管接至各用风工作面。供风系统设施布置见表1。

表1 供风系统设施布置

3.2 隧道通风设施

在隧洞施工过程中，将会产生有害气体和粉尘，影响施工人员的安全，隧洞通风设施的布置要根据隧洞的长度和断面型式、施工方法以及需风量确定。本工程隧洞独头掘进最大长度约为2.5km，加上支洞，隧洞施工长度近3.0km，本工程设置与主洞相交的施工支洞，通风排烟经过此结合部位时，通风效果受其影响大，需通过专业的通风排烟方案设计以及合理的通风设备选择，提高通风效率，降低施工风险。根据隧洞的施工进展，结合通风排烟效果，接力通风，可改善排烟效果，结合现场的地形地质情况，可通过在主洞轴线上方覆盖层薄弱处钻设通风孔的方式加强排烟。

3.2.1 需风量计算

需风量计算从洞内最小风速所需风量、最多工作人员所需最少风量、爆破散烟需风量三个方面考虑，取它们间最大值作为计算风量。隧洞需风量计算方法和计算结果见表2。

表2 隧洞需风量计算 单位：m3/min

3.2.2 通风设备的选择

选择洞内最小风速所需风量318m3/min为隧洞所需风量，根据矿井轴流式风机参数，并考虑损耗，选用2×30kW轴流式风机，并采用压入式通风可满足本工程通风要求。当实际通风量不能满足要求时，可串联增加轴流风机，隧洞每掘进500m时，串联一台11kW轴流式通风机，以缩短排烟时间争取工期、确保通风效果。通风系统布置见图2。

图2 通风系统布置

3.3 施工排水及防洪

3.3.1 洞内排水

隧洞上坡施工时，在隧洞边墙按设计要求开挖排水沟自排水。隧洞下坡施工时，在隧洞边墙处设排水沟，每100m设一集水坑，用水泵接力排水至洞外沉淀池(见图3)。

图3 污水沉淀处理示意图

3.3.2 洞外排水

洞口顶部设置截排水沟将洞顶水引入排水沟排出。生活区和机修房及弃渣场等区域挖排水沟排水至污水沉淀池，经净化处理后排出。

3.3.3 防洪措施

施工期间要保证河流畅通，防止洞渣填堵，必要时进行疏导。主要措施包括：汛期设专人传汛、监测天气及洪水情况，以便及时撤离人员、设备；准备充足的防洪物资；加强与气象部门的联系，密切注意天气变化情况。

3.4 主要施工辅助加工厂

3.4.1 模板加工厂

模板加工厂拟布置于生产生活营地附近，主要进行本工程的各类模板的加工、制作与堆放。模板加工厂设有钢模堆放区、木材堆放区和加工区，加工区内设有加工车间、值班室、工具房及防火设施，其建筑面积100m2，占地面积2000m2。

3.4.2 钢筋加工厂

钢筋加工厂拟布置于生产生活营地附近，紧临模板加工厂旁边，主要进行本工程的锚杆、钢筋、预应力锚索以及部分临建钢筋的加工、制作。厂内设钢筋加工车间、材料及成品堆放场、工具库房及值班室，其建筑面积100m2，占地面积2000m2。

3.4.3 机械设备停放场及修理厂

机械设备停放场及修理厂拟布置于生产生活营地附近，主要承担本工程施工机械设备及车辆的停放、保养、修理和零部件加工等任务。修理厂内设修理车间、加工车间、值班室、工具房等，其建筑面积100m2，占地面积约3000m2。

3.4.4 金结加工厂

金结加工厂拟布置于生产生活营地附近，紧临钢筋加工厂，主要承担本工程金属结构制作与预拼装任务。厂内设作业场及成品堆场、工具库房等，其建筑面积100m2，占地面积2000m2。

3.5 临时弃渣场

本工程使用的渣场主要为各支洞附近弃渣场。弃渣场应安排推土机进行维护，并指定专人进行渣场管理，按规定分层放置弃渣料，做好渣场的永久与临时排水，防止水土流失。经监理工程师认可的有用石料均按招标文件及监理工程师的要求，堆存于弃料场，并以分层堆筑的方式进行存放，保证使用时可以顺利取料。

配备1台D85A-18型推土机、1台PC200型挖掘机负责弃料场的道路修筑和场地平整，以及弃渣场外侧边坡的修整等。采用自下而上分层填筑的方式存料或弃渣，坡脚防护及排水沟将紧随其后跟进施工，其顶面与已砌坡顶高差不大于5m，防止污染发生。组织专门的人员和平地设备定期对弃渣料场交通主干道进行维护、修整，保证道路交通的畅通。

4 结 语

福建省平潭及闽江口水资源配置(一闸三线)工程在施工前期，本着施工安全为前提，兼顾施工质量和节约成本的原则，对隧洞工程的相关辅助施工措施进行了优化设计，施工进展顺利，未出现安全事故和质量问题，施工进度和施工质量都有了很大的提升，取得了较好的经济效益和社会效益。