引水隧洞开挖施工技术探析

引水隧洞开挖施工技术探析

何晓蓉

中国葛洲坝集团电力有限责任公司湖北省443000

摘要：引水隧洞工程洞线长、地质条件复杂、工期紧、海拔高、开挖技术难度大，本文通过对引水隧洞的开挖施工程序和方法做了简单介绍，使引水隧洞开挖施工质量、进度上取得了较好效果。

关键词：引水隧洞；开挖；施工技术

1工程概况

某工程河床海拔高程3500m～2550m，引水隧洞穿越地层岩性主要为变质砂岩、板岩等，岩体厚度一般150m～350m。围岩以Ⅲ类为主，部分Ⅱ类和Ⅳ类围岩，少量Ⅴ类围岩。引水隧洞K10+154～K19+460.85，共计9306.85m，共布置4条施工支洞，其中5#支洞控制主洞里程为K10+154～K12+511，共2357m；6#支洞控制主洞里程为K12+511～K15+594，共3083m；7#支洞控制主洞里程为K15+594～K17+955，共2361m；

2引水隧洞开挖施工要点

一是土方开挖按图纸要求自上而下进行，不得乱挖或超挖。无论工程量多大，土层多深，均严禁用爆破法或掏洞取土；二是开挖中如发现土层性质有变化时，及时报请监理工程师批准，修改施工方案及挖方边坡；三是如果在指定的弃土场不能满足弃方要求时，应尽早重新选择弃土位置并修改施工方案报请监理工程师批准；四是当基坑开挖至覆盖层与岩基接触面时，在基坑四周修筑截水墙拦截渗水，用水泵直接抽出，以减少下层开挖中的排水量；五是明渠沼泽带在渠道上游侧3m外挖排水沟，抽水保持渠道干燥，以保证开挖的顺利进行。

3开挖施工工艺及措施

3.1Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖工艺及措施

先利用发包方给定的测量控制网点，引入工作面的基准点作为施工测量基点，采用全站仪进行放样。Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖均采用全断面开挖，手风钻钻孔，周边光面爆破的施工方法，锚喷支护跟进。掏槽孔及崩落孔采用φ32药卷连续装药，周边孔采用φ25药卷间隔装药，孔口用炮泥堵塞严实，开挖采用非电毫秒雷管起爆、非电传爆网络，周边光面孔用导爆索网络起爆。爆破后采用WL220扒渣机，18t自卸汽车运渣。主要工艺措施：（1）测量放线：洞内导线控制网测量采用全站仪进行。施工测量采用全站仪配水准仪进行，采用红外线激光定位技术放样。（2）钻孔作业：放样后，由熟练的钻工按照爆破设计图进行钻孔作业，每个作业面布置一台移动式钻孔平台车配合。施工过程严格遵循“向掏槽孔要进尺、向崩落孔要效率、向周边孔要质量”的原则。（3）装药、联线、起爆：装药前用高压风冲扫孔内，炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联接应由经考核合格并持有爆破员作业合格证的炮工严格按批准的钻爆设计进行施作。（4）通风散烟、洒水除尘：在洞室开挖施工过程中通风设备一直启动，保证在放炮后在规定时间内将有害气体浓度降到允许范围内，爆破散烟结束后，向开挖面爆破渣堆洒水除尘。（5）安全处理：爆破完成后，掌子面及边顶拱上残留的危石及碎块由人工先清除，保证进入人员及设备的安全，岩面破碎洞段在进行安全处理后，可先喷一层混凝土，出渣后再次进行安全检查及处理。（6）围岩支护：每排炮开挖结束后，稳定性差的围岩需及时进行随机锚杆、系统锚杆或锚杆加挂钢筋网喷混凝土支护，围岩稳定地段的系统锚杆可滞后开挖作业施工。

3.2全断面的隧洞开挖法

全断面开挖的方法通过使用多臂钻机配合全断面挖进机能挖掘出8米到10米高的隧洞。全断面开挖的方法具有隧洞同时掘进开挖、引水隧洞开挖速度快、提高工程的施工工效、减少工程施工消耗的时间，这几个方面的优点。全断面开挖法的缺点是：岩体性能差、挖掘高度局限、隧洞断面大、施工的机械化要求高。这也导致了全断面的开挖方法的局限，全断面开挖的方法适用的是围岩稳固、坚固的区域。

3.3断面分部的隧洞开挖法

断面分部的隧洞开挖方法就是先将整个隧洞的工作量分成若干个小工作量的隧洞断面，然后在对这些分成小断面的隧洞进行开挖施工。根据开挖方式的不同，有将断面分部开挖法分为了台阶开挖法和导洞开挖法。台阶开挖法一般应用于大型的隧洞工程中，在隧洞中从地面往下开挖或者是才下面往地面挖。台阶开挖法应用的是10米以上的引水隧洞工程。导洞开挖法在应用时对通风排水、岩体类型、导洞的情况这些方面有要求。导洞开挖法的具体操作是：选在引水隧洞的断面上开挖一个小型导洞，再由这个小型导洞进行扩大面积作业，直至挖到整个断面的方法。导洞开挖法根据导洞周围的情况和小型导洞的位置，将导洞开挖法分为了上导洞开挖法、下导洞开挖法、上下导洞开挖法。断面分部开挖法对机械设备的需求不高，能运用于施工环境差的隧洞工程中。断面分部开挖法也适用在围岩稳定性不高。洞径较大的隧洞工程中。

3.4洞身开挖工段施工技术要点

洞身开挖工段施工技术主要包括：洞口边坡开挖和支护完成后，进行洞身的开挖，洞身的开挖从隧洞进出口两个工作面掘进，由开挖作业组、衬砌支护组等作业班组配合作业。进洞前洞口土石方施工和洞口加固随洞口场地一并施工，机械开挖人工配合清刷边坡，土石方用于就近平整施工场地。在洞口土石方施工同时，作好洞口截水沟，边仰坡加固和防护，洞口处岩层部份较破碎，进洞之前，先对洞口加强支护，支护方式为：沿洞进口设计周边线布设Φ22长度8m的超前锚杆，超前锚杆排距100cm、环向间距为50cm，呈梅花形布设，外留100cm的钢筋，待锚杆安装完毕后，在洞口浇筑长度为2m、厚度为1.5m的钢筋砼（净空断面同隧洞衬砌后），作为超前锚杆的支架，待砼达到设计强度的70%后再进行掘进，确保安全进洞。洞身开挖采用钻爆法和人工风镐开挖，开挖后进行混凝土预制块衬砌支护。遵循“短进尺，强支护，勤量测，紧封闭”的原则。由于压入式通风的出口有效射程大，冲淡和排烟的作用较强，且压入式通风保证了有毒气体、污染空气随风流一起排出洞外，有害气体不再污染掘进工作面，因此，隧洞通风排烟计划采用压入式通风，通风机采用18.5KW轴流式通风机，通风管管径0.2m。在每个工作面各布置一台18.5KW轴流式通风机，遇外径不同的风机与风管连接时应以大小头渐变段过渡。

3.5炮孔布置

3.5.1掏槽孔布置

采用直孔掏槽、光面爆破方式，Ⅴ类围岩每个循环预计进尺1.3m，Ⅳ类围岩每个循环预计进尺约1.8m，Ⅱ、Ⅲ级围岩每个循环进度约2.6m，炮孔与开挖作业面呈45°夹角，炮孔直径为ф42mm，每孔全部装药，经爆破后形成1000×500mm的自由面。

3.5.2周边孔的布置

周边孔包括隧道拱部和边墙。（1）主洞Ⅱ、Ⅲ级围岩共布置孔孔69个，其中掏槽孔7个、崩落孔25个、周边孔37个，弧形孔距离500mm，崩落孔孔距1050mm。（2）主洞Ⅳ级围岩共布置孔孔60个，其中掏槽孔7个、崩落孔22个、周边孔23个，弧形孔距离600mm，崩落孔孔距1100mm。（3）主洞Ⅴ级围岩共布置孔孔66个，其中掏槽孔7个、崩落孔25个、周边孔34个，弧形孔距离600mm，崩落孔孔距1050mm。

结语

综上所述，在进行引水隧洞开挖施工技术研究过程中，要充分注意对施工各个环节的总结研究，保证引水隧洞开挖施工过程的平稳运行。

参考文献

[1]韩涛林.水电站引水隧洞开挖与支护的施工技术[J].江西建材，2014（2）：132-133.

[2]雷石宾.水电站引水隧洞开挖及支护的施工技术[J].建筑遗产，2013.

[3]李金牌.浅谈电站引水隧洞渐变段开挖与支护技术研究[J].城市建设理论研究：电子版，2014（36）.