李棉巧

摘要：隨著水利工程的發(fā)展，水利水電工程中小斷面長距離引水隧洞布置越來越多，熟練掌握此類型隧洞開挖支護合理的施工方法及程序，為以后干好同類工程具有很高的借鑒作用。

Abstract： With the development of water conservancy projects， the layout of long-distance small-bore tunnels in the water resources and hydropower engineering is more and more. To skillfully master the reasonable construction method and procedure of the tunnel excavation and supporting has high reference value for the similar projects in the future.

關鍵詞：水利工程；長距離小斷面隧洞；施工技術研究

Key words： water conservancy project；long-distance small-bore tunnel；research of construction technology

中圖分類號：TV5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0133-02

0 引言

水利水電工程中國內外已建成的10km以上的水工隧洞達90座，中國占11座。國內已建成長度5km以上的引水發(fā)電隧道20座。隨著水利工程的發(fā)展，水利水電工程中隧洞布置越來越多，有導流隧洞、引水隧洞、泄洪隧洞、尾水隧洞等。小斷面長引水隧洞也將成為普遍現象，熟練掌握此類型隧洞開挖支護合理的施工方法及程序，為以后干好同類工程取得實際經驗及經濟效益將有積極意義。

1 項目概述

梭羅溝二級水電站引水隧洞由1#、2#、3#引水隧洞、施工支洞、連接隧洞、洞內沉沙池、溢流沖沙洞、調壓井和壓力管道等組成，其中1#洞長4749.172m，2#洞長1072.728m，3#洞長1579.261m，溢流沖沙洞長103m，連接隧洞長300m，壓力管道450.5m，均為小斷面隧洞，隧洞斷面型式為馬蹄形、圓形和城門型等，最大開挖斷面14.86m2，最小開挖斷面6.382m2。

工程巖體的主要特點是工程處在峽谷高海拔地區(qū)，隧洞距離長，工作面分散，隧洞斷面小。隧洞地質情況復雜，穿過的地層有三疊系上統(tǒng)新都橋組、三疊系上統(tǒng)侏倭組、三疊系中統(tǒng)雜谷腦組，巖性主要以深灰色粉砂巖、細砂巖為主，局部分布有灰?guī)r、白云巖。巖體呈厚至巨厚層狀，地表出露巖體為弱風化。洞室所處巖體為微新巖體，節(jié)理裂隙微發(fā)育，地下水主要表現為基巖裂隙水，無區(qū)域性斷裂通過。沿引水隧洞線路發(fā)育三條沖溝，隧洞埋深50-80m節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層條件較差，其中一條沖溝常年有流水。根據揭露情況看，溢流沖沙洞地質條件為強風化巖層，屬Ⅴ類圍巖；1#引水隧洞過流水沖溝段遇較大山體透水，屬Ⅳ類圍巖，1#引水隧洞其他洞段為Ⅱ、Ⅲ類圍巖；2#引水隧洞為Ⅱ、Ⅲ類圍巖；連接隧洞埋深較淺，基本屬于Ⅳ、Ⅴ類圍巖；壓力管道為Ⅱ、Ⅲ類圍巖。

工程施工需克服冬季運輸困難，不良地質洞段開挖支護困難，地質條件好洞段爆破單耗高、進尺不理想，斜井斷面小、坡度大、氣腿鉆氣腿角度難以滿足斜井坡度等技術難題。

2 技術研究難點

①運輸困難；②斷面小，爆破效果差；③隧洞長，通風困難；④洞內山體大透水施工難度大。

3 技術方案研究及實施

3.1 施工道路布置

3#施工支洞便道縱坡大，冬季施工車輛因積雪無法通行，采取洞口段設置溜筒，山體平緩處設置集渣平臺，棄渣通過溜筒進入集渣平臺，二次轉運到渣場。4、5、6、7#施工支洞通過索吊解決運輸問題。

由于引水隧洞距離長，布置了7條施工支洞，4#、5#施工支洞口布置長跨400m的8t纜索吊用于洞挖出渣、材料運輸等；本工程屬于高海拔地區(qū)，冬季溫度地，歷時長，3#支洞施工道路縱坡大，道路結冰出渣困難，施工便道起點附近邊坡上選擇平坦部位作為集料渣場，從洞口設溜筒到集料渣場，出渣通過溜筒溜到集料渣場，二次轉運到棄渣場，解決冬季出渣問題。

3.2 隧洞開挖

由于隧洞斷面小，采用直眼掏槽，周邊光面爆破。遇到十分完整，少節(jié)理巖層的洞段，采用潛孔鉆（鉆頭直徑120mm）造深空孔，改變爆破掏槽方式，減少每循環(huán)造孔量，降低爆破單耗，改進爆破效果。同時潛孔鉆造孔同時還可以起到超前勘探作用。

斜井直徑3.2m，坡度60度，采取上山法和下山法爆破開挖，由于斷面小，采用小導洞開挖再擴挖的方式難度大，本工程采用“長短孔”的方式（即上半圓短孔，下半圓長孔）鉆孔爆破開挖，可以有效解決氣腿鉆氣腿角度難以滿足斜井坡度的難題。

1、2、3#引水隧洞Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞段，如裂隙發(fā)育，則采用“九眼”或“七眼”直眼掏槽一次爆破到位，如圍巖完整，則采用潛孔鉆造中空孔，“四眼”或“三眼”直眼掏槽的方式爆破到位。掏槽孔布孔方式詳見圖1。

該爆破方式周邊孔間距50-60cm，主爆孔間距70cm，孔深2m；掏槽孔孔深2.2m，一般布置3-4個小孔，大孔孔深10-15m，不裝藥；爆破進尺2m，單耗2-2.2kg/m3。

溢流沖沙洞及連接隧洞采取上下臺階法開挖，上臺階開挖高度控制到最低，減少爆破震動，充分發(fā)揮超前錨桿作用。下臺階滯后一個循環(huán)后，上下臺階同時爆破，加快開挖進度。為預防塌方，上臺階開挖周邊孔不裝藥或少裝藥，人工風鎬修整控制塌方。溢流沖沙洞Ⅳ類圍巖小斷面洞段上下臺階法開挖方法見圖2。

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3.3 洞內支護

各條隧洞塌方洞段通過掌子面素噴、超前錨桿（或自進式錨桿注漿）、鋼支撐、掛網噴護、工字鋼管棚等方式確保施工安全和進度。

1#施工支洞流水沖溝透水洞段采用鋼支撐滿鋪薄鋼板、袋裝混凝土干料回填等強支護方式通過，確保施工安全和作業(yè)人員職業(yè)健康。

3.4 長距離隧洞通風

小斷面隧洞開挖洞口布置軸流風機通風，洞內間隔300m布置一臺軸流風機接力通風。斜井段在中平段和上平段采用XY-2型地質鉆機在斷面圓心點造直徑168mm中空孔，加快空氣流通，減少排煙時間，同時可增加導向作用，作為大孔直眼掏槽的中空孔。

3.5 不良地質洞段施工難

塌方地段開挖及支護措施：采用潛孔鉆超前地質預報，采用采用超前注漿小導管或自進式中空錨桿超前支護，分臺階開挖，減少上臺階開挖高度，使得超前錨桿和超前小導管的作用發(fā)揮到最大。為避免開挖下臺階時發(fā)生掌子面震動造成塌方，上臺階始終超前下臺階一到兩個循環(huán)。遇到頂拱大塌方或者冒頂時，先在起拱線附近人工刨出平臺，采用工字鋼對頂拱以上形成防護棚，鋼支撐先完成拱部分安裝，噴護完成后再逐榀接腿，將安全風險降到最低。

3.6 山體大透水洞段施工

穿越有流水的山體大沖溝時，采用潛孔鉆超前勘探，預報是否有大透水。遇到山體大透水時，先調查沖溝水流滲透部位，可采取沖溝內筑壩管道引流的方式使流水避開滲透部位。洞內穿越透水沖溝時，采用鋼支撐滿鋪薄鋼板支護，空腔采用袋裝水泥砂石混合料填充，可確保鋼支撐的穩(wěn)定，可以有效防止透水對作業(yè)工人的職業(yè)健康影響，解決大量透水無法噴混凝土的技術難題。

4 本項目的創(chuàng)新性分析

①“九眼”或“七眼”小孔直眼掏槽爆破與大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破對比后，大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破有利于降低爆破成本，減少了單循環(huán)造孔時間，減少了非電雷管和炸藥的使用量，單循環(huán)爆破進尺大大增加。

②溢流沖沙洞上下臺階短進尺法開挖充分發(fā)揮了超前錨桿對頂拱超前支護的效應，減少了頂拱每次爆破的塌方量，較普通的小斷面隧洞權斷面開挖，更安全，進度更快。

③1#施工支洞透水洞段鋼支撐外緣滿鋪薄鋼板，袋裝混凝土干料回填，可保證作業(yè)工人的干地作業(yè)，同時確保鋼支撐穩(wěn)定。解決了普通鋼支撐掛網噴護噴混凝土無法作業(yè)和支護后作業(yè)環(huán)境較差的難題。

④3#支洞洞口沿邊坡設置溜筒出渣至轉渣平臺，解決了冬季通過施工便道車輛因道路積雪打滑的問題。

5 經濟效益和社會效益分析

①大空孔、“四（三）眼”小孔直眼掏槽爆破每個斷面減少造孔（小孔）量達10個，減少造孔時間2-3小時，爆破單耗從原來的3-4kg/m3降至2-2.2kg/m3，減少使用非電雷管10發(fā)，爆破成本可降低3-4元/m3，施工進度可大大加快，該工藝已經廣泛用于1#引水隧洞Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞段開挖，取得良好效果。斜井直徑3.2m，坡度60度，采取上山法和下山法開挖，采用“長短孔”的方式（即上半圓短孔，下半圓長孔）鉆孔爆破開挖，有效解決了氣腿鉆氣腿角度難以滿足斜井坡度的難題。

②溢流沖沙洞采用上下臺階法，下臺階滯后上臺階一個循環(huán)同時起爆的方式開挖后，每再次發(fā)生頂拱塌方問題，確保了施工安全，每天可完成一個爆破支護循環(huán)。

③1#施工支洞透水洞段鋼支撐外緣滿鋪薄鋼板，袋裝混凝土干料回填支護為施工人員創(chuàng)造了較好的施工環(huán)境，減少了作業(yè)人員生病、受到安全傷害的機率，使得安全順利通過透水洞段（沖溝下）變?yōu)榭尚小?/p>

④3#支洞洞口沿邊坡設置溜筒出渣至轉渣平臺，確保了該部位冬季施工的可行性，穩(wěn)定了冬季施工隊伍，施工進度獲得保證。4、5#施工支洞口布置長跨400m的8t纜索吊解決了洞挖出渣、材料運輸難題，使得該部位施工進度有保證。

6 存在的主要問題及改進措施

本研究課題是在梭羅溝二級水電站小斷面長距離隧洞施工遇到爆破單耗大效果不理想、透水無法作業(yè)、冬季出渣困難、不良地質洞段開挖安全及進度無法保障制約工程發(fā)電目標的矛盾下孕育而生。因水電站施工環(huán)境差異而具有特例性，在運用到其他項目中還需經過反復調研，并進行相應的論證及適當調整，合理的修改后方可實施。

7 技術總結

小型電站長距離小斷面隧洞施工目前面臨著設計深度不夠，地勘資料少等不利局面，要保證施工安全、施工進度、合理的利潤，在施工中只有自身不斷創(chuàng)新、改進施工工藝、創(chuàng)新工藝，才能在當今的不斷萎縮水電市場立于不敗之地。

參考文獻：

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