侯 劍 橋

(中國安能第三工程局成都分公司，四川 成都 611135)

1 概 述

硬梁包水電站引水采用兩條引水隧洞平行布置于大渡河左岸，均為全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為：Ⅲ1類圍巖段0.4 m，Ⅲ2類圍巖段0.5 m，Ⅳ類圍巖段0.8 m、Ⅴ類圍巖段1 m。1號、2號引水隧洞分別接1號、2號調(diào)壓室。根據(jù)引水線路所處地形、地質(zhì)條件以及施工要求，隧洞在平面布置上共設(shè)置了5個轉(zhuǎn)彎點，轉(zhuǎn)彎半徑為200 m或80 m，在引水隧洞末端圍巖條件較好處設(shè)置了一組集石坑，以避免塊石等雜物進入機組。首部樞紐進水口底高程為1 215 m，調(diào)壓室處隧洞底高程為1 198 m。

引水隧洞所處地層巖性主要為晉寧-澄江期花崗巖，輝綠巖脈穿插其中。Ⅲ類圍巖巖體呈微風(fēng)化～新鮮，完整性較好，呈次塊狀～鑲嵌結(jié)構(gòu)，局部碎裂～碎塊狀結(jié)構(gòu)段為Ⅳ、Ⅴ類巖體，為弱下風(fēng)化段。巖體中小斷層較發(fā)育，主要以NE向、陡傾山內(nèi)和NNW向中緩傾山內(nèi)的斷層為主。筆者根據(jù)實際地質(zhì)情況對隧洞開挖采用的施工方案進行了研究，分述如下。

2 主要施工方案研究

2.1 施工方法的選擇

根據(jù)目前國內(nèi)成熟的施工技術(shù)及經(jīng)驗做法，洞室開挖的方法主要有全斷面法、正臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法以及設(shè)臨時支撐的側(cè)壁導(dǎo)洞法和地鐵隧道常用的盾構(gòu)機施工方法。全斷面法適用于跨度≤8 m且地層較好的洞段；正臺階法適用于跨度≤10 m、地層較差的洞段；環(huán)形開挖預(yù)留核心土法適用于跨度≤12 m、底層差的洞段。由于硬梁包水電站地處山區(qū)，不適用于盾構(gòu)機施工，同時其開挖斷面中存在Ⅳ、Ⅴ類圍巖，巖性較差，且因其斷面直徑較大不適用于全斷面法開挖。項目部結(jié)合正臺階法和環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工工藝[1]，同時根據(jù)我公司已有的施工經(jīng)驗及現(xiàn)場作業(yè)情況，擬采用分層分序開挖的方式。

分層分序開挖具有以下優(yōu)點：

(1)能較好地控制開挖質(zhì)量。分層分序開挖每次開挖的斷面不大，該隧洞中導(dǎo)洞斷面面積為52.6 m2，跟進開挖左右側(cè)保護層斷面面積為25.3 m2，小斷面的爆破開挖能較好地控制爆破系數(shù)，對于超欠挖的控制能力較好。

(2)能避免出現(xiàn)洞室坍塌的情況。分層分序開挖采用的是隨挖隨支的工藝，開挖一部分，臨時支護一部分，對于防止洞室開挖暴露面變形坍塌具有較好的效果；同時，由于Ⅳ、Ⅴ類圍巖巖性較差，且又處于破碎斷裂帶位置，開挖前即需進行支護。采用超前注漿小導(dǎo)管或管棚方式、分層分序開挖，能夠有效地利用超前支護的效果，更好地控制開挖斷面的成型效果，控制好斷面應(yīng)力和斷面變形[2]。

(3)能流水施工，提高施工效率。采用中導(dǎo)洞先行、兩側(cè)保護層緊跟施工的方式進行爆破開挖能夠提高施工作業(yè)效率。中導(dǎo)洞與兩側(cè)保護層掌子面的距離為30～50 m，在施工過程中同時鉆孔，同時爆破，同時出渣，不僅能保證爆破質(zhì)量，也能減少不必要的施工停歇時間，在上層開挖完成后，下層施工類似于平面光爆，施工效率高，速度快，能夠很好地保證工期要求。

2.2 施工程序研究

(1)開挖分兩層Ⅳ序進行，Ⅲ類圍巖Ⅰ序為上層8 m×7 m(寬×高)導(dǎo)洞，采用三臂鉆進行水平造孔；Ⅳ、Ⅴ類圍巖根據(jù)地質(zhì)預(yù)測的結(jié)果選擇左右半洞法(左半洞尺寸為7.59 m×8 m)或?qū)Ф聪刃?導(dǎo)洞尺寸為8 m×7 m)，或者雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。Ⅱ序為上層兩側(cè)擴挖，采用三臂鉆進行水平造孔；Ⅲ序為下層槽挖，采用T35鉆機進行豎向造孔，槽挖斷面為梯形斷面，上口寬度為8 m，下口寬度為5 m，高度為4.8～5.7 m；Ⅳ序為兩側(cè)及底板保護層，厚度為1.6 m，采用手風(fēng)鉆造孔。

(2)上層兩側(cè)擴挖滯后導(dǎo)洞10 m跟進施工，下層槽挖在上層貫通后進行，下層及底板保護層開挖在槽挖完成后進行。

3 主要施工方法

3.1 引水隧洞上層洞身的開挖施工

Ⅲ類圍巖分兩層開挖施工，第一層(上層)采用中導(dǎo)洞和兩側(cè)保護層前后錯距10 m的開挖方式，先進行中導(dǎo)洞開挖，尺寸為8 m×7 m(寬×高)，斷面面積為52.6 m2，跟進開挖左右側(cè)保護層的斷面面積為25.3 m2。

為了減輕水平應(yīng)力對邊墻穩(wěn)定性的影響，對Ⅳ、Ⅴ類圍巖需進行大管棚、小導(dǎo)管超前預(yù)支護時，按照左右半洞法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖支護[3]。

(1)施工程序。引水隧洞上層的開挖采用中導(dǎo)洞和左右側(cè)保護層錯距10 m的方式開挖施工(Ⅴ類圍巖左右半洞滯后一個循環(huán))，具體施工工序為：測量放線、布孔→鉆爆→通風(fēng)散煙→出渣→(臨時安全支護)→延伸風(fēng)水電線路→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。

(2)鉆爆施工方法。 三臂鑿巖臺車鉆孔，周邊設(shè)計結(jié)構(gòu)面采用光面爆破(炮孔間距為45～50 cm)，中部大面為主爆孔(炮孔間距為90～110 cm)，采用空洞直孔掏槽、分段毫秒非電雷管微差起爆網(wǎng)絡(luò)進行爆破，計劃鉆爆循環(huán)進尺為3.5 m。具體的開挖施工方法為：

①布孔與鉆孔。布孔時，先由測量人員用測量儀器準(zhǔn)確放出主要控制點，再按照爆破設(shè)計的布孔參數(shù)用鋼卷尺等工具準(zhǔn)確定出每個炮孔的位置，將孔位用紅油漆標(biāo)注于巖面上。現(xiàn)場對周邊孔及二圈孔孔位全部給予標(biāo)識，每2 m標(biāo)識一個鉆孔方向線，并將測量放樣成果表提交于開挖作業(yè)隊。

導(dǎo)洞采用三臂鑿巖臺車造孔。鉆孔孔位偏差、孔向偏差、孔深偏差必須符合規(guī)范要求。鉆孔作業(yè)時必須保護好孔口，炮孔鉆完后，立即用編織袋或棉紗堵塞孔口進行保護，防止石渣掉入孔內(nèi)。對于因堵塞無法裝藥的鉆孔應(yīng)予以吹孔或補鉆。鉆孔經(jīng)檢查合格后,由專業(yè)炮工嚴(yán)格根據(jù)鉆爆設(shè)計要求裝藥。

爆破鉆孔嚴(yán)格按照設(shè)計鉆爆圖進行，每排炮由值班質(zhì)檢員按“平、直、齊”的要求進行檢查。周邊光爆孔、預(yù)裂孔開孔與測量點位的偏差不大于3 cm。

②裝藥與聯(lián)網(wǎng)。鉆孔完成并經(jīng)質(zhì)檢合格后，立即將鉆孔機具及人員撤離鉆爆區(qū)。炮孔全部采用自制裝藥臺車操作平臺由人工裝藥，一般孔為連續(xù)裝藥，光爆孔為不耦合間隔裝藥。在連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)中，孔內(nèi)采用非電毫秒雷管引爆。起爆雷管一般置于孔底第二節(jié)炸藥上，并將聚能穴朝向孔口方向。起爆雷管必須用膠帶與炸藥綁牢并注意保護好雷管腳線。為確保爆破效果及安全，起爆雷管必須嚴(yán)格按爆破設(shè)計要求選擇段號，切不可有誤。裝藥時一定要嚴(yán)防藥卷在孔內(nèi)出現(xiàn)架空現(xiàn)象，每裝入一節(jié)炸藥必須用木制炮棍輕輕向下捅一捅以保證藥卷與藥卷之間緊挨。光爆孔使用導(dǎo)爆索引爆，施工時先將炸藥藥卷按設(shè)計藥量、設(shè)計間距綁于導(dǎo)爆索上，再將炸藥和導(dǎo)爆索綁于小竹片上，經(jīng)檢查無誤后將綁有炸藥的竹片緩慢插入炮孔內(nèi)。

堵孔是影響爆破效果的關(guān)鍵因素之一，務(wù)必認真對待。堵孔采用專制的炮泥進行堵塞。堵孔必須堵至孔口。所有炮孔裝藥完畢并經(jīng)檢查合格后即可進行孔外聯(lián)網(wǎng)作業(yè)，用磁電雷管進行起爆。

③警 戒。由于該標(biāo)段工程在兩條引水隧洞內(nèi)有8個工作面同時進行爆破施工，因此，安全警戒尤為重要。每次爆破前，必須做好相鄰單位及引水隧洞洞內(nèi)的安全警戒工作并告知洞內(nèi)所有工作面的施工人員。每次實施爆破作業(yè)時，只有在起爆網(wǎng)絡(luò)檢查合格、各項工作準(zhǔn)備就緒的情況下方可進入起爆程序。

④爆后排煙與排險。每次爆破、待洞內(nèi)煙塵部分消散后，爆破人員方可進入洞內(nèi)進行檢查。檢查的內(nèi)容主要包括：有無瞎炮，有無危石等情況。若無補炮，則及時通知解除警報,恢復(fù)洞內(nèi)的車輛流通。對于拱頂、邊墻的危石，必須采用反鏟及時進行撬除。

一旦發(fā)現(xiàn)瞎炮必須立即處理。處理瞎炮可視具體情況采用重新起爆法、打平行眼裝藥引爆法、掏空炮泥藥包引爆法等[4]。

(3)鉆爆設(shè)計。對于Ⅲ類圍巖的開挖，所設(shè)計的鉆爆循環(huán)進尺為3.5 m，鉆孔深度為3.8～4 m，爆破單耗為1.29 kg/m3，單響藥量為31.2 kg。中導(dǎo)洞開挖斷面為8 m×7 m的城門洞形, 面積為52.86 m2，共布置了106個孔，平均2個孔/m2，孔徑為Φ56 mm，主爆孔孔深為3.8 m，掏槽孔孔深為4 m，其中光爆孔孔距為77～123 cm，光爆抵抗線為50 cm；崩落孔抵抗線為80～100 cm；采用平行直孔掏槽。兩側(cè)保護層開挖斷面面積為25.6 m2，共布置了52個孔，孔徑為Φ56 mm，孔深3.2 m。其中光爆孔孔距為48 cm，光爆抵抗線為50 cm；崩落孔抵抗線為81～123 cm。

對于Ⅳ類圍巖的開挖，所設(shè)計的鉆爆循環(huán)進尺為2 m，鉆孔深度為2.5～2.2 m，爆破單耗為0.87 kg/m3，單響藥量為19.2 kg。中導(dǎo)洞開挖斷面為8 m×7 m的城門洞形, 面積為69.01 m2，共布置107個孔，平均1.6個孔/m2，孔徑為Φ56 mm，主爆孔孔深為2.2 m，掏槽孔孔深為2.5 m，其中光爆孔孔距為54 cm，光爆抵抗線為54 cm；崩落孔抵抗線為80～115 cm；采用平行直孔掏槽。兩側(cè)保護層開挖斷面面積為20.75 m2，共布置了72個孔，孔徑為Φ56 mm，孔深2.2 m。其中光爆孔孔距為53 cm，光爆抵抗線為50 cm；崩落孔抵抗線為69～100 cm。

對于Ⅴ類圍巖的開挖，所設(shè)計的鉆爆循環(huán)進尺為1 m，鉆孔深度為1.5～1.2 m，綜合爆破單耗為0.91 kg/m3，單響藥量為12 kg。左、右兩邊半洞開挖斷面為7.4 m×8 m, 面積為48.77 m2，共布置了93個孔，平均1.9個孔/m2，孔徑為Φ56 mm，主爆孔孔深1.2 m，掏槽孔孔深1.5 m，其中光爆孔孔距為54 cm，光爆抵抗線為60 cm；崩落孔抵抗線為60～80 cm；采用平行直孔掏槽。右半洞共布置了74個孔，孔徑為Φ56 mm，孔深1.2 m。其中光爆孔孔距為53 cm，光爆抵抗線為60 cm；崩落孔抵抗線為90～110 cm。先導(dǎo)洞后擴挖時導(dǎo)洞的開挖斷面為8 m×7 m, 面積為53.05 m2，共布置了86個孔，平均1.6個孔/m2，孔徑為Φ56 mm，主爆孔孔深1.2 m，掏槽孔孔深1.5 m，其中光爆孔孔距為54 cm，光爆抵抗線為60 cm；崩落孔抵抗線為60～80 cm；采用平行直孔掏槽。兩側(cè)和底板擴挖共布置了76個孔，孔徑為Φ56 mm，孔深1.2 m。其中光爆孔孔距為53 cm，光爆抵抗線為60 cm；崩落孔抵抗線為90～110 cm。

炸藥采用2號巖石乳化炸藥，雷管采用非電毫秒雷管。周邊孔采用竹片綁導(dǎo)爆索分節(jié)間隔裝藥的方式，爆破孔采用柱狀連續(xù)裝藥。對于光面爆破參數(shù)，施工初期由經(jīng)驗公式確定，每次爆破后測量半孔率和輪廓的不平整度，不斷優(yōu)化爆破設(shè)計，其具體參數(shù)待爆破生產(chǎn)性試驗后確定。

3.2 引水洞下層洞身的開挖施工

引水洞下層槽挖高度為4.8～5.7 m，底部保護層厚度為1.6 m。

下層開挖施工時，先挖中部抽槽，兩側(cè)和底板保護層開挖滯后槽挖1～2個循環(huán)。抽槽頂寬8 m，底寬5 m，梯段高3.7 m，槽挖采用T35履帶鉆機造孔，兩側(cè)進行預(yù)裂爆破；兩側(cè)保護層開挖采用手風(fēng)鉆水平造孔，周邊孔光面爆破成型。渣料采用3 m3側(cè)卸式裝載機或1.6 m3反鏟進行挖裝，20 t自卸汽車運渣。

(1)開挖施工工藝流程。

槽挖施工：施工準(zhǔn)備→測量放線→鉆孔→裝藥爆破→通風(fēng)散煙、灑水除塵→安全處理→出渣清底→延伸風(fēng)水電線路→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)；

保護層開挖：工作面清理→測量放線→造孔施工→鉆孔驗收→裝藥爆破聯(lián)網(wǎng)→通風(fēng)散煙→安全處理→出渣清底→延伸風(fēng)水電線路→下一循環(huán)爆破施工。

(2)爆破參數(shù)。

下層抽槽開挖：采用T35液壓履帶鉆機造垂直孔，鉆孔孔徑為90 mm，孔深3.7～4.2 m，主爆孔間排距為2 m×2 m，預(yù)裂孔間距為1.5 m，炸藥為乳化炸藥，主爆孔及緩沖孔均采用Φ70 mm藥卷，梯段爆破循環(huán)進尺為7 m，爆破單耗為0.62 kg/m3，單響藥量為35.2 kg。采用非電毫秒延期爆破網(wǎng)絡(luò)。

底板及兩側(cè)保護層開挖采用手風(fēng)鉆造孔，孔徑為Φ42 mm，孔深3.2 m，主爆孔間排距為0.8 m×0.9 m，光爆孔間排距為0.48 m×0.52 m，炸藥為乳化炸藥，主爆孔采用Φ32 mm藥卷，光爆孔采用Φ25 mm藥卷，爆破循環(huán)進尺為3 m，爆破單耗為0.77 kg/m3，單響藥量為16 kg；采用非電毫秒延期爆破網(wǎng)絡(luò)，光爆孔采用導(dǎo)爆索引爆[5]。

4 結(jié) 語

硬梁包水電站引水隧洞開挖斷面尺寸為15.4 m×15.4 m,為水利水電工程建設(shè)中較為典型的引水隧洞工程。通過研究和總結(jié)各類開挖施工方法的使用范圍以控制該工程的施工，不僅對該項目具有較為重要的實際意義，同時對今后的類似洞室，包括市政軌道、公路隧道工程施工也具有著很好的借鑒意義。

分層分序施工不僅能降低施工難度和施工的危險性，同時亦能提高洞室開挖施工的質(zhì)量；其次，分層施工能更好地提高施工效率，施工工期能夠更好地得到保證。