刘　宇

(辽宁省大伙房水库管理局， 辽宁 抚顺　113007)



大伙房输水洞改造洞室扩挖施工技术措施分析

刘宇

(辽宁省大伙房水库管理局， 辽宁 抚顺113007)

【摘要】本文以大伙房输水洞改造工程为例，阐述了在洞室扩挖施工中采用的工艺及方法，着重介绍了爆破开挖、围岩支护及洞室断面测量中采取的技术措施。

【关键词】大伙房输水洞改造； 技术措施； 爆破开挖； 围岩支护； 洞室断面测量

大伙房输水洞始建于20世纪50年代，主要功能包括水库建设期施工导流和水库运行期泄洪、灌溉、发电及下游河道环境引水等。输水洞主洞下游分为支洞1和支洞2，支洞1设计为电站支洞。因电站运行期已达数十年，发电机组维修养护频繁，故障率不断上升。2010年7月下旬，水库上游连降暴雨，根据水库特征水位防汛调度方案要求，128.29m水位时应采用输水洞泄洪，且对应泄洪量应达到400m3/s，但实际情况是支洞1机组故障关闭检修闸门，未能及时参与泄洪，因而水库被迫采取应急手段，开启非常溢洪道泄洪。根据不同水位下非常溢洪道下泄水流特点，低水位情况下泄洪会对非常溢洪道下游右岸护坡及底部河床产生严重冲刷。此次泄洪致使非常溢洪道下游右岸护坡损毁严重，经济损失巨大。经多方论证后，于2013年底对大伙房输水洞进行改造施工。

该工程建设任务是通过对输水洞支洞2的改造，在不考虑电站支洞下泄洪水的情况下，仅通过支洞2即满足汛期水库防洪调度运用的要求，提高汛期水库防洪调度的安全性。将支洞2洞径由5.5m扩至6.5m，支洞2-1和支洞2-2洞径由4m扩至5m。改造后，输水洞在库水位为128.22m时，支洞2设计泄量可达到409.4m3/s，满足汛期防洪调度下泄流量的要求；在支洞2-1、2-2末端引出一岔管后接调流阀，可实现对输水洞下泄流量的调节控制，其调节流量区间为8～47m3/s。可以满足非汛期下游供水要求。

1工程洞室扩挖方式

根据大伙房输水洞改造工程总体施工进度要求，并结合地下洞室现有状况，对地下洞室扩挖采用全断面掘进施工为主、静态爆破施工为辅的原则，一次性完成地下洞室拆除和扩挖施工。整个进尺循环过程为：钻孔爆破→除渣→喷锚支护→欠挖处理→支护。该工程采取支洞2与支洞2-1同时开挖进尺的方式施工，将支洞2-2作为进入主洞的施工通道，主洞拆除的弃渣临时放在洞室分岔段部位，支洞2-1弃渣由出口直接运出。待支洞2-1开挖及支护工作全部完成后，再将支洞2开挖后弃渣由支洞2-1运出，同时进行主洞与支洞2-2开挖施工。支洞2平面布置如图1所示。

图1　支洞2平面布置

地下洞室扩挖采用YT-28型手风钻钻孔，毫秒微差爆破，开挖边线光面爆破；采用短进尺、弱爆破、强支护方法进行施工，Ⅳ类围岩钻孔深2.5m，循环进尺2.0m；Ⅲ类围岩钻孔深3.0m，循环进尺2.5m；并及时进行洞内排水沟及欠挖处理施工。受扩洞断面狭小制约，采用人工配合0.5m3反铲扒底和清面，同时负责装渣，出渣采用小型自卸汽车，弃渣料运至指定渣场。

2洞室扩挖施工中的技术问题处理

2.1爆破开挖

大伙房输水洞洞室现有状况已形成临空面，采用中间进行崩落爆破、周边布设光面爆破孔的爆破方法。炮孔布置原则：周边孔的孔距以(10～15)d(d为孔径)控制，最小抵抗线与孔距之比控制在1.30～1.33之间。崩落孔等间距尽可能按梅花形布置，最小抵抗线与孔距之比控制在1～1.2之间。爆破参数：ⓐ钻孔深3.0m，循环进尺2.5m(用于Ⅲ类围岩扩洞断面)，钻孔深2.5m，循环进尺2.0m(用于Ⅳ类围岩扩洞断面)，爆破孔孔径为42mm；ⓑ装药量，崩落孔爆破采用φ32mm药卷，崩落孔装药系数取0.5～0.8，为保证光爆效果，周边采用φ25mm药卷，间隔装药结构，装药量控制在(200～350)g/m(典型光面爆破装药结构如图2所示)；ⓒ起爆顺序，爆破采用塑料导管并联成爆破网络，毫秒延发雷管实现微差爆破，塑料导爆管+传爆电雷管→塑料导爆管+非电毫秒雷管→起爆炸药；ⓓ爆破技术参数如下页表所列。

图2　典型光面爆破装药结构爆破技术参数表

围岩类型钻孔深度/m循环进尺/m爆破效率/%断面面积/m2爆破方量/m3装药量/kg单位耗药量/(kg/m3)Ⅱ、Ⅲ3.002.5083.3325.2675.7851.550.68Ⅲ3.002.5083.339.7629.2840.951.40Ⅳ2.502.0080.009.7624.4024.250.99

2.2洞室围岩支护采取的技术措施

2.2.1洞室岩性分析

天然岩体在初始应力场作用下处于平衡状态，由于人工开挖扰动，一定范围内的围岩应力重分布，力学特征表现为大面积的卸荷[1]。对施工地质做出及时、准确的判断是最大程度地规避施工地质风险的最有效措施[2]。大伙房输水洞改造洞室进口段段长105.00m，岩性为弱风化花岗片麻岩，岩体较完整，节理裂隙较发育，地下水以滴水为主，洞室埋深30m左右，围岩整体较稳定，局部稳定性差，以Ⅲ类为主。洞室出口段段长52.00m，岩性为强—弱风化花岗片麻岩，岩体较完整—不完整，节理裂隙较发育，地下水以滴水为主，局部线流，洞室埋深10～35m，考虑洞室埋深、上部强风化岩及原开挖成洞形成的松动圈松动岩体等因素，该段围岩稳定性较差，自稳时间较短，综合评定为Ⅳ类围岩。Ⅲ类围岩部分支护紧跟掌子面，如初喷混凝土，其他部分支护可稍滞后开挖面，如挂网复喷、打设锚杆等；Ⅳ类、Ⅴ类围岩的支护每排炮及时跟进，同时根据围岩变形监测情况，必要时进行超前支护。

2.2.2支护作业流程

喷锚支护程序：ⓐ喷第一层混凝土；ⓑ钻设系统锚杆；ⓒ挂钢筋网；ⓓ喷第二层混凝土。其中第一层混凝土喷射和锚杆施工在该开挖作业循环内完成，挂网和复喷混凝土可滞后开挖作业循环进行，不良地质段的锚杆支护、挂网及网喷混凝土(特别是顶拱开挖)必须紧跟施工作业面。岩石锚喷挂网施工工艺流程如图3所示。

图3　岩石锚喷挂网施工工艺流程

各扩挖支洞锚杆支护长度小于4.5m的锚杆采用YT-28手风钻钻孔，人工插入锚固剂，各支洞喷混凝土采用TK-961喷射机施喷作业；钢筋网在钢筋加工厂预制；喷混凝土料在施工区设置1台J5-500型移动式拌和机拌制，锚杆、钢筋网、喷混凝土料等采用小型自卸车运至施工现场；水平段洞室施工采用自制隧洞作业台车为作业平台完成钻炮孔、喷锚及欠挖处理等相关作业，斜坡段施工采用搭设脚手架的方式完成相关作业。

2.2.3洞室出口处支护

洞室外山体采用喷锚支护，根据洞室外山体形式，在洞室出口上方设置两榀门字形工字钢对洞口上部分山体进行支护，两榀之间采用工字钢连接，工字钢与山体内锚筋焊接，上方铺钢筋网及土工布防止山体落石。洞室出口处采用三榀工字钢拱架加强支护，在第一次爆破进尺清理结束后，迅速完成初喷工作，然后将钢拱架与定位钢筋焊接。两榀钢拱架之间采用φ22钢筋连接，并将钢拱架与钢筋网、锚杆焊接为一个整体。钢架与洞壁间隙较大处设置岩石或混凝土垫块。钢架安设好之后要尽快喷混凝土，使钢架与混凝土形成整体共同受力。混凝土喷射顺序为自下而上。

2.3洞室断面测量

图4　洞室断面测量示意图

2.4欠挖处理

洞室欠挖处理遵循以下流程：开挖→现场勘查确定岩性→确定支护方案完成支护→根据测量确定欠挖部位→欠挖处理→复测及防护。

该工程按照5m间隔对洞室开挖支护断面进行测量，欠挖明显部位要求缩短间隔，测出欠挖面积。在洞室边墙设置控制桩号基准点，欠挖位置用红色油漆标记，测量结果及时以记录单形式与施工技术人员交底。欠挖处理原则：欠挖厚度大于30cm，且欠挖面积大于15m2的，采用钻孔爆破处理；欠挖厚度小于30cm，且欠挖面积较小的，采用人工风镐挖除。欠挖部位处理结束后，对该部位进行复测，复测合格后立即进行支护。

3结语

a.结合地下洞室现有状况，对地下洞室扩挖采用合理的掘进方式是保证施工进度的必要手段。

b.根据已掌握的地质资料和开挖基础面情况分析围岩类别，进而调整支护方式并控制开挖面距离。

c.通过优化观测方法，提高断面处理的作业速度，为断面欠挖处理提供重要的依据。

参考文献

[1]李建林.卸荷岩体力学[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

[2]温定煜.软岩隧洞施工技术方法[J].山西水利科技,2010(3):37-39.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.004

中图分类号：TV542

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)07- 0012- 03

Analysis on expansion construction technology measures of transformed chamber in Dahuofang water conveying tunnel

LIU Yu

(LiaoningDahuofangReservoirAdministration,Fushun113007,China)

Abstract：In the paper, process and method adopted in chamber expansion construction are described through Dahuofang water tunnel reconstruction project. Blasting excavation, surrounding rock supporting and technical measures adopted in cavity profile measurement are mainly introduced.

Key words：Dahuofang water conveying tunnel transformation; technical measures; blasting excavation; surrounding rock supporting; cavity profile measurement