维普资讯 http://www.cqvip.com １２ 加快小型平洞开挖进度的措施及可行性分析 加快小型平洞开挖进度的措施及可行性分析 袁勤忠 杨海峰 （葛洲坝集团第五工程有限公司 湖北宜昌４４３００２） 【内容摘要】 本文叙述了鱼泉水电站引水隧洞为了提高洞挖施工进度而采取的措施，包括优化开 挖断面、采用机械出渣；加强打钻风力供应；增加通风排烟设备，采取接力方式通风；提高光面爆破 效果；合理安排洞内支护，尽量减少对洞挖的影响，并对措施的可行性进行了分析。 【关键词】 引水隧洞优化断面供风通风支护施工 １ 工程概述 ３ 加快洞挖施工进度的措施 鱼泉水电站工程位于湖北省宣恩县龙潭河流域，通过 为了达到平均日进尺达到６ ５ｍ以上的进度目标，施工 引水隧洞和压力钢管将水从引水隧洞从水库引至厂房发 项目分析了影响洞挖进尺的关键因素，并采取了相应的对 电。其中，引水隧洞全长２８８８ｍ，无施工支洞，隧洞纵坡为 策，具体措施如下： ５％ｏ，设计洞型为圆形，直径为３ｍ。本工程由葛洲坝五公司 （１）优化洞挖断面，采用机械出渣由于原设计洞挖断 承建，洞挖合同工期为１５个月。 面为圆形，且洞径较小，不便于采用机械出渣。在工程施工 针对洞线长、洞室断面小、地质条件差和工期紧的特 的前期阶段，主要采用人工装车出渣，洞挖循环平均进尺为 点，施工项目部从影响洞挖的关键环节出发，通过借鉴类似 ２ｍ，每个循环开挖量约１６ｍ’，平均出渣时间为７—８ｈ。由于 工程的成功经验和现场试验，逐步摸索出一套较为完整的 人工出渣速度缓慢，直接影响了洞挖的施工进度。为了便 确保洞挖进尺的方案，并付诸了实施。 于进口工作面采用机械出渣，加快施工进度，施工项目部在 征得业主、设计和监理单位的同意后，将进口洞室开挖断面 ２ 问题提出的背景 进行了优化，开挖断面由３ｍ洞径的圆形变更洞径为３．６ｍ 根据现场地形条件，鱼泉水电站引水隧洞不具备设施 的马蹄形。开挖断面的加大后，出渣手段由原来的人工装 车出渣改为采用小型装载机配合农用车出渣。 工支洞，故分为进口和出口两个工作面相向对挖。根据施 根据进口优化后的断面，出渣采用１台ＺＬ３０装载机配 工工期要求，两个工作面平均每天总进尺应达到６．５ｍ以 ２台ｌｍ’农用车。洞内每２００ｍ设１个回车道，装载机在回 上。从总体上来讲，出１２２１２作面地质条件较差，进口工作面 车道处装车。采用机械装车出渣后，每个循环出渣时间缩 地质条件相对较好。出口工作面需边挖边支护，且不宜扩 短为３—４ｈ。 大洞室断面，只能采用人工装车出渣，平均每天进尺为１．５ （２）加强供风力量，提高钻孔效率前期洞挖供风主要 —２ｍ。同时，由于洞室开挖断面较小，不适宜机械作业，同 采用项目部已有的电动空压机，进口为１台６ｍ’／ｒａｉｎ和１ 时前期供风和通风力量较弱，进口作业面平均每天进尺也 台３ｍ ／ｒａｉｎ电动空压机，出口为１台ｌＯｒｅ ／ｍｉｎ电动空压 只有２．５—３ｍ。因此，采取有效的措施，提高洞挖施工进度 机。但随着风管长度的增加，风损逐步加大，洞挖超过 势在必行。 ２００ｍ后已显示出供风不足，打钻速度缓慢，每个循环打钻 作者简介：袁勤忠（１９７１一 ），男，经理； 杨海峰（１９７１一 ），男，工程师。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第一期总第１０１期 水利水电施工 １３ 时间为５～６ｈ。 表１ 引水洞进口Ⅲ类围岩装药参数表 炮孔 孔径 孔深 孔数 单孔药量 总装药量 装药 名称 （ｍｍ） （ｍ） （个） （ｋｇ） 掏槽孔 ４２ 空孔 ４２ 辅助孔 ４２ 底板孔 ４２ ２．５ ２．５ ２．３ ２．３ ７ ６ １８ ７ １５ １．２５ ０ １．４ １．４ ０．３ （ｋｇ） ８．７５ ０ ２５．２ ９．８ ４．５ ４８．２５ ２１．７６ 方式 耦合 不装药 耦合 耦合 不耦合 为了解决钻孔时间过长的问题，项目部及时地对供风 设备进行了更换，进、出口均配备１台２０ｍ ／ｒａｉｎ电动空压 机，并采用‘ｐ６０ｍｍ钢管供风至洞挖工作面，随进尺逐步铺 设，供风钢管布置在底板１．Ｏｍ以上高程的侧壁上，用 ２ 插筋固定。 更换大功率空压机后，每个循环平均打钻时问缩短为 ３～４ｈ。 （３）增加通风设备，采取接力式通风 前期洞内爆破 散烟主要采用１台１４ｋＷ、２ＳＺ型轴流式风机压入式通风， 但洞挖超过４００ｍ后，需３ｈ左右才能排烟完毕。 为了使排烟在２ｈ内完成，我们首先计算了通风机需要 的工作风量和工作压力。通过计算得知：工作面爆破排烟 需压入风量Ｖｙ＝１５０．９ｍ ／ｍｉｎ、通风机的工作风量椰＝ ２７ １．６ｍ ／ｍｉｎ、风机工作风压ｈ ＝１４Ｏ０Ｐａ。 周边孔 ４２ ２．３ 合计 设计循环爆破量（ｍ。） 单位耗药量（ｋｇ／ｍ。） ２．２２ 随着隧洞开挖延伸，洞内采用相同型号风机接力方式 通风。洞挖单边长度按１６００ｍ考虑，按风量相等、风压相加 的原则，根据计算所得的风机工作风压Ｖ 和风机工作风 压ｈ ，确定采取４级接力。因此，进、出口分别配备４台 １４ｋＷ、２ＳＺ型轴流式风机。 通过每４００ｍ布置Ｉ台风机进行接力式通风，大大地缩 短了排烟时间，一般排烟时间为１．５—２ｈ。 （４）确定合理的钻爆参数，提高光面爆破效果通过现 场考察，我们发现光面爆破效果不好是导致进度缓慢的重 要原因之一。光面爆破控制不好，不仅影响了工程施工质 量，而且还引起较大的超挖量，加上容易导致塌方，支护工 程量也随之增大。 为了提高光面爆破的效果，我们根据进、出口的岩层状 况，并通过现场试验，确定了布孔和装药参数。引水隧洞进 口工作面以Ⅲ类围岩为主，出口工作面以Ⅳ类围岩为主。 进口ｎｌ类围岩的布孔方式见图１，装药参数见表１；出口ＩＶ 类围岩的布孔方式见图２，装药参数见表２。 一一图２出口工作面布孔方式图（单位：ｃｍ） １一掏槽孔；２一空孔；３一辅助孔；４一底板孔；５一周边孔 表２引水洞出口Ⅳ类围岩装药参数表 ｝—— 、、ｂ● 。、。５ ｇ『 ｝ 炮孔 孔径 孔深 孔数 单孔药量 总装药量 装药 名称 （ｍｍ） （ｍ） （个） （ｋｇ） （ｋｇ） 方式 ｂ●， ３ ３ｏ 一 ～一、． ： ５ ＿Ｌ ｆ 掏槽孔 ４２ ２．５ ７ ５●． ０．９５ ０ ６．６５ 耦合 ０ 不装药 －． ．１ 、－ 、， ． ｎ－ｓ ，Ｉ ５ ｆ … ．３ ０．＿ｌ ＿Ｉ Ｉ、 ｊ，。 ／ ｝＼ Ｉ ｛ 空孔 ４２ ２．５ ６ ／ｒ １ Ｉ Ｉ辅助孔 ４２ ２．３ １３ １．２５ 底板孔 ４２ ２．３ ５ 周边孔 ４２ ２．３ １４ ｌ６．２５ 耦合 ６．２５ 耦合 ４．２ 不耦合 ５ ・３ ３．、 ｌ。 一 ～ ｝ｓ １．２５ ０．３ ５ｏ ３０ ．．， ． ／ ，５ １ 。４一～。４一 一。４一一。４ ，４ 合 计 ３３．２５ １６．２６ 图１ 进口工作面布孔方式图 （单位：ｃｍ） １—掏槽孔；２一空孔；３～辅助孔；４一底板孔；５一周边孔 设计循环爆破量（ｍ ） 单位耗药量（ｋｇ／ｍ ） ２．０５ 维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 加快小型平洞开挖进度的措施及可行性分析 钻爆参数确定以后，我们派专人对爆破作业进行了监 表３ 采取措施前、后洞挖循环时间比较表 序号 施工工序 １ ２ 布孔 钻孔 （ｈ） 督。一般岩层均按确定的钻爆参数进行控制，特别是严格 控制周边孔的孔距和装药量；当岩层有明显变化时，根据现 场情况及时地对钻爆参数进行调整。 措施前 ０．５ ５～６ 措施后 ０．５ ３ ４ 缩短时间 ０ ２ 通过加强管理和严格控制，爆破效果有了明显的改善， 光面爆破半孔率由原来的５０％左右提高到８０％以上，超挖 ３ 装药爆破 ４ 通风排烟 １．５ ３ １．５ １．５～２ ０ １．２５ 量和坍塌量明显减少，平均每个开挖循环出渣时间缩短了 ０．５ｈ。 （５）合理安排支护，减小与洞挖的干扰 由于洞线较 长，洞内地质条件较为复杂，为了确保洞挖施工的安全，对 岩层较差的地段应根据现场情况进行适当的支护。但支护 必然会对洞挖施工产生干扰，影响洞挖施工进度。为了尽 量减少支护对洞挖的影响，施工项目部采取了以下措施： １）以临时支撑为主，支护远离洞挖工作面进行 由于 同一工作面洞挖和支护不能同时施工，若开挖后即支护，必 然会造成洞挖暂时停工。因此，对于暂时没有危险的地段， 先采用预先制作好的槽钢拱架或圆木临时支撑，然后继续 进行洞挖施工。支护一般安排在远离洞挖工作面８ｍ以上 的距离进行。 ２）支护方式以锚、喷为主，尽量不衬砌因砼衬砌会对 洞挖机械通行造成干扰，同时洞室开挖断面较小，衬砌需立 模和采用人工人仓，每衬砌２ｍ一般需要１０～１２ｈ，故对Ⅲ 类和Ⅳ类围岩支护以锚杆和喷砼为主，尽量不衬砌。 ３）若需及时衬砌，采取跳仓衬砌对于较差的Ｖ类围 岩，当洞挖破坏围岩的原始应力状态后，极易发生较大方量 的坍塌，若不及时衬砌，不但会危及施工安全，而且会增大 出渣量，进而影响洞挖的施工进度。为了保证施工安全和 减少洞挖停工的时间，洞挖采取小进尺、多循环的方案，循 环进尺控制在ｌｍ～１．５ｍ；衬砌采取跳仓施工的方案，每仓 长度为２ｍ，相邻两仓间距２ｍ，间隔部分先采取临时素喷， 在远离洞挖工作面８ｍ后再进行补衬。 ４）喷砼或衬砌时添加速凝剂，加快初凝为了减少洞 挖爆破时对附近喷射砼或衬砌砼的影响，在喷砼或衬砌时 按２％～４％的比例添加速凝剂，以加速初凝，提高砼的早 期强度。 通过采取有效的支护方案，合理地安排支护，最大限度 地减小了支护对洞挖的影响。特别是出口３００ｍ范围内地 质条件均较差，需边挖边支护，前期按常规的方法安排施 工，每天平均洞挖进尺为１．５ｍ；采取上述方法安排施工后， 使洞挖日均进尺达到了２．５～３ｍ。 ４措施的可行性分析 （１）措施对施工进度的影响采取措施前、后洞挖循环 时间比较见表３。 ５ 出渣 ７～８ ３～４ ４ 合 计 １７～１９ ９．５～１２ ７．２５ 从表３可以看出，在采取措施前每个洞挖循环平均用 时１８ｈ，采取措施后每个洞挖循环平均用时１０．７５ｈ，每个循 环用时缩短７．２５ｈ，洞挖效率提高４０．３％。 （２）措施的经济可行性分析所采取的措施对经济成本 影响最大的是进口扩大断面，采用机械出渣。进口开挖断 面：原设计为７．０７ｍ ，变更后为９．４６ｍ 。每个洞挖循环进 尺一般为２ｍ，则每个开挖循环开挖量：原设计为１４．１４ｍ’， 变更后为１８．９２ｍ ，增加了４．７８ｍ 。 按照设计要求，开挖后岩面喷５ｅｍ厚Ｃ２０砼，断面扩大 后增大了支护面积。进口工作面变更前每个循环喷护面积 为６．９ｌｌｌ２，变更后喷护面积为８．０２ｍ ，增加了１．１２ｍ 。 以一个开挖循环为成本分析单位，则进口变更前、后洞 挖及喷护成本变化见表４。 表４变更前、后进口循环进尺成本分析表 （元） 序号 项目名称 变更前 变更后 增加费用 １ 布孔 ９．３８ ９．３８ ０．０ｏ ２ 钻孔 ５６５．６Ｑ ６６２．２０ ９６．６０ ３ 爆破 ６３６．３０ ７５６．８０ １２０．５０ ４ 通风 １４１．４０ １７０．２８ ２８．８８ ５ 出渣 ５６５．６０ ４７３．０ｏ 一９２．６ｏ ６ 照明 １７０．１０ ９２．１４ —７７．９６ ７ 排水 ２７．７２ １５．０２ —１２．７０ ８ 喷护 ３４５．０ｏ ４０１．０ｏ ５６．０ｏ ９ 管理 １３５．Ｏ０ ９１ ４１ —４３．５９ 合 计 ２５９６．１０ ２６７１．２３ ７５．１３ 从表４可知，进口洞挖断面扩大后，每个循环增加费用 ７５．１３元，增幅为２．９％。 ５ 结语 影响洞挖施工进度的因素很多，特别是小型洞室不便 于机械化作业，出渣、支护是影响掘进速度的关键环节。在 洞挖施工过程中，只有通过现场认真考察，找出影响洞挖施 工进度的各种因素，并针对现场实际情况采取适宜的措施， 才能最大限度地减小不利因素对掘进速度的影响，达到事 半功倍的效果。在鱼泉水电站引水洞工程施工中，我们通 过采取措施，使洞挖效率提高了４０．３％，而施工成本只增加 了２．９％，因此措施的经济性和实际效果都是令人满意的。 参考文献（略）
