小斷面長(zhǎng)隧洞施工技術(shù)研究

1、小斷面長(zhǎng)隧洞施工技術(shù)研究云南水力發(fā)電YUNNAN m TERPOWER第 26 卷第3期小斷面長(zhǎng)隧洞施工技術(shù)研究張傳茂 ,張寶忠,武飛周(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司曲靖分公司,云南曲靖 655ooo)摘要:系統(tǒng)介紹向家壩水電站骨料輸送線小斷面長(zhǎng)隧洞多項(xiàng)成功應(yīng)用的無(wú)軌施工 新技術(shù),并對(duì)通風(fēng) ,散煙等相關(guān)技術(shù)難題進(jìn)行了總結(jié) .特別是對(duì)小斷面長(zhǎng)隧洞無(wú)軌出渣方式及出渣設(shè)備的選型,組合等方面進(jìn)行研究.關(guān)鍵詞 :小斷面;長(zhǎng)隧道 ;施工技術(shù)中圖分類號(hào)：TC554;U455.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1006 3951(2o1O)03 0156 O5TheStudyoftheConstructionT

2、echnologyofaLongTunnelwithaSmallCrossSectionZHANGChuanmao,ZI-IANGBaozhong,WUFeizhou (ChinaWaterConservancyandHydropowerNo.14ConstmefionBureauCo.,Ltd., ChanghebaProjectDepartment,Yibin626001,Sichuan,China)Abstract：Thepapergivesallintroductiontothenewtracklessconstructiontechnologyofsucc essfullyconve

3、yingag-gregatesbymeansofalongtunnelwithasmallcrosssectionforconstructionofXiangiiabahyd ropowerprojectandsums upitsrelevantkeytechnicalproblemssuchasventilationandsmokedischarging.Thepaperes peciallymakesastuayofselectionandcombinationoftracklessmuckingwaysandmuckingequipmentfromalongtun nelwithasma

4、llcrosssec- tion.Keywords:smallCroSSsection;longtunnel;constructiontechnology 1 引言近十幾年我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展 ,大型水利水 電工程中的皮帶輸送洞 ,排水洞等小斷面長(zhǎng)隧洞工 程不斷增多 .小斷面長(zhǎng)隧洞由于施工難度較大 ,所 需用的施工工期較長(zhǎng) ,往往會(huì)成為工程的關(guān)鍵線路 , 為保證總工期的實(shí)現(xiàn) ,要求它必須快速施工 .例如 向家壩水電站的骨料輸送線工程 ,隧洞長(zhǎng) l2.28km, 天荒坪及惠州抽水蓄能電站工程 ,其廠房排水廊道 長(zhǎng)都在3km以上，獨(dú)頭開挖最長(zhǎng)在2km以上，斷面 尺寸為3.5mx 3m;浙江趙山渡引

5、水工程輸水渠工 程，輸水隧洞長(zhǎng)63879.6m獨(dú)頭開挖最長(zhǎng)為2852.4 m;浙江省溫嶺市排污工程，排污隧洞長(zhǎng)5428m獨(dú) 頭開挖最長(zhǎng)為2751.86m.小斷面長(zhǎng)隧洞的特點(diǎn)是 小和長(zhǎng).小則受斷 面尺寸的限制 ,無(wú)法在施工中運(yùn)用高效的大型機(jī)械 設(shè)備;長(zhǎng)則受距離限制 ,帶來(lái)供電 ,供風(fēng),排水,排煙, 出碴等一系列困難 .盡管小斷面長(zhǎng)隧洞有種種困 難,但它還是有一定優(yōu)越性 ,有利于施工的 .小斷面 的隧洞具有單位長(zhǎng)度開挖量少 ,出碴量少 ,受地質(zhì)影 響較小,支護(hù)比較方便等優(yōu)點(diǎn) .因此,只要施工組織 措施得當(dāng) ,小斷面長(zhǎng)隧洞的施工困難是可以克服的 . 小斷面隧洞傳統(tǒng)的施工方法來(lái)源于煤碳系統(tǒng) , 般采用

6、軌道式立爪裝巖機(jī)裝渣 ,防爆型電瓶機(jī)車 配梭式礦車有軌運(yùn)輸 ;但采用有軌運(yùn)輸方式后 ,投入大量的材料和設(shè)備 ,造成資金的巨大占用 .向家壩水電站骨料輸送線土建工程U標(biāo)段，全長(zhǎng)13.9km, 其中隧洞長(zhǎng)12.28km,如采用傳統(tǒng)有軌出渣方式，將 投入軌道14.5km（約400萬(wàn)元），軌道式立爪裝巖 機(jī),電瓶機(jī)車梭式礦車占用資金約 1200萬(wàn)元,將使 整個(gè)項(xiàng)目造成巨大的資金壓力 .2 工程概況向家壩水電站位于金沙江下游 ,是金沙江梯級(jí) 開發(fā)的最后一級(jí)電站 .壩址位于向家壩峽谷出口 處,左岸為四川省宜賓縣 ,右岸為云南省水富縣 ,壩 址距下游水富縣城約1.5km.電站設(shè)計(jì)正常蓄水 位380.00m最

7、大壩高161m,總裝機(jī)容量6000MW.收稿日期:201 003一 l6作者簡(jiǎn)介:張傳茂（1 968 一）,男.云南文山人 ,工程師,主要從事水電施工和技術(shù)管理 工作.張傳茂,張寶忠,武飛周小斷面長(zhǎng)隧洞施工技術(shù)研究 157 太平料場(chǎng)至壩區(qū)的骨料運(yùn)輸 ,采用長(zhǎng)距離帶式 輸送機(jī)輸送，輸送線設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力為3000t/h,從太 平料場(chǎng)半成品料調(diào)節(jié)料堆至壩區(qū)右岸砂石加工系 統(tǒng),布置了 5條長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，總長(zhǎng)約31km,單 條輸送機(jī)長(zhǎng)度在3.98.3km之間.骨料輸送線U標(biāo)段起止樁號(hào) K17+139.261K31+043.192范圍內(nèi)土建工程，線路長(zhǎng)13.904km,其中隧洞長(zhǎng)12.28km;骨料輸送

8、線U標(biāo)隧洞特性見表1.表I向家壩骨料輸送線U標(biāo)段隧洞特性表 隧洞斷面形式見圖 1,斷面面積為 19.69Hl2.圖1U標(biāo)隧洞斷面圖3 無(wú)軌施工技術(shù)向家壩太平料場(chǎng)骨料輸送線土建工程U標(biāo)段主 要應(yīng)用三種無(wú)軌施工技術(shù) :1) 0.6m3 電動(dòng)側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸車出渣 ;2) 1.45m3 柴油側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸車出渣 ;3) 3m3 柴油側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸車出渣 .3.10.6m3電動(dòng)側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸車出渣 0.6m3側(cè)卸電動(dòng)裝載機(jī)應(yīng)用在8號(hào)隧洞出口工 作面,8號(hào)隧洞全長(zhǎng)4654m,由進(jìn)，出口兩個(gè)工作面 施工,出口獨(dú)頭掘進(jìn)2811m洞內(nèi)施工設(shè)備選擇以 電動(dòng)設(shè)備為主.3.1.1 施工技術(shù)及爆破設(shè)計(jì)

9、8號(hào)隧洞出口地層主要為厚 ,巨厚層泥巖 ,粉沙 巖,泥質(zhì)沙巖和沙巖互層 ,出口段受風(fēng)化 ,卸荷等因 數(shù)影響K30+500.7K30+468段為V類圍巖， K30+468K30+103段為W類圍巖段，其余洞段為 川類圍巖；1) V類圍巖.V類圍巖洞挖采用短進(jìn)尺，小 藥量,弱爆破的原則,0.81.0m 個(gè)循環(huán)，周邊 孔采用密孑L,小藥量，隔孔裝藥光爆.每排炮爆破后 立即噴 C20 混凝土 35cm 封閉開挖巖面 ,出渣結(jié) 束后立即施工錨桿，掛網(wǎng)，鋼支撐，噴C20混凝土等 加強(qiáng)支護(hù) ,支護(hù)完成后方能進(jìn)行下一循環(huán)施工 .V 類圍巖段開挖結(jié)束后 ,及時(shí)進(jìn)行洞口混凝土襯砌施 工,形成穩(wěn)定的洞口后 ,進(jìn)入洞

10、挖施工 .出渣利用明 挖設(shè)備ZL50C裝載機(jī)抬渣出洞，在洞外配合5t自卸 車裝渣 .2) W類圍巖.W類圍巖段開挖按短進(jìn)尺，弱 爆破的原則,1.02.0m 一個(gè)循環(huán)，周邊孔光爆；出渣結(jié)束后立即進(jìn)行錨桿，掛網(wǎng)，鋼支撐，噴C20混凝土 （厚12cm）等加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)完成后方能進(jìn)行下循環(huán)施工.出渣用ZC 一 3B型側(cè)卸電動(dòng)裝載機(jī)迎 頭面配合 5t 自卸車出渣 .3）n ,m類圍巖.n，川類圍巖段施工采用全斷面爆破開挖，周邊孔光爆，2.5m 個(gè)循環(huán);ZC 一3B型側(cè)卸電動(dòng)裝載機(jī)迎頭面配合 5t自卸車出渣,洞內(nèi)約 200m 的部位設(shè)置一個(gè)回車道 .爆破設(shè)計(jì)見圖2.爆破參數(shù)見表2.單耗為1.46kg/rn

11、31.55 kg/m.圖2n ,川類圍巖段全斷面爆破設(shè)計(jì)圖一，L云南水力發(fā)電 2010 年第 3 期表 28 號(hào)隧洞爆破參數(shù)表 注:圍巖為微風(fēng)化長(zhǎng)石石英中細(xì)砂巖 ，粉沙巖及泥巖可適 當(dāng)調(diào)整 .裝藥量合計(jì) 73.2kg.嚴(yán)重，應(yīng)用了短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)等軟巖施工 技術(shù) ，8 號(hào)隧洞出口段施工進(jìn)度情況見表 3.表 38 號(hào)隧洞出口施 -r 進(jìn)度表季備注/（年一季）/（m/季）注:最高月進(jìn)尺為213rn,月，隧洞月平均進(jìn)尺176m.3.1.2施工進(jìn)度8 號(hào)隧洞出口進(jìn)洞后 ，穿越 V 類圍巖段 32m，lV8 號(hào)隧洞洞挖施工作業(yè)循環(huán)情況見 表 4.類圍巖段365m,節(jié)理發(fā)育，滲水量較大,巖體風(fēng)化表

12、48 號(hào)隧洞各類圍巖排炮循環(huán)時(shí)間表 min注:1,V類圍巖主要集中在進(jìn)洞口 32m的范圍內(nèi).3.1.3通風(fēng)散煙 通風(fēng)散煙應(yīng)用大功率的通風(fēng)設(shè)施 ,進(jìn)行遠(yuǎn)距離 供風(fēng) ,在洞口設(shè)置一臺(tái) 2X55kW（ 風(fēng)量為 1500In3/ min） 的軸流風(fēng)機(jī)正壓長(zhǎng)距離通風(fēng) ,風(fēng)管采用 j51.0m 的軟布風(fēng)管 ;風(fēng)管安裝要求整條管路穩(wěn) ,平,直,無(wú)扭 曲,無(wú)褶皺 ,盡量減少風(fēng)阻 .3.1.4 測(cè)量技術(shù) 由于隧洞較長(zhǎng) ,洞內(nèi)導(dǎo)線采用回歸直伸導(dǎo)線環(huán) , 在洞內(nèi)布置，如圖3中環(huán)所示的導(dǎo)線網(wǎng)，施工 中導(dǎo)線邊長(zhǎng)控制為 100200m 左右 1 條,隧洞工作 導(dǎo)線為 Al 一 23678 一 ll 一 12 一 l3 等

13、,在 開挖推進(jìn) 500 600m 時(shí),進(jìn)行一次導(dǎo)線環(huán)平差校 核,如 A 一123叫一 5一 A 閉合環(huán),確保有效的 圖 3 回歸直伸導(dǎo)線環(huán)圖 控制導(dǎo)線的精度 .8 號(hào)隧洞軸線為直線 ,放樣應(yīng)用 兩臺(tái) XHJ 一 800 激光發(fā)生器控制拱部定位 . 隧洞貫通后 ,經(jīng)測(cè)量顯示導(dǎo)線控制的方法及 XHJ 一 800 激光發(fā)射器進(jìn)行洞室放樣控制能滿足施 工精度要求 .且很大程度提高進(jìn)度 ,減少測(cè)量人員 和減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度 .3.1.5施工方案的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn):使用電動(dòng)設(shè)備減少洞內(nèi)污染 ,噪聲小. 迎頭面直接出渣 ,加快了出渣速度 ,減少了回車道 的數(shù)量 .使用電源成本低 .缺點(diǎn) :電動(dòng)裝載機(jī) 需增加

14、洞內(nèi)供電系統(tǒng)（特別是高壓系統(tǒng)）.活動(dòng)范 圍有限，機(jī)動(dòng)性不強(qiáng).適用于3mx 2.5m以上的斷 面和單頭掘進(jìn) 3.0km 的隧洞施工 .3.21.45rn3柴油側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸車出渣1.45rn3柴油側(cè)卸裝載機(jī)主要應(yīng)用于 8號(hào)進(jìn)口 ,1597號(hào)出口,7號(hào)進(jìn)口,6 號(hào)出口等工作面 ,8號(hào)隧洞進(jìn) 口掘進(jìn)1854na,7號(hào)隧洞長(zhǎng)3772m（單頭掘進(jìn)2109 m和I663m）,6號(hào)隧洞長(zhǎng)931171 .采用1.45柴 張傳茂.張寶忠,武飛周小斷面長(zhǎng)隧洞施工技術(shù)研究 油側(cè)卸裝載機(jī)迎頭面配合5t自卸車出渣. wF32oF 型原設(shè)計(jì)為前卸裝載機(jī) ,由于其寬度尺 寸僅為 225cm 和 5t 自卸車配合可以進(jìn)行

15、迎頭面直 接裝載，經(jīng)和廠家協(xié)商后，將WF320F型裝載機(jī)改為 側(cè)卸形式，滿足4m x 5m斷面隧洞在迎頭面裝渣的 需求.以 7號(hào)隧洞進(jìn)口工作面應(yīng)用為例 .3.2.1 施工技術(shù)及爆破設(shè)計(jì) 7號(hào)隧洞進(jìn)口圍巖條件較好 ,進(jìn)洞口采用斜交 進(jìn)洞，除洞口段約10m為W類圍外，其余段為川類 圍巖.采用全斷面爆破開挖，周邊孔光爆,2.3m 一循 環(huán);7 號(hào)進(jìn)口工作面支護(hù)和開挖平行作業(yè) ,支護(hù)和開 挖相距最大為80m.利用WF320F型側(cè)卸裝載機(jī)迎 頭面配合 5t 自卸車出渣 .3.2.2施工進(jìn)度7 號(hào)隧洞進(jìn)口進(jìn)洞段 ,地質(zhì)條件較好 ,混凝土襯 砌具備在隧洞貫通后再施工的條件 ;7號(hào)隧洞進(jìn)口 施工進(jìn)度情況見表

16、5.裹 57 號(hào)隧洞進(jìn)口施工進(jìn)度表備注,（年一季）,（rn,季）注:最高月進(jìn)尺為232II1,月.3.2.3通風(fēng)散煙 通風(fēng)散煙應(yīng)用大功率的通風(fēng)設(shè)施 ,進(jìn)行遠(yuǎn)距離 供風(fēng)，在洞口設(shè)置一臺(tái)2X 55kW的軸流風(fēng)機(jī)正壓長(zhǎng) 距離通風(fēng) ,風(fēng)管采用 1.2m,7 號(hào)隧洞進(jìn)口獨(dú)頭供風(fēng)2109m;在施工過程中，采用煤炭科學(xué)院研究總院 重慶分院生產(chǎn)的 AZD 一 1 型智能多參數(shù)檢測(cè)報(bào)警儀 對(duì)隧洞內(nèi)空氣質(zhì)量 （氧氣,一氧化碳 ,甲烷及溫度等 指標(biāo)）進(jìn)行檢測(cè) .根據(jù)不同工況進(jìn)行檢測(cè) ,見表 6. 得出一般的規(guī)律 .氧氣含量基本保持在 20%;一氧 化碳含量較大，特別是出渣時(shí),高達(dá)93ppm超過國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)24ppm;

17、甲烷含量基本無(wú)變化,為0.04 0.05%;洞內(nèi)溫度基本上保持在20E左右,出渣時(shí), 洞內(nèi)溫度有所升高，升高幅度為12C.根據(jù)各種 作業(yè)工況看 ,除出渣工況時(shí) ,洞內(nèi)空氣質(zhì)量不太理想 外,其余作業(yè)工況洞內(nèi)空氣質(zhì)量滿足要求 .故在出 表 6 隧洞空氣質(zhì)量狀況檢測(cè)記錄表洞外甲烷：0.05%氧氣:20.6%溫度:18%一氧化碳:2ppm 洞內(nèi)作業(yè)內(nèi)容:打鉆（通風(fēng)狀態(tài)）距洞口 1500m.樁號(hào):K20+320 樁號(hào):K20+225 樁號(hào):K20+200甲烷0.04%甲烷0.04%甲烷0.04%氧氣20.5%氧氣2o%氧氣2o%溫度20 C溫度2o r溫度-20 C氧化碳 ppm 一氧化碳 l8ppm

18、一氧化碳 18ppm 洞內(nèi)作業(yè)內(nèi)容:出渣（通風(fēng)狀態(tài)）距洞口 1500m. 樁號(hào):K2O+320 樁號(hào):K20+225 樁號(hào):K20+200 甲烷 0.05%甲烷 0.05%甲烷 0.05%氧氣 20.5%氧氣 20%氧氣 20%溫度2lqC溫度21 C溫度21C氧化碳 63ppm 一氧化碳 93ppm 一氧化碳 83ppm洞內(nèi)作業(yè)內(nèi)容:噴混凝土（通風(fēng)狀態(tài)）距洞 VI1500m.樁號(hào):K2o+32o 樁號(hào):K20+225 樁號(hào):K2O+200甲烷0.05%甲烷0.05%甲烷0.05%氧氣加 .5%氧氣 20.5%氧氣 20%溫度20.5T溫度20.5C溫度20.5C 氧化碳 25ppm 一氧化碳

19、 l8ppm 一氧化碳 16ppm 渣作業(yè)時(shí) ,作業(yè)人員應(yīng)帶防毒面具 ,保證人身健康 . 所以 ,根據(jù)對(duì)洞內(nèi)空氣質(zhì)量的測(cè)定 ,說明該通風(fēng)設(shè)備 配置基本上滿足施工通風(fēng)要求 . 3.2.4施工方案的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) :迎頭面直接出渣 ,加快了出渣速度 ,減 少了回車道的數(shù)量 .活動(dòng)范圍大 ,機(jī)動(dòng)性強(qiáng) . 設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用比電動(dòng)設(shè)備少 .缺點(diǎn):尾氣對(duì)洞內(nèi)環(huán) 境有一定的污染適用于4m x 3.5m以上和單頭 掘進(jìn)小于 3km 的隧洞施工 .3.33m3柴油側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸車出渣 3m3柴油側(cè)卸裝載機(jī)配合5t自卸車方案應(yīng)用 于 4號(hào)出口,5號(hào)進(jìn)口等工作面 ,4號(hào)隧洞出口掘進(jìn) 1538m,5號(hào)隧洞長(zhǎng)1213.9

20、m.以4號(hào)隧洞出口工 作面應(yīng)用為例 .3.3.1 施工技術(shù)及爆破設(shè)計(jì)在 4 號(hào)隧洞進(jìn)口配置 1 臺(tái) 20/min 電動(dòng)空壓 機(jī)形成壓風(fēng)站集中供風(fēng) ;在洞口布置一臺(tái)山西巨龍 軸流風(fēng)機(jī)(2X37kW)正壓通風(fēng)，風(fēng)管采用聲Im;在 洞 15 布置一臺(tái) 400kVA 變壓器供電 (和 5 號(hào)隧洞共 用 ).隧洞設(shè)置一臺(tái)鉆爆平臺(tái)配合 5 臺(tái)手風(fēng)鉆進(jìn)行 鉆爆.1 臺(tái) ZCL50C 型側(cè)卸柴油裝載機(jī)配合 45 部 5t1 60云南水力發(fā)電 2010年第 3期自卸車出渣 ,在洞內(nèi)約 150m 設(shè)置一個(gè)回車道 , ZCLSOC 型柴油裝載機(jī)由迎頭面抬渣至回車道處 ,配 合 5t 自卸車裝渣 .4 號(hào)隧洞爆破設(shè)計(jì)

21、同 7 號(hào)隧洞 . 3.3.2施工進(jìn)度4號(hào)隧洞出口工作面，進(jìn)洞段地質(zhì)條件較差，W類圍巖段K19+277.26240m巖石破碎滲水較大;4號(hào)隧洞進(jìn)洞前120m應(yīng)用正裝出渣,120m后 改用軌道式立爪裝巖機(jī)配合自卸車出渣 ,因軌道式 立爪裝巖機(jī)故障率較高 ,出渣存在死角 ,需進(jìn)行二次 移設(shè)軌道，出渣效率低,使用約40d后改為ZCL50C 型側(cè)卸柴油裝載機(jī) ;4號(hào)隧洞出口施工進(jìn)度情況見 表 7.表 74 號(hào)隧洞進(jìn)口施工進(jìn)度表備注,（年一季 ）/（rd 季）一注:最高月進(jìn)尺為 202ng 月.3.3.3通風(fēng)散煙口設(shè)置一臺(tái)2X 37kw的軸流風(fēng)機(jī)正壓長(zhǎng)距離通風(fēng)，風(fēng)管采用j&1.0m,4號(hào)隧洞出口

22、獨(dú)頭供風(fēng)1600m.3.3.4施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):通用設(shè)備 .活動(dòng)范圍大 ,機(jī)動(dòng)性強(qiáng) . 缺點(diǎn):回車道為滿足裝渣場(chǎng)的需要擴(kuò)挖較大和間 距小（150m需設(shè)置一個(gè)）廢氣量大,對(duì)施工進(jìn) 度有一定的影響 .適用寬度大于 4.5mX4m 的隧 洞,單頭掘進(jìn)長(zhǎng)度小于 1800m.4 總結(jié)1）無(wú)軌施工技術(shù) .3 種無(wú)軌施工技術(shù)方案在骨料輸送線U標(biāo)工程中都取得了良好的效果，在運(yùn)用 上各有優(yōu)劣.3m3裝載機(jī)適用于中距離的隧道施工;l.45m斗容裝載機(jī)和0.6rn3斗容電動(dòng)裝載機(jī) 適用于長(zhǎng)距離的隧道施工 ;電動(dòng)裝載機(jī)適用于電力 條件良好的環(huán)境 .2）資金.無(wú)軌出渣技術(shù)設(shè)備資金投入遠(yuǎn)比有 軌技術(shù)低得多 ;水工隧洞中 ,小斷面隧洞數(shù)量少 ,因 此更適合采用無(wú)軌技術(shù) .3）放樣.長(zhǎng)隧洞導(dǎo)線控制的方法及 XHJ 一 800 激光發(fā)射器進(jìn)行直線洞室放樣控制的方法具有精度 高 ,施工放樣迅速 ,準(zhǔn)確的特點(diǎn) ,特別是激光控制放 樣在地