淺談高地溫隧道開挖施工方法

淺談高地溫隧道開挖簡單施工方法摘要：娘擁水電站引水隧洞全長15406.313m，為有壓引水隧洞，在隧道施工過程中，遇到高地溫洞段,巖面溫度達81℃，環(huán)境溫度超過50℃，其對隧道開挖的影響是非常大，必須采取特殊的施工方法和專門的爆破材料。為了保證現(xiàn)場能夠繼續(xù)施工，采關(guān)鍵詞：隧道高地溫影響簡單開挖方法一、工程概況及地質(zhì)情況娘擁水電站位于四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，為碩曲河干流梯級開發(fā)自上而下的第二個梯級電站，裝機容量93MW。電站采用引水式開發(fā)，由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三部分組成。引水隧洞全長15406.313m，縱坡i=2.9248‰，為有壓引水隧洞，工程區(qū)屬云貴高原與青藏高原的過渡地帶，地貌上表現(xiàn)為構(gòu)造剝蝕類型的高原高山區(qū)，地形多以條形山體為主，地勢上呈北高南低之勢。工程區(qū)山頂高程多在3500～4500m之間，河流切割深度1000～2000m。出露地層主要有三疊系上統(tǒng)喇嘛埡組(T3lm)、拉納山組(T3l)、圖姆溝組(T3t)、曲嘎寺組(T3q)淺變質(zhì)巖系及印支期()等。巖性主要為變質(zhì)砂巖、板巖以及黑云母花崗巖。第四系地層(Q)主要有坡殘積、沖積、崩坡積、冰水冰川堆積等成因的塊碎石夾砂土、粉土，漂卵礫石夾砂以及黃土層、中細砂層等。工程區(qū)位于川西面狀強隆區(qū)的理塘－木里斷隆內(nèi)，該斷隆地處中國西部強烈隆升區(qū)，為一級新構(gòu)造運動單元內(nèi)的一個次級斷隆，區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向、北西向和近南北向的斷裂。斷隆內(nèi)新構(gòu)造運動比較活躍，第四紀以來差異活動顯著。地質(zhì)構(gòu)造主要成生于印支—燕山期，晚三疊世以來，受近東西向和擠壓應(yīng)力場作用，近場區(qū)內(nèi)形成一系列走向NNW和近SN向的壓性斷裂。周邊活動性較強的斷裂主要有西側(cè)的金沙江斷裂、麗江段裂和東側(cè)的中甸—大具斷裂、理塘—德巫斷裂。斷隆內(nèi)構(gòu)造主要表現(xiàn)為一系列褶皺和規(guī)模相對較小、活動性較弱的斷層。二、地溫出現(xiàn)情況1、地質(zhì)情況1#施工支洞位于熱玉村上游約400m，碩曲河右岸，山體雄厚，進洞高程3060m，工區(qū)地層巖性為三疊系拉納山組下段（T311）灰色厚～中厚層砂巖夾板巖。進入引水隧洞后實際揭露地層巖性主要以花崗巖為主?？拷責岣邷囟?0m范圍巖性2、引水隧洞溫度變化過程2008年9月20日進入主洞施工，支洞與主洞交點樁號為K0+873.97。當下游施工進入至K0+905時，右側(cè)邊墻出現(xiàn)一小股涌水，用大氣溫度計測量水溫達到60℃2008年11月27日，當施工至里程K1+010時，洞內(nèi)溫度驟然升高，用大氣溫度計測量環(huán)境溫度達到58℃，炮孔內(nèi)溫度達到742008年11月28日，由業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工四方現(xiàn)場共同測定，在K1+012左邊墻處炮孔口水流溫度高達70℃，巖面溫度達到58℃2008年12月10日，在K1+019底板處炮孔口水流溫度高達81℃，巖面溫度達到61℃，掌子面底板積水溫度達到三、地溫洞段的施工影響1、高地溫在施工過程可能引發(fā)的不良影響經(jīng)查閱相關(guān)的技術(shù)資料，高地溫問題一方面影響施工進度，惡化施工作業(yè)環(huán)境、威脅施工人員的安全、加劇施工器械的磨損；另一方面還會對巖石力學性質(zhì)、火工品使用等產(chǎn)生影響。在1#支洞及主洞施工期間我們在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)高地溫可能對以下幾方面產(chǎn)生影響：①、火工品的使用：當施工至里程K1+010時，炮孔內(nèi)溫度超過70℃，使用普通的硝銨炸藥（φ32），開始產(chǎn)生膨脹甚至包裝紙破裂；導(dǎo)爆管發(fā)生軟化失去彈性，擠壓后無法恢復(fù)原狀，因高地溫影響可能發(fā)生火工品自爆。②、影響作業(yè)人員身體健康：由于洞內(nèi)溫度過高，作業(yè)人員經(jīng)常出現(xiàn)呼吸苦難、胸悶、短暫暈厥現(xiàn)象，而且洞內(nèi)外溫差過大，作業(yè)人員下班出洞時極易感冒。③、影響測量儀器的穩(wěn)定性：在現(xiàn)場測量中我們發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下測量儀器測距失效。根據(jù)測量儀器操作說明書，正常工作環(huán)境溫度范圍為-20℃~45℃，在此溫度范圍內(nèi)可以進行溫度校正，超出此范圍將不能正常工作。2、經(jīng)查閱有關(guān)資料，當工作巖面溫度很高時，使用普通炸藥就存在安全隱患，如果炸藥要用在高溫條件下，一般采用氮化鋁做起爆劑的抗熱雷管和高溫使用的混有碳酸鈣硝甘炸藥。四、簡單的開挖施工方法工程地處偏遠山區(qū)，火工品由當?shù)孛癖窘y(tǒng)一提供，氮化鋁做起爆劑的抗熱雷管和高溫使用的混有碳酸鈣的硝甘炸藥由于很少使用，在短時間內(nèi)根本無法購買到，為了保證隧洞能夠繼續(xù)施工，經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、及施工單位現(xiàn)場研究，決定采用一些輔助方法，在保證施工安全的前提下隧洞能夠繼續(xù)施工。㈠降低環(huán)境溫度用新購買110kw×2的通風機代替原來的55kw×2的通風機，通風布掛至距離掌子面20m左右，同時增加洞內(nèi)通風時間和通風量。將洞內(nèi)的環(huán)境溫度降到25°~30°范圍。㈡調(diào)整開挖方法1、當洞內(nèi)環(huán)境溫度降到25°~30°范圍后，工人可以進行正常的鉆孔施工，由于在底板部位有81°的地熱水出現(xiàn)，為了防止發(fā)生工人燙傷的情況出現(xiàn)，現(xiàn)場采用半斷面進行開挖（下斷面采用豎向鉆孔）。2、斷面鉆孔工序完成后，開始對各個炮孔進行溫度測量并作好記錄（各炮孔序號及溫度記錄見下）。3、炮孔降溫（見下圖）當炮孔施工完畢后，采用高壓水管將洞外碩曲河水引至掌子面，通過專門制作的灌水管將水引至各個炮孔對其循環(huán)降溫，每經(jīng)過10~20分鐘，對各個炮孔進行溫度測量，當所有炮孔溫度降至30多度時，快速采用普通火工品對各個炮孔進行裝藥，然后起爆。臺階開挖炮孔布置示意圖鉆孔完畢炮孔溫度量測統(tǒng)計表孔號炮孔口溫度炮孔底溫度孔號炮孔口溫度炮孔底溫度孔號炮孔口溫度炮孔底溫度孔號炮孔口溫度炮孔底溫度14731650743151715547224874175176325072652703497218527533497075171452751953743453738497255176205273355473950756537321517236527210517474975225371375171115273848742352753852721253729507624537039517313527610537525507240537414517511557726497141527315537412547627487314972165273135374284770250731753761452752951733537418527315517330527245273195176前面1～41為上臺階開挖炮孔，后面1～19為下臺階開挖炮孔，下臺階出水點水溫在86℃.巖石邊面溫度50空氣溫度35℃～40℃冷卻完畢炮孔溫度量測統(tǒng)計表孔號炮孔底溫度冷卻時間孔號炮孔底溫度冷卻時間孔號炮孔底溫度冷卻時間孔號炮孔底溫度冷卻時間1345min164035min313717min54265min23842min173145min324022min63847min33137min184236min333927min74139min43540min193827min344314min83240min54125min203642min353517min94037min63327min214132min363925min103640min74234min223325min374224min113037min83825min233827min383428min124354min94027min244330min393935min133850min103226min253031min402932min143939min114528min263942min414233min154332min123427min273522min13027min163646min134331min283717min24445min174357min143725min293125min33937min183736min153830min304422min42855min194259min前面1～41為上臺階開挖炮孔，后面1～19為下臺階開挖炮孔，下臺階出水點水溫在86℃，巖石邊面溫度50℃左右，空氣溫度35℃～40℃。根據(jù)溫度統(tǒng)計上斷面在45min后快速進行裝藥并起爆，下斷面60min后快速進行裝藥并起爆。4、爆破完畢后進行出渣和相應(yīng)的支護，然后進行下一循環(huán)的施工。支護過