小断面长距离引水隧洞的施工设计_杨照明

类围岩
1.5m 一个循环
一次支护 视危 岩情 况及 时 进 行局部支护。
手风钻开挖 , 短进 尺 、小药 量 、弱爆 破 , 周 边孔光
洞身断层
爆 ;地质条件较好 段全断 面开挖 , 断层 破碎带 上导洞
超前锚杆
破碎带
超前 , 两侧扩挖跟 进 , 0.5 ～ 1.0m 一个 循环 。 断 层破
根据实际情况 , 为保证按期完工 , 经过专题论 证 , 设计变更将洞径扩大为 2.5m ×2.5m , 以尽可 能采用机械化施工 , 提高工作效率 , 且更能满足实 施灌浆和喷护的空间要求 , 有利于实施连续通风 、 实施灌浆 、 衬砌 、 喷锚支护等施工 。
隧洞工程于 2006 年正式开工 , 实践证明 , 扩 大洞径后 , 每一循环进尺增加到 1.4 ～ 1.5m , 出渣 设备 、 通风排烟管 、 供电 、 排水及供风管路在断面
3.2.3 爆破设计
表 2 隧洞爆破施工参数汇总表
项目
单位
放水 洞
围岩地质描述
花岗岩 f =15
开挖断面积
5.687
开挖循环进尺
m2
1.5
掏槽方式 炮孔数量
m
直孔掏槽
个
34
炸药用量
kg
30.3
单位耗孔量 单位耗药量
孔/ m3 kg/ m3
3.99 3.33
控制爆破方法
光面爆破
孔距 a
m
爆
最小抵抗线 W
3.2.2 进尺的确定 合理的进尺是隧洞掘进作业的重要参数 , 按照
规范要求通常选用的循环进尺 为隧洞开挖宽 度的
0.6 倍左右 , 本工程隧洞开挖宽度为 2.5m , 进尺为
1.5m , 钻孔可取 1.7m , 该深度处于钻机的最佳深度 范围 。进尺与 循环时间协调才 能取得最佳掘 进效
率 , 本工程为小断面隧洞 , 因此采用短进尺 、多循环 的工作方式 。
2 本工程隧洞的设计和改进
小断面长距离隧洞是各类隧洞中施工难度较大 的, “小” 是指机械化程度较高的施工机械不能进洞 作业 , 只能采取以人工为主的方法开挖 ;“长” 是对 通风 、 供电 、 排水和运距相对而言 ;同样比较长的距 离, 对于洞径较大的 , 不称其为长 , 但对于洞径较 小、 主要靠人工作业的隧洞 , 就可认为是长隧洞。
设计与施工
水利规划与设计
2011 年第 3 期
机 , 进尺超过 500m 时两级风机全部打开 , 当隧洞掘 进到 700m 以上时 , 供风的沿程损失太大 , 送至工作 面的风量很小 , 此时采取串联 11kw 的轴流风机 , 每 隔 300m 左右设一台 , 由于各段的风压损失已由接力 式的风机补偿 , 这种供风方式也不受洞长的限制 。
作者简介 :杨照明 (1966 年 -), 男 , 高级工程师 。
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内可合理布置 , 基本满足施工期的安全生产需要 , 隧洞总开挖工期 28 个月 , 比原设计洞径的理论工 期减少了 29 个月 。 扩大洞径后 , 洞挖工程量增加 , 投资有一定增加 , 经过经济分析 , 提前完工后的财 务收益完全可弥补增加的投资 。
在本工程实践中 , 还总结出了长距离混合式分 散供风方式 。距工作面 50m 始终布置一台吸风机 , 边开挖边往工作面移 , 爆破后首先开启该风机 , 先往 外吸 , 烟尘经硬质风管吸出 200m 外 , 约 20mi n 后 , 关闭该风机 ;然后开启供风的所有风机 , 从洞口将新 鲜空气吹入 , 使工作 面的空气较新 鲜 , 一 般 60m in 可完成排烟工作 , 工作面 200m 范围内空气 质量满 足工人安全施工需要 。 为了安全起见 , 每次爆破后 洞内风机的开启按 钮均在井上控 制 。 每次通 风结 束 , 工人下井作业时 , 专职安全员首先携带有害气体 检测仪检查 , 若空气质量不合格继续通风 , 直至满足 要求为止 。 3.2.5 出渣作业一次爆破有效进尺为 1.4 ～ 1.5m , 方量 为 7.96 ～ 8.53m3 , 折 合 松 方 约 12.18 ～ 13.05m3 。 采用 2 .5t 的电瓶车牵引矿车出渣 , 正常 情况下每班出渣作业时间为 5 ～ 6h 。
表 2 隧洞石方开挖的爆破参数 , 系根据理论计 算结合实际爆 破效果反复进行爆破试 验总结的参 数 , 实际施工时按照监理最终批复的爆破试验成果 , 作为施工控制参数 。 3.2.4 通风散烟
通风问题往往成为小断面长隧洞能否实现快速
施工的关键 , 根据已有施工经验 , 施工洞 、井内的最 低风速不小于 0.15m/ s , 工作面附近的最小风速不 低于 0.25m/ s ,隧洞 、竖井工作面最大风速为 4m/ s 。通 风主要考虑施工作业人员所需风量 、爆破散烟所需风 量等 , 经计算分析 , 洞内通风量不小于 45m3/ min 。
为了安全施工需要 , 有利于实施连续通风 , 采用 压入式供风方式 , 由于洞径尺寸限制 , 洞内牵引车行 走需要 Biblioteka Baidu 并与通风桶需保持 20cm 的安全距离 , 最大 限度布置直径大的供风管 , 以满足工作面所需风量 。
本工程采用性能较好 、供风距离较长的对旋轴 流式通风机 YBT -62 型 , 风机功率 22 ×2kW , 供风 量 240m3/ min , 风压 3200 ～ 680Pa , 选用风管为塑料 柔性风管 , 悬挂在隧洞 一侧墙上 。 洞挖进尺 300m 以内时 , 仅开一级风机 , 300 ～ 500m 时 , 仅开二级风
碎带周边孔光爆采用密孔 、小药量 、隔孔装药 。
视危 岩情 况开 挖 后 立即 施作 :锚 杆 、挂 网 喷 混凝土等一次支护 。
工监测
施工 成型 后按设 计要 求 埋设 观测设施 , 定期观测 。 施工 成型 后按设 计要 求 埋设 观测设施 , 每排 炮观 测一 次 , 及时 反馈观测信处 , 如围岩变形 速率陡 增 , 及时衬砌顶拱混凝土 。
手持风钻 进出工作 面时间约 20mi n ;准 备 、清 孔 、装药时间为 60min ;爆破时间为 10min ;通 风散
烟时间为 60m in ;出渣前的工作面清理 、集渣 、危岩 安全处理等项工作约 20min 。 综合考虑正常情况下 每循环作业时间取 10.1 ～ 11.9h , 一天按 2.38 ～ 2.0 班计算 。 3.2.7 施工供电
为保证洞壁悬挂通风筒 、 满足牵引车运输宽度 及另一侧行人避车安全的要求 , 轨道中心线偏移隧 洞中心线 150m m 。 3.2 主要施工方法 3.2.1 钻爆开挖方案
根据不同的围岩类别采用不同的施工方法见表 1。
表 1 隧洞开挖施 工方案表
工程部位 超前支护
施工方案 开挖方法
洞身Ⅰ～ Ⅱ
手风 钻全断 面造孔 , 光面 爆破 , 隧 洞开挖 1.4 ～
本工程洞内采用有轨出渣 , 轻轨 600mm , 在洞 内铺设单线 , 每隔 300m 设一斗车编组站(大避车道 位置), 每隔 100m 设一移车器(小避车道位置);装 渣采用 0.2m 3风动装岩机 , 采用 0.5m3 斗车十二辆 , 牵引机车采用二台 2.5t 电瓶车 , 一台用于工作面至 编组站的斗车的牵引工作 , 一台用于编组站至竖井 提升机受料斗处斗车的牵引工作 。
号电瓶机 车 的型 号 为 XK2.5 -4/ 48 -2A , 自重 2.5t , 3.5kW , 长 2.3m , 宽 0.92m , 高 1.55m , 可以满足运输需要 。原设计洞径不具备机械施工条 件 , 只能采用人工装碴 , 机械运输的方式 。初步设 计阶段控制工期为三年 。
隧洞于 2005 年开始进行试验性开挖 , 由于小 断面施工中对爆破的钳制 作用 , 每一 循环施工仅 1.1 ～ 1.2m , 随着进尺的延伸 , 出渣 、 通风排烟明 显受到隧洞断面的限制 , 通风管直径 一般不小于 0.5m , 否则 , 单位长度的 风压损失较大 , 送风的 距离就短 , 运输车与通风管的间隔太近 , 通风管容 易被尖状物划破 , 加之洞内还需要布供水管 、 高压 电缆 、 低压电缆 、 照明灯具等 , 造成通风时不能出 渣 , 出渣时不能通风 , 洞内空气质量很差 , 每循环 作业时间也在拉长 , 施工期的安全生产也不易得不 到保证 , 隧洞施工表现出断面越小开挖条件越差 , 施工难度大 、 施工附加工作量也加大 , 进度和工期 的矛盾日益严重 , 经测算 , 仅开挖需工期 57 个月 。
3 隧洞施工
3.1 整体施工方案 隧洞施工采用全断面开挖 , 机械出渣 。用 0.2m3
装岩机装斗车 , 水平运输采用 2.5t 电瓶车牵引至井
底 , 垂直运输以矿用绞车提升自制罐笼 , 罐笼四角采 用 4 根导向绳固定, 提升高度 40 ～ 108m , 竖井出渣 在井外直接装自卸汽车 , 平洞出渣在洞外装载机装 自卸汽车 , 运输至指定弃渣场 。
m
破 炮孔密集系数 m =a/ W
0.53 0.6 0.88
参
炮孔直径 d
42
数
药卷直径 dx
不偶合系数 K
mm
35
mm 3.17(35mm 药卷间隔装药)
合理的爆破参数是本工程 隧洞快速开挖 的关
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键 , 根据理论计算分析 , 采用中心直孔 掏槽布置方 式 , 周边布置辅助孔 , 外轮廓线布置周边孔 , 整个断 面共布置钻孔 34 个 , 光面爆破 , 隧洞爆破施工参数 (见表 2)。
目前长距离 、 小断面引水隧洞中 , 2m ×2m 以 下开挖断面还未有 工程实例 , 单工作面掘进 长度 1.6km 也极少 , 在阿拉山口供 水工程前期的 设计 阶段 , 受工程总投资控制 , 隧洞断面尺寸按照满足 最小施工断面设计 , 开挖洞径为 1.8 ×1.8m 的城 门洞型 , 施工主要以人工为主 , 目前市场上最小型
设计与施工
水利规划与设计
2011 年第 3 期
小断面长距离引水隧洞的施工设计
杨照明1 张金承1 周垂富2
(1.新疆水利水电勘测设计研究院 乌鲁木齐 830000 ; 2.吉林省水利水电工程局 长春 130000)
【摘 要】 小断面 、 长距离隧洞是各类隧洞中施工难度较大的 , 本文结合新 疆阿拉山口 供水与生 态建设工程 引 水隧洞工程实践 , 介绍了小断面 、 长距离引水隧洞的施工措施 , 为同类引水隧洞工程提供了可借鉴的经验 。 【关键词】 小断面 长距离 引水隧洞 施工 【中图分类号】 T V 52 【文献标识码】 C 【文章编号】 1672 -2469 (2011) 03-0055-03 【DO I 编码】 10.3969/ j.issn.1672-2469.2011.03.018
平时一台电瓶车停放于竖井地下卸渣站处 , 另一 台电瓶车和十二辆空斗车均停放于斗车编组站处 , 出 渣开始时由编组站处一台电瓶车推动两台空斗车 , 向 工作面方向推进 , 行进至移车器时将一台斗车推入移 车器 , 另一台由电瓶车推至装岩机后开始装岩 , 装岩 完毕后则电瓶车将其牵引至斗车编组站处 , 同时人工 将移车器内的空斗车推至工作面开始装岩 ;牵引重车 的电瓶车把斗车牵引至编组站的靠近竖井处的岔口 后 , 推入斗车编组站 , 并把从编组站远离竖井的岔口 人工推出的一台空斗车 , 向工作面方向推进 , 至移车 器后将空车移出 , 电瓶车前进至工作面处牵引重车 , 如此循环 ;当编组站处的重车满六辆时 , 由竖井处的 电瓶车牵引至竖井卸渣站 , 提升至地面 。 3.2.6 辅助作业及支护时间
1 工程概况
新疆阿拉山口供水与生态建设工程是解决阿拉 山口口岸水资源严重匮乏的引水工程 , 主要由取水 枢纽 、 引水线路 (包括管道和隧洞)、 尾部调节水 库等组成 , 工程 2006 年 7 月正式开工 , 2009 年 10 月试运行通水 。
引水 隧 洞 是 该 工程 的 关 键 控 制 工 程 , 全 长 14.346km , 设计开 挖断面 2.5m ×2.5m , 城门 洞 型 , 洞身段基本在较完整的花岗岩体中 , 采用钻爆 法施工 ;受地形条件限制 , 已有工作面的平均控制 长度 1279m , 其中吉林省水电工程局承担的 2#竖 井段单工作面控制长度达 1620km , 竖井深 108m , 为本工程施工难点 , 控制着整个工程的进度 。