桂林市漓江补水小溶江电站导流隧洞洞挖施工技术

1 工程概况

本工程项目为小溶江水利枢纽前期工程中的导流隧洞工程, 建筑物为4级, 根据导流隧洞的建筑物级别, 导流隧洞按枯水期10年一遇的导流洪水标准设计, 渡汛标准为50年一遇洪水标准。导流隧洞长702m断面采用城门型, 为无压洞, 衬砌后断面宽8.0m, 高11.31m, 洞室开挖7.17万m3, 相应洪水标准Q=255m3/s。

1.1 地质情况

进口段0+000～0+175m围岩主要为D2y2紫红色中厚～厚层泥质粉砂岩夹砂岩, 围岩类别为Ⅲ类。0+175～0+570m围岩主要为3D2y灰色、灰绿色中厚～厚层砂岩, 岩体较完整, 围岩类别为Ⅱ～Ⅲ类。0+570～0+702m围岩主要为D2y2暗红色中厚～厚层砂岩, 弱风化, 围岩类别为Ⅲ～Ⅳ类。

1.2 气候条件

工程所在地处于亚热带湿润季风气候区, 年平均降雨量为1223.5mm。降雨主要集中在4～9月份, 占全年总雨量的80%。年平均降雨天数为115.3天。多年平均气温为20.2℃, 极端最高气温为32.6℃, 极端最低气温为-4.5℃。

1.3 施工简介

导流洞开挖断面9.0×12.0m, 分上、下台阶施工, 由进、出口相向朝内掘进。上台阶采用全断面开挖, 下台阶采用预留光面层、爆破中槽的方式开挖, 侧翻装载机自卸汽车出渣。隧洞于2006年1月实现了进、出口提前进洞, 5月4日上台阶全线贯通, 6月28日下台阶开挖完成, 历时6个月。

2 隧洞施工技术方案

2.1 采用简易、安全有效的支护方式提前进洞

导流隧洞进、出口均为Ⅲ～Ⅳ类围岩各种裂隙组合造成局部不稳定块体。岩石破碎, 自稳能力差。为保证安全进洞, 根据该处岩石为泥质砂岩的特性, 洞口段采用“小导管注浆管棚法”施工。

洞脸锚杆设计:在洞口开挖断面轮廓线外25cm打3排超前锚杆, 锚杆长4.0m, 成梅花形布置, 间距40cm, 用锚固剂锚固, 所有锚杆用φ22钢筋连接焊牢, 锚杆方向与拱顶成3°～4°夹角。超前小导管施工是在破碎松散岩体中超前钻孔, 插入φ42mm钢花管导管, 并将其中的空气、水分排出, 使松散破碎体胶结、胶化, 形成具有一定强度和抗渗阻水能力的固结体, 从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性, 使超前小导管与固结体形成一个具有一定强度的壳体, 在壳体的保护下进行开挖支护施工。小导管加工是把4m/根的φ42mm钢管一端加工成尖锥形, 距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设φ6mm的孔眼4排, 以利于小导管推入破碎岩体。采用4m/根的φ42mm钢花管布设在拱部, 外插角10° (根据地质条件, 按10°～20°控制) , 环向间距40cm, 纵向环距2.4m, 搭接不小于1.5m, 即每安装一排小导管, 开挖支护2.4m。

2.2 优化钻爆参数, 提高爆破效率

隧洞快速掘进的途径在于缩短循环时间, 提高循环进尺。对于断面较大的隧洞来说, 岩石可爆性较差, 钻孔和装药要占用掘进时间的55%～65%, 因此, 优化钻爆参数就显得尤为重要。

(1) 起爆方式。

隧洞开挖按光面爆破要求进行钻爆设计, 周边眼使用小直径光爆炸药, 炮眼间距45cm～55cm, 采用间隔装药, 导爆索起爆, 孔口堵塞长度足够。炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布, 炮孔痕迹保存率达到90%以上, 保证开挖面与设计轮廓线一致, 径向超挖值和开挖岩面的起伏差均小于200mm。

(2) 掏槽方式。

采用水平楔形掏槽方式。为了提高掏槽效果, 我们采取了以下措施: (1) 控制炮眼孔底偏向误差±10cm, 以保证造孔质量; (2) 为防止出现炸药受压钝化效应, 避免殉爆现象, 掏槽孔只装2号岩石乳化药, 掏槽孔装药按装药系数K=0.6控制。

(3) 钻爆设计。

炮眼数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、洞成型的好坏。暂按下式计算炮眼数目, 在施工中, 根据具体情况再作调整, 以达到最佳爆破效果。

炮眼数目N, 按下式计算:

式中:q为炸药单耗量, 取q=1.05kg/m3。

S为开挖面积, S二48.3m2。

r为每米长度炸药的重量, 2号岩石销铵炸药r=0.78kg/m。

η为炮眼装药系数, 取η=0.85。

经计算, N=77, 光面爆破需多增加周边眼35只及中空孔一只, 共计113只。

每个炮眼的装药量。

a掏槽孔:

式中:η为炮眼装药系数, 取η=0.85。

L为眼深, L=3.5m。

r为每米长度炸药量, r=0.78kg/m。

经计算Q1=2.32取Q1=2.3 kg。

b辅助孔:

c光爆孔:

周边孔间距a= (15～10) d, = (15～10) *43mm=645mm～430mm。

密集系数m=a/W=0.65～1.0。

最小抵抗线W=600mm～400mm。

2.3 下层扩挖采用梯段爆破, 提高掘进速度

下层边墙采用中风压潜孔钻钻孔预裂爆破, 紧跟上层开挖推进。下层开挖采用中风压潜孔钻钻孔梯段爆破, 底板建基面采用孔底设柔性垫层一次性开挖。下层开挖出渣设备配置1台1.2m3反铲挖掘机和1台5m3侧翻装载机, 运输由15t～20t运至洞挖料周转料场。爆破清底在下一个工作循环之前, 利用PC220反铲对掌子面进行彻底清理, 把危石处理干净, 并清除底部松渣, 对岩埂用手风钻进行俢规。

2.4 加快装渣速度, 提高单循环掘进时间

隧洞内出渣时间一般占掘进单循环时间的20%～30%, 是缩短循环时间的关键优化项目之一。而加快出渣速度的主要措施是提高装渣效率和增加外运能力。因此, 在确定上台阶高度时, 我们充分考虑了采用装载机进行装渣的施工空间, 采用了一台5m3的侧卸装载机位于隧洞一侧, 侧卸给一台自卸汽车进行, 实施效果较原投标阶段将渣料用装载机端出洞外节约时间一倍以上。