小斷面長隧洞快速施工組織方案優化

0工藝特點及建設概況隨著近年來浙江省基礎建設的加強，規模水電工程、引水工程、污水工程等項目的市場份額日益增多。然而，小井長洞是上述項目中不可或缺的建設項目。義烏市水平加水庫引水工程是浙江省的重點建設項目，也是義烏和東陽首次實施全國水權交易的內容。烏烏水庫引水工程全長34.68公里，其中供水孔長30.56公里，旁路泵站長4.12公里，設計流量2.353ms，年引水能力6000萬元。儲水孔最大開挖深度為1654m，截面為馬蹄形，洞徑為2.6m。1施工的斷面尺寸影響根據洞室斷面或跨度大小,隧洞可劃分為小斷面、中斷面、大斷面和特大斷面4類,具體尺寸見表1.根據洞室單頭進尺的長短,隧洞可劃分短隧洞、中長隧洞、長隧洞、特長隧洞4類,具體尺寸見表2.小斷面長隧洞的特點是“小”和“長”.小則受斷面尺寸的限制,在有限的空間內施工,工序交叉多,互相干擾大;在同一工作面上,鉆孔、爆破、出碴等工作只能周期性循環進行;同時,無法在施工中運用高效的大型機械設備和自卸運輸車輛,而且也影響到洞內管線的布設,從而總體影響機械化施工配套.長則受距離限制,帶來供電、供風、排水、排煙、出碴等一系列困難,施工勞動條件較差,安全問題也較突出.因此,小斷面長隧洞的施工存在較大困難.盡管小斷面長隧洞有種種困難,但它還是有一定的優越性,具有單位長度開挖量少、出碴量少、安全支護比較方便等優點;長隧洞一般具有斷面形式改變較少、縱向坡度較小等優點.因此,只要施工組織措施得當,小斷面長隧洞的開挖施工困難是可以克服的.2優化和小斷面長隧道施工的實踐2.1暗排支洞施工,長隧道洞長洞短打是基鑒于小斷面長隧洞的種種限制性條件,設置施工支洞有以下好處:①開辟多個工作面,實現“長洞短打”,以縮短工期.②有利于隧洞通風、排煙.③有利于出碴.④避開重要建筑物,有利于優先進洞,避免施工干擾.設置施工支洞應以均衡施工為原則,既要快又要經濟.支洞多,主洞工作面就多,有利于加快進度,但增加了臨時工程量和工作量,不利于經濟施工.反之,支洞少或不設支洞,主洞工作面少,雖然降低了臨時工程量和工作量,但不利于主洞施工.這是一對矛盾,兩方面應該辨證地認識.因此,盡管支洞可以使長洞短打,但應考慮地形、地質、工期、效益等多方面因素.根據我國多年的隧洞施工經驗,《水利水電樞紐工程項目建設工期定額》中建議,長隧洞施工的工作面見表3.義烏市橫錦水庫引水工程輸水隧洞共有四段,長度分別為1432m、14422m、14086m、622m,根據《水利水電樞紐工程項目建設工期定額》中的建議,對14422m隧洞沿程分別開設了鳳樓下、回龍殿、大處、上屋等4個支洞,對14086m隧洞沿程分別開設了朝莊、照落塘、上進、泉塘等4個支洞,每個支洞內上下游主洞單頭開挖長度在1365～1654m不等,且各個支洞獨立成為一標段,從而使各標段工期接近,避免因個別標段的線路過長而影響整個工程的總工期.施工結束后,支洞將根據實際需要改建為檢修和維護使用的永久交通洞和調壓井,在運行時作為調壓和通氣用.2.2該設備的優化和實踐(1)支護設計原則根據地質條件,選用手風鉆或液壓鉆等常用的施工方法,按需要分為7.盡管多臂鉆鉆孔快,手風鉆鉆孔慢,但由于隧洞內空間小,而且單位面積的鉆孔數比大洞多,多臂鉆的效率不能充分發揮,而手風鉆可以通過采用長、短釬的作業方式或先導洞后擴挖的施工方法,充分發揮其優勢,所以可優先選用手風鉆.在橫錦水庫引水工程的隧洞開挖施工中,充分利用斷面積為6.8m2的空間,布置3根2.5m長的風鉆或液壓鉆.根據不同地質條件,在達到設計光面效果前提下,采用全斷面開挖或導洞領先、擴洞跟進的施工方法.同時對斷層破碎帶等事故多發地段采用“打淺眼、弱爆破、強支護”的施工方法,以最大限度減少圍巖振動.橫錦水庫引水工程八標段開挖采用手風鉆鉆孔,采用空孔五星掏槽,四只空孔中間布置一只裝藥掏槽眼,掏槽眼外圍布置梅花型輔助炮眼,按設計開挖輪廓線布置周邊炮眼,全斷面掘進,裝藥采用不偶合、擴張翼片間隔裝藥,爆破按掏槽眼、輔助眼、周邊眼的順序引爆.(2)單車出設立出碴工序是控制小型長隧洞能否實現快速施工的關鍵工序之一.出碴安排是否得當,直接影響到下一循環的施工.橫錦水庫引水工程,因隧洞底寬只有2m,洞內道路只能一臺車單向行駛,去掉風、水電線所需空間(20cm)和行車安全距離,空間極為有限,因此每隔150～200m必須設一避車道.出碴方式一般選用正鏟式小型裝巖機配合斗車、扒碴機配合斗車或礦車出碴,這時電瓶車與輕軌的配套更是實現快速出碴的重中之重.在小型長隧洞施工中,在斷面積允許的條件下,應盡量選擇較大的裝載機;選擇出碴設備也應根據隧洞的實際情況,通過計算裝載設備和運碴設備的工作效率,比較出相互匹配又較合理的方案.2.3配置輔助設備的優化和實踐(1)混合式的應用隧洞工程施工中,由于開挖爆破分解不完全和內燃機的燃燒不完全,經常產生大量有害氣體,必須及時通風凈化空氣.此外,隧洞施工作業人員需要不斷補充新鮮空氣,我國規定為每人每分鐘應提供新鮮空氣3m3.長隧洞的開挖,通風排煙問題尤為突出.炮煙能否盡快排除洞外,決定著下步工序的功效.實踐證明,混合式分散供風效果較好.混合式是指吹吸結合;分散是指多臺風機串聯使用.除此之外,還可采用掛簾隔煙、噴霧除塵等輔助方法,加強除塵排煙的效果.橫錦水庫引水工程四標段,下游側主洞長1535m(樁號12+305～13+840).為了滿足洞內工作人員每分鐘最少提供3m3/人的新鮮空氣的要求,并使作業面有較好的施工環境,在支洞口架設了二臺11kW軸流式通風機,采用壓入式和吸出式兩套浸塑布通風膠帶管混合通風,做到吹吸結合,達到了很好的供風效果.為最大限度加快排煙速度,隧洞開挖后期,又在樁號13+140處洞軸線鉆一垂直孔(DN75)為通風豎井,地面孔邊布置供風站,配置1臺10m3空壓機,通過該垂直孔用3寸鍍鋅管分兩路向洞內供風,以解決隧洞掘進增長供風不足的問題.正是該通風豎井的布設,使主洞灌漿輸送通道由支洞輸運一條增加到兩條,灌漿工作面由一個增加到三個,大大加快了工程進度,提高了工程效益,可謂“小投入、大收益”.(2)管道下封面隧洞為順坡,排水比較簡單,一面掘進一面挖排水溝即可;隧洞為逆坡,分段設置集水坑,間距控制在50～200m視隧洞底坡而定;隧洞開挖遇到斷層或破碎帶,有可能出現大量滲水或壅水,此時可在掌子面布置適量的排水孔或打入花管導水;最后可按梯級逐坑泵水出洞.在隧洞設計坡降允許的條件下,充分利用水體自流至支洞、主洞交叉口后用水泵抽排出洞,也不失為一種方法.2.4激發周邊眼結構、提高料孔密度由于地質情況的差別和環境的不同,照搬已有的爆破設計,不一定能達到最好的爆破效果.在施工中,應根據爆破實驗,調試各種爆破參數,以取得最優的爆破效果.進尺和炮眼數目的多少作為爆破重要參數,直接影響每一循環的效率,也應與循環時間協同考慮,以取得最佳的循環進尺.橫錦水庫引水工程八標段根據地質情況,經過多次試驗,最后確定炮眼數目在38只上下,頂拱周邊孔布置9只,側墻6只,底板5只,掏心孔5只,其余為輔助孔.孔深在開挖過程中根據地質情況采用2m、2.5m、3m炮桿相結合,周邊眼間距控制在50cm左右.單孔裝藥量掏心孔較大在1.8kg,輔助眼在1.0kg,周邊孔較小0.5kg,底板孔在1.1kg左右,整個工程平均炸藥用量在3kg/m3.工程一開始采用火雷管與導火線引爆,根據導火線的長短來控制起爆順序,先掏心孔,再輔助孔,再周邊孔;不久考慮安全及爆破效率,改用了微差延期雷不定式配以非電塑料導爆管起爆,中間第一個掏心孔用第1段微差延期雷管,依次采用3、5、7、9等段爆破.3小斷面長隧道施工組織設計為了更好地配置水資源,隧洞引水工程項目會不斷增加,小斷面長隧洞更是在引水項目中普遍應用.由于其自身“小”和“長”原因,施工難度較大.研究和探討小斷面長隧洞合理、經濟的施工組織設計,舍其短取其長,抓好每