浅谈高地温隧道开挖施工方法

浅谈高地温隧道开挖简单施工方法摘要：娘拥水电站引水隧洞全长15406.313m，为有压引水隧洞，在隧道施工过程中，遇到高地温洞段,岩面温度达81℃，环境温度超过50℃，其对隧道开挖的影响是非常大，必须采取特殊的施工方法和专门的爆破材料。为了保证现场能够继续施工，采取调整施工方法和采用一些简单的施工措施来保证隧道爆破施工的安全。关键词：隧道高地温影响简单开挖方法一、工程概况及地质情况娘拥水电站位于四川省甘孜州乡城县境内，为硕曲河干流梯级开发自上而下的第二个梯级电站，装机容量93MW。电站采用引水式开发，由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。引水隧洞全长15406.313m，纵坡i=2.9248‰，为有压引水隧洞，工程区属云贵高原与青藏高原的过渡地带，地貌上表现为构造剥蚀类型的高原高山区，地形多以条形山体为主，地势上呈北高南低之势。工程区山顶高程多在3500～4500m之间，河流切割深度1000～2000m。出露地层主要有三叠系上统喇嘛垭组(T3lm)、拉纳山组(T3l)、图姆沟组(T3t)、曲嘎寺组(T3q)浅变质岩系及印支期()等。岩性主要为变质砂岩、板岩以及黑云母花岗岩。第四系地层(Q)主要有坡残积、冲积、崩坡积、冰水冰川堆积等成因的块碎石夹砂土、粉土，漂卵砾石夹砂以及黄土层、中细砂层等。工程区位于川西面状强隆区的理塘－木里断隆内，该断隆地处中国西部强烈隆升区，为一级新构造运动单元内的一个次级断隆，区内发育北东向、北西向和近南北向的断裂。断隆内新构造运动比较活跃，第四纪以来差异活动显著。地质构造主要成生于印支—燕山期，晚三叠世以来，受近东西向和挤压应力场作用，近场区内形成一系列走向NNW和近SN向的压性断裂。周边活动性较强的断裂主要有西侧的金沙江断裂、丽江段裂和东侧的中甸—大具断裂、理塘—德巫断裂。断隆内构造主要表现为一系列褶皱和规模相对较小、活动性较弱的断层。二、地温出现情况1、地质情况1#施工支洞位于热玉村上游约400m，硕曲河右岸，山体雄厚，进洞高程3060m，工区地层岩性为三叠系拉纳山组下段（T311）灰色厚～中厚层砂岩夹板岩。进入引水隧洞后实际揭露地层岩性主要以花岗岩为主。靠近地热高温段30m范围岩性为砂岩夹板岩2、引水隧洞温度变化过程2008年9月20日进入主洞施工，支洞与主洞交点桩号为K0+873.97。当下游施工进入至K0+905时，右侧边墙出现一小股涌水，用大气温度计测量水温达到60℃。2008年11月27日，当施工至里程K1+010时，洞内温度骤然升高，用大气温度计测量环境温度达到58℃，炮孔内温度达到74℃。2008年11月28日，由业主、设计、监理、施工四方现场共同测定，在K1+012左边墙处炮孔口水流温度高达70℃，岩面温度达到58℃，掌子面底板积水温度达到50℃。2008年12月10日，在K1+019底板处炮孔口水流温度高达81℃，岩面温度达到61℃，掌子面底板积水温度达到70℃。三、地温洞段的施工影响1、高地温在施工过程可能引发的不良影响经查阅相关的技术资料，高地温问题一方面影响施工进度，恶化施工作业环境、威胁施工人员的安全、加剧施工器械的磨损；另一方面还会对岩石力学性质、火工品使用等产生影响。在1#支洞及主洞施工期间我们在现场发现高地温可能对以下几方面产生影响：①、火工品的使用：当施工至里程K1+010时，炮孔内温度超过70℃，使用普通的硝铵炸药（φ32），开始产生膨胀甚至包装纸破裂；导爆管发生软化失去弹性，挤压后无法恢复原状，因高地温影响可能发生火工品自爆。②、影响作业人员身体健康：由于洞内温度过高，作业人员经常出现呼吸苦难、胸闷、短暂晕厥现象，而且洞内外温差过大，作业人员下班出洞时极易感冒。③、影响测量仪器的稳定性：在现场测量中我们发现，在高温条件下测量仪器测距失效。根据测量仪器操作说明书，正常工作环境温度范围为-20℃~45℃，在此温度范围内可以进行温度校正，超出此范围将不能正常工作。2、经查阅有关资料，当工作岩面温度很高时，使用普通炸药就存在安全隐患，如果炸药要用在高温条件下，一般采用氮化铝做起爆剂的抗热雷管和高温使用的混有碳酸钙硝甘炸药。四、简单的开挖施工方法工程地处偏远山区，火工品由当地民爆公司统一提供，氮化铝做起爆剂的抗热雷管和高温使用的混有碳酸钙的硝甘炸药由于很少使用，在短时间内根本无法购买到，为了保证隧洞能够继续施工，经过业主、设计、监理、及施工单位现场研究，决定采用一些辅助方法，在保证施工安全的前提下隧洞能够继续施工。㈠降低环境温度用新购买110kw×2的通风机代替原来的55kw×2的通风机，通风布挂至距离掌子面20m左右，同时增加洞内通风时间和通风量。将洞内的环境温度降到25°~30°范围。㈡调整开挖方法1、当洞内环境温度降到25°~30°范围后，工人可以进行正常的钻孔施工，由于在底板部位有81°的地热水出现，为了防止发生工人烫伤的情况出现，现场采用半断面进行开挖（下断面采用竖向钻孔）。2、断面钻孔工序完成后，开始对各个炮孔进行温度测量并作好记录（各炮孔序号及温度记录见下）。3、炮孔降温（见下图）当炮孔施工完毕后，采用高压水管将洞外硕曲河水引至掌子面，通过专门制作的灌水管将水引至各个炮孔对其循环降温，每经过10~20分钟，对各个炮孔进行温度测量，当所有炮孔温度降至30多度时，快速采用普通火工品对各个炮孔进行装药，然后起爆。台阶开挖炮孔布置示意图钻孔完毕炮孔温度量测统计表孔号炮孔口温度炮孔底温度孔号炮孔口温度炮孔底温度孔号炮孔口温度炮孔底温度孔号炮孔口温度炮孔底温度147℃73℃1650℃74℃3151℃71℃554℃72℃248℃74℃1751℃76℃3250℃72℃652℃70℃349℃72℃1852℃75℃3349℃70℃751℃71℃452℃75℃1953℃74℃3453℃73℃849℃72℃551℃76℃2052℃73℃3554℃73℃950℃75℃653℃73℃2151℃72℃3652℃72℃1051℃74℃749℃75℃2253℃71℃3751℃71℃1152℃73℃848℃74℃2352℃75℃3852℃72℃1253℃72℃950℃76℃2453℃70℃3951℃73℃1352℃76℃1053℃75℃2550℃72℃4053℃74℃1451℃75℃1155℃77℃2649℃71℃4152℃73℃1553℃74℃1254℃76℃2748℃73℃149℃72℃1652℃73℃1353℃74℃2847℃70℃250℃73℃1753℃76℃1452℃75℃2951℃73℃353℃74℃1852℃73℃1551℃73℃3052℃72℃452℃73℃1951℃76℃前面1～41为上台阶开挖炮炮孔，后面面1～19为下台阶阶开挖炮孔孔，下台阶阶出水点水水温在866℃.岩石边面面温度500℃左右.空气温度35℃℃～40℃.冷却完毕炮孔温度量测统计表孔号炮孔底温度冷却时间孔号炮孔底温度冷却时间孔号炮孔底温度冷却时间孔号炮孔底温度冷却时间137℃45min1640℃35min3137℃17min542℃65min238℃42min1731℃45min3240℃22min638℃47min331℃37min1842℃36min3339℃27min741℃39min435℃40min1938℃27min3443℃14min832℃40min541℃25min2036℃42min3535℃17min940℃37min633℃27min2141℃32min3639℃25min1036℃40min742℃34min2233℃25min3742℃24min1130℃37min838℃25min2338℃27min3834℃28min1243℃54min940℃27min2443℃30min3939℃35min1338℃50min1032℃26min2530℃31min4029℃32min1439℃39min1145℃28min2639℃42min4142℃33min1543℃32min1234℃27min2735℃22min130℃27min1636℃46min1343℃31min2837℃17min244℃45min1743℃57min1437℃25min2931℃25min339℃37min1837℃36min1538℃30min3044℃22min428℃55min1942℃59min前面1～41为上台阶开挖炮炮孔，后面面1～19为下台阶阶开挖炮孔孔，下台阶阶出水点水水温在86℃，岩石边面面温度50℃左右，空气温度35℃～40℃。根据温温度统计上上断面在45miin后快速进进行装药并并起爆，下下断面60miin后快速进进行装药并并起爆。4、爆破完毕后进行出渣和相应的支护，然