小断面长隧洞快速施工组织方案优化

小断面长隧洞快速施工组织方案优化

0工艺特点及建设概况随着近年来浙江省基础建设的加强，规模水电工程、引水工程、污水工程等项目的市场份额日益增多。然而，小井长洞是上述项目中不可或缺的建设项目。义乌市水平加水库引水工程是浙江省的重点建设项目，也是义乌和东阳首次实施全国水权交易的内容。乌乌水库引水工程全长34.68公里，其中供水孔长30.56公里，旁路泵站长4.12公里，设计流量2.353ms，年引水能力6000万元。储水孔最大开挖深度为1654m，截面为马蹄形，洞径为2.6m。1施工的断面尺寸影响根据洞室断面或跨度大小,隧洞可划分为小断面、中断面、大断面和特大断面4类,具体尺寸见表1.根据洞室单头进尺的长短,隧洞可划分短隧洞、中长隧洞、长隧洞、特长隧洞4类,具体尺寸见表2.小断面长隧洞的特点是“小”和“长”.小则受断面尺寸的限制,在有限的空间内施工,工序交叉多,互相干扰大;在同一工作面上,钻孔、爆破、出碴等工作只能周期性循环进行;同时,无法在施工中运用高效的大型机械设备和自卸运输车辆,而且也影响到洞内管线的布设,从而总体影响机械化施工配套.长则受距离限制,带来供电、供风、排水、排烟、出碴等一系列困难,施工劳动条件较差,安全问题也较突出.因此,小断面长隧洞的施工存在较大困难.尽管小断面长隧洞有种种困难,但它还是有一定的优越性,具有单位长度开挖量少、出碴量少、安全支护比较方便等优点;长隧洞一般具有断面形式改变较少、纵向坡度较小等优点.因此,只要施工组织措施得当,小断面长隧洞的开挖施工困难是可以克服的.2优化和小断面长隧道施工的实践2.1暗排支洞施工,长隧道洞长洞短打是基鉴于小断面长隧洞的种种限制性条件,设置施工支洞有以下好处:①开辟多个工作面,实现“长洞短打”,以缩短工期.②有利于隧洞通风、排烟.③有利于出碴.④避开重要建筑物,有利于优先进洞,避免施工干扰.设置施工支洞应以均衡施工为原则,既要快又要经济.支洞多,主洞工作面就多,有利于加快进度,但增加了临时工程量和工作量,不利于经济施工.反之,支洞少或不设支洞,主洞工作面少,虽然降低了临时工程量和工作量,但不利于主洞施工.这是一对矛盾,两方面应该辨证地认识.因此,尽管支洞可以使长洞短打,但应考虑地形、地质、工期、效益等多方面因素.根据我国多年的隧洞施工经验,《水利水电枢纽工程项目建设工期定额》中建议,长隧洞施工的工作面见表3.义乌市横锦水库引水工程输水隧洞共有四段,长度分别为1432m、14422m、14086m、622m,根据《水利水电枢纽工程项目建设工期定额》中的建议,对14422m隧洞沿程分别开设了凤楼下、回龙殿、大处、上屋等4个支洞,对14086m隧洞沿程分别开设了朝庄、照落塘、上进、泉塘等4个支洞,每个支洞内上下游主洞单头开挖长度在1365～1654m不等,且各个支洞独立成为一标段,从而使各标段工期接近,避免因个别标段的线路过长而影响整个工程的总工期.施工结束后,支洞将根据实际需要改建为检修和维护使用的永久交通洞和调压井,在运行时作为调压和通气用.2.2该设备的优化和实践(1)支护设计原则根据地质条件,选用手风钻或液压钻等常用的施工方法,按需要分为7.尽管多臂钻钻孔快,手风钻钻孔慢,但由于隧洞内空间小,而且单位面积的钻孔数比大洞多,多臂钻的效率不能充分发挥,而手风钻可以通过采用长、短钎的作业方式或先导洞后扩挖的施工方法,充分发挥其优势,所以可优先选用手风钻.在横锦水库引水工程的隧洞开挖施工中,充分利用断面积为6.8m2的空间,布置3根2.5m长的风钻或液压钻.根据不同地质条件,在达到设计光面效果前提下,采用全断面开挖或导洞领先、扩洞跟进的施工方法.同时对断层破碎带等事故多发地段采用“打浅眼、弱爆破、强支护”的施工方法,以最大限度减少围岩振动.横锦水库引水工程八标段开挖采用手风钻钻孔,采用空孔五星掏槽,四只空孔中间布置一只装药掏槽眼,掏槽眼外围布置梅花型辅助炮眼,按设计开挖轮廓线布置周边炮眼,全断面掘进,装药采用不偶合、扩张翼片间隔装药,爆破按掏槽眼、辅助眼、周边眼的顺序引爆.(2)单车出设立出碴工序是控制小型长隧洞能否实现快速施工的关键工序之一.出碴安排是否得当,直接影响到下一循环的施工.横锦水库引水工程,因隧洞底宽只有2m,洞内道路只能一台车单向行驶,去掉风、水电线所需空间(20cm)和行车安全距离,空间极为有限,因此每隔150～200m必须设一避车道.出碴方式一般选用正铲式小型装岩机配合斗车、扒碴机配合斗车或矿车出碴,这时电瓶车与轻轨的配套更是实现快速出碴的重中之重.在小型长隧洞施工中,在断面积允许的条件下,应尽量选择较大的装载机;选择出碴设备也应根据隧洞的实际情况,通过计算装载设备和运碴设备的工作效率,比较出相互匹配又较合理的方案.2.3配置辅助设备的优化和实践(1)混合式的应用隧洞工程施工中,由于开挖爆破分解不完全和内燃机的燃烧不完全,经常产生大量有害气体,必须及时通风净化空气.此外,隧洞施工作业人员需要不断补充新鲜空气,我国规定为每人每分钟应提供新鲜空气3m3.长隧洞的开挖,通风排烟问题尤为突出.炮烟能否尽快排除洞外,决定着下步工序的功效.实践证明,混合式分散供风效果较好.混合式是指吹吸结合;分散是指多台风机串联使用.除此之外,还可采用挂帘隔烟、喷雾除尘等辅助方法,加强除尘排烟的效果.横锦水库引水工程四标段,下游侧主洞长1535m(桩号12+305～13+840).为了满足洞内工作人员每分钟最少提供3m3/人的新鲜空气的要求,并使作业面有较好的施工环境,在支洞口架设了二台11kW轴流式通风机,采用压入式和吸出式两套浸塑布通风胶带管混合通风,做到吹吸结合,达到了很好的供风效果.为最大限度加快排烟速度,隧洞开挖后期,又在桩号13+140处洞轴线钻一垂直孔(DN75)为通风竖井,地面孔边布置供风站,配置1台10m3空压机,通过该垂直孔用3寸镀锌管分两路向洞内供风,以解决隧洞掘进增长供风不足的问题.正是该通风竖井的布设,使主洞灌浆输送通道由支洞输运一条增加到两条,灌浆工作面由一个增加到三个,大大加快了工程进度,提高了工程效益,可谓“小投入、大收益”.(2)管道下封面隧洞为顺坡,排水比较简单,一面掘进一面挖排水沟即可;隧洞为逆坡,分段设置集水坑,间距控制在50～200m视隧洞底坡而定;隧洞开挖遇到断层或破碎带,有可能出现大量渗水或壅水,此时可在掌子面布置适量的排水孔或打入花管导水;最后可按梯级逐坑泵水出洞.在隧洞设计坡降允许的条件下,充分利用水体自流至支洞、主洞交叉口后用水泵抽排出洞,也不失为一种方法.2.4激发周边眼结构、提高料孔密度由于地质情况的差别和环境的不同,照搬已有的爆破设计,不一定能达到最好的爆破效果.在施工中,应根据爆破实验,调试各种爆破参数,以取得最优的爆破效果.进尺和炮眼数目的多少作为爆破重要参数,直接影响每一循环的效率,也应与循环时间协同考虑,以取得最佳的循环进尺.横锦水库引水工程八标段根据地质情况,经过多次试验,最后确定炮眼数目在38只上下,顶拱周边孔布置9只,侧墙6只,底板5只,掏心孔5只,其余为辅助孔.孔深在开挖过程中根据地质情况采用2m、2.5m、3m炮杆相结合,周边眼间距控制在50cm左右.单孔装药量掏心孔较大在1.8kg,辅助眼在1.0kg,周边孔较小0.5kg,底板孔在1.1kg左右,整个工程平均炸药用量在3kg/m3.工程一开始采用火雷管与导火线引爆,根据导火线的长短来控制起爆顺序,先掏心孔,再辅助孔,再周边孔;不久考虑安全及爆破效率,改用了微差延期雷不定式配以非电塑料导爆管起爆,中间第一个掏心孔用第1段微差延期雷管,依次采用3、5、7、9等段爆破.3小断面长隧道施工组织设计为了更好地配置水资源,隧洞引水工程项目会不断增加,小断面长隧洞更是在引水项目中普遍应用.由于其自身“小”和“长”原因,施工难度较大.研究和探讨小断面长隧洞合理、经济的施工组织设计,舍其短取其长,抓好每