小断面长隧洞施工技术研究

1、小断面长隧洞施工技术研究云南水力发电YUNNAN m TERPOWER第 26 卷第3期小断面长隧洞施工技术研究张传茂 ,张宝忠,武飞周(中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司,云南曲靖 655ooo)摘要:系统介绍向家坝水电站骨料输送线小断面长隧洞多项成功应用的无轨施工 新技术,并对通风 ,散烟等相关技术难题进行了总结 .特别是对小断面长隧洞无轨出渣方式及出渣设备的选型,组合等方面进行研究.关键词 :小断面;长隧道 ;施工技术中图分类号：TC554;U455.41文献标识码:A文章编号：1006 3951(2o1O)03 0156 O5TheStudyoftheConstructionT

2、echnologyofaLongTunnelwithaSmallCrossSectionZHANGChuanmao,ZI-IANGBaozhong,WUFeizhou (ChinaWaterConservancyandHydropowerNo.14ConstmefionBureauCo.,Ltd., ChanghebaProjectDepartment,Yibin626001,Sichuan,China)Abstract：Thepapergivesallintroductiontothenewtracklessconstructiontechnologyofsucc essfullyconve

3、yingag-gregatesbymeansofalongtunnelwithasmallcrosssectionforconstructionofXiangiiabahyd ropowerprojectandsums upitsrelevantkeytechnicalproblemssuchasventilationandsmokedischarging.Thepaperes peciallymakesastuayofselectionandcombinationoftracklessmuckingwaysandmuckingequipmentfromalongtun nelwithasma

4、llcrosssec- tion.Keywords:smallCroSSsection;longtunnel;constructiontechnology 1 引言近十几年我国基础建设飞速发展 ,大型水利水 电工程中的皮带输送洞 ,排水洞等小断面长隧洞工 程不断增多 .小断面长隧洞由于施工难度较大 ,所 需用的施工工期较长 ,往往会成为工程的关键线路 , 为保证总工期的实现 ,要求它必须快速施工 .例如 向家坝水电站的骨料输送线工程 ,隧洞长 l2.28km, 天荒坪及惠州抽水蓄能电站工程 ,其厂房排水廊道 长都在3km以上，独头开挖最长在2km以上，断面 尺寸为3.5mx 3m;浙江赵山渡引

5、水工程输水渠工 程，输水隧洞长63879.6m独头开挖最长为2852.4 m;浙江省温岭市排污工程，排污隧洞长5428m独 头开挖最长为2751.86m.小断面长隧洞的特点是 小和长.小则受断 面尺寸的限制 ,无法在施工中运用高效的大型机械 设备;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 .尽管小断面长隧洞有种种困 难,但它还是有一定优越性 ,有利于施工的 .小断面 的隧洞具有单位长度开挖量少 ,出碴量少 ,受地质影 响较小,支护比较方便等优点 .因此,只要施工组织 措施得当 ,小断面长隧洞的施工困难是可以克服的 . 小断面隧洞传统的施工方法来源于煤碳系统 , 般采用

6、轨道式立爪装岩机装渣 ,防爆型电瓶机车 配梭式矿车有轨运输 ;但采用有轨运输方式后 ,投入大量的材料和设备 ,造成资金的巨大占用 .向家坝水电站骨料输送线土建工程U标段，全长13.9km, 其中隧洞长12.28km,如采用传统有轨出渣方式，将 投入轨道14.5km（约400万元），轨道式立爪装岩 机,电瓶机车梭式矿车占用资金约 1200万元,将使 整个项目造成巨大的资金压力 .2 工程概况向家坝水电站位于金沙江下游 ,是金沙江梯级 开发的最后一级电站 .坝址位于向家坝峡谷出口 处,左岸为四川省宜宾县 ,右岸为云南省水富县 ,坝 址距下游水富县城约1.5km.电站设计正常蓄水 位380.00m最

7、大坝高161m,总装机容量6000MW.收稿日期:201 003一 l6作者简介:张传茂（1 968 一）,男.云南文山人 ,工程师,主要从事水电施工和技术管理 工作.张传茂,张宝忠,武飞周小断面长隧洞施工技术研究 157 太平料场至坝区的骨料运输 ,采用长距离带式 输送机输送，输送线设计运输能力为3000t/h,从太 平料场半成品料调节料堆至坝区右岸砂石加工系 统,布置了 5条长距离带式输送机，总长约31km,单 条输送机长度在3.98.3km之间.骨料输送线U标段起止桩号 K17+139.261K31+043.192范围内土建工程，线路长13.904km,其中隧洞长12.28km;骨料输送

8、线U标隧洞特性见表1.表I向家坝骨料输送线U标段隧洞特性表 隧洞断面形式见图 1,断面面积为 19.69Hl2.图1U标隧洞断面图3 无轨施工技术向家坝太平料场骨料输送线土建工程U标段主 要应用三种无轨施工技术 :1) 0.6m3 电动侧卸装载机配合自卸车出渣 ;2) 1.45m3 柴油侧卸装载机配合自卸车出渣 ;3) 3m3 柴油侧卸装载机配合自卸车出渣 .3.10.6m3电动侧卸装载机配合自卸车出渣 0.6m3侧卸电动装载机应用在8号隧洞出口工 作面,8号隧洞全长4654m,由进，出口两个工作面 施工,出口独头掘进2811m洞内施工设备选择以 电动设备为主.3.1.1 施工技术及爆破设计

9、8号隧洞出口地层主要为厚 ,巨厚层泥岩 ,粉沙 岩,泥质沙岩和沙岩互层 ,出口段受风化 ,卸荷等因 数影响K30+500.7K30+468段为V类围岩， K30+468K30+103段为W类围岩段，其余洞段为 川类围岩；1) V类围岩.V类围岩洞挖采用短进尺，小 药量,弱爆破的原则,0.81.0m 个循环，周边 孔采用密孑L,小药量，隔孔装药光爆.每排炮爆破后 立即喷 C20 混凝土 35cm 封闭开挖岩面 ,出渣结 束后立即施工锚杆，挂网，钢支撑，喷C20混凝土等 加强支护 ,支护完成后方能进行下一循环施工 .V 类围岩段开挖结束后 ,及时进行洞口混凝土衬砌施 工,形成稳定的洞口后 ,进入洞

10、挖施工 .出渣利用明 挖设备ZL50C装载机抬渣出洞，在洞外配合5t自卸 车装渣 .2) W类围岩.W类围岩段开挖按短进尺，弱 爆破的原则,1.02.0m 一个循环，周边孔光爆；出渣结束后立即进行锚杆，挂网，钢支撑，喷C20混凝土 （厚12cm）等加强支护，支护完成后方能进行下循环施工.出渣用ZC 一 3B型侧卸电动装载机迎 头面配合 5t 自卸车出渣 .3）n ,m类围岩.n，川类围岩段施工采用全断面爆破开挖，周边孔光爆，2.5m 个循环;ZC 一3B型侧卸电动装载机迎头面配合 5t自卸车出渣,洞内约 200m 的部位设置一个回车道 .爆破设计见图2.爆破参数见表2.单耗为1.46kg/rn

11、31.55 kg/m.图2n ,川类围岩段全断面爆破设计图一，L云南水力发电 2010 年第 3 期表 28 号隧洞爆破参数表 注:围岩为微风化长石石英中细砂岩 ，粉沙岩及泥岩可适 当调整 .装药量合计 73.2kg.严重，应用了短进尺，弱爆破，强支护等软岩施工 技术 ，8 号隧洞出口段施工进度情况见表 3.表 38 号隧洞出口施 -r 进度表季备注/（年一季）/（m/季）注:最高月进尺为213rn,月，隧洞月平均进尺176m.3.1.2施工进度8 号隧洞出口进洞后 ，穿越 V 类围岩段 32m，lV8 号隧洞洞挖施工作业循环情况见 表 4.类围岩段365m,节理发育，渗水量较大,岩体风化表

12、48 号隧洞各类围岩排炮循环时间表 min注:1,V类围岩主要集中在进洞口 32m的范围内.3.1.3通风散烟 通风散烟应用大功率的通风设施 ,进行远距离 供风 ,在洞口设置一台 2X55kW（ 风量为 1500In3/ min） 的轴流风机正压长距离通风 ,风管采用 j51.0m 的软布风管 ;风管安装要求整条管路稳 ,平,直,无扭 曲,无褶皱 ,尽量减少风阻 .3.1.4 测量技术 由于隧洞较长 ,洞内导线采用回归直伸导线环 , 在洞内布置，如图3中环所示的导线网，施工 中导线边长控制为 100200m 左右 1 条,隧洞工作 导线为 Al 一 23678 一 ll 一 12 一 l3 等

13、,在 开挖推进 500 600m 时,进行一次导线环平差校 核,如 A 一123叫一 5一 A 闭合环,确保有效的 图 3 回归直伸导线环图 控制导线的精度 .8 号隧洞轴线为直线 ,放样应用 两台 XHJ 一 800 激光发生器控制拱部定位 . 隧洞贯通后 ,经测量显示导线控制的方法及 XHJ 一 800 激光发射器进行洞室放样控制能满足施 工精度要求 .且很大程度提高进度 ,减少测量人员 和减轻测量人员的劳动强度 .3.1.5施工方案的优缺点 优点:使用电动设备减少洞内污染 ,噪声小. 迎头面直接出渣 ,加快了出渣速度 ,减少了回车道 的数量 .使用电源成本低 .缺点 :电动装载机 需增加

14、洞内供电系统（特别是高压系统）.活动范 围有限，机动性不强.适用于3mx 2.5m以上的断 面和单头掘进 3.0km 的隧洞施工 .3.21.45rn3柴油侧卸装载机配合自卸车出渣1.45rn3柴油侧卸装载机主要应用于 8号进口 ,1597号出口,7号进口,6 号出口等工作面 ,8号隧洞进 口掘进1854na,7号隧洞长3772m（单头掘进2109 m和I663m）,6号隧洞长931171 .采用1.45柴 张传茂.张宝忠,武飞周小断面长隧洞施工技术研究 油侧卸装载机迎头面配合5t自卸车出渣. wF32oF 型原设计为前卸装载机 ,由于其宽度尺 寸仅为 225cm 和 5t 自卸车配合可以进行

15、迎头面直 接装载，经和厂家协商后，将WF320F型装载机改为 侧卸形式，满足4m x 5m断面隧洞在迎头面装渣的 需求.以 7号隧洞进口工作面应用为例 .3.2.1 施工技术及爆破设计 7号隧洞进口围岩条件较好 ,进洞口采用斜交 进洞，除洞口段约10m为W类围外，其余段为川类 围岩.采用全断面爆破开挖，周边孔光爆,2.3m 一循 环;7 号进口工作面支护和开挖平行作业 ,支护和开 挖相距最大为80m.利用WF320F型侧卸装载机迎 头面配合 5t 自卸车出渣 .3.2.2施工进度7 号隧洞进口进洞段 ,地质条件较好 ,混凝土衬 砌具备在隧洞贯通后再施工的条件 ;7号隧洞进口 施工进度情况见表

16、5.裹 57 号隧洞进口施工进度表备注,（年一季）,（rn,季）注:最高月进尺为232II1,月.3.2.3通风散烟 通风散烟应用大功率的通风设施 ,进行远距离 供风，在洞口设置一台2X 55kW的轴流风机正压长 距离通风 ,风管采用 1.2m,7 号隧洞进口独头供风2109m;在施工过程中，采用煤炭科学院研究总院 重庆分院生产的 AZD 一 1 型智能多参数检测报警仪 对隧洞内空气质量 （氧气,一氧化碳 ,甲烷及温度等 指标）进行检测 .根据不同工况进行检测 ,见表 6. 得出一般的规律 .氧气含量基本保持在 20%;一氧 化碳含量较大，特别是出渣时,高达93ppm超过国 家标准24ppm;

17、甲烷含量基本无变化,为0.04 0.05%;洞内温度基本上保持在20E左右,出渣时, 洞内温度有所升高，升高幅度为12C.根据各种 作业工况看 ,除出渣工况时 ,洞内空气质量不太理想 外,其余作业工况洞内空气质量满足要求 .故在出 表 6 隧洞空气质量状况检测记录表洞外甲烷：0.05%氧气:20.6%温度:18%一氧化碳:2ppm 洞内作业内容:打钻（通风状态）距洞口 1500m.桩号:K20+320 桩号:K20+225 桩号:K20+200甲烷0.04%甲烷0.04%甲烷0.04%氧气20.5%氧气2o%氧气2o%温度20 C温度2o r温度-20 C氧化碳 ppm 一氧化碳 l8ppm

18、一氧化碳 18ppm 洞内作业内容:出渣（通风状态）距洞口 1500m. 桩号:K2O+320 桩号:K20+225 桩号:K20+200 甲烷 0.05%甲烷 0.05%甲烷 0.05%氧气 20.5%氧气 20%氧气 20%温度2lqC温度21 C温度21C氧化碳 63ppm 一氧化碳 93ppm 一氧化碳 83ppm洞内作业内容:喷混凝土（通风状态）距洞 VI1500m.桩号:K2o+32o 桩号:K20+225 桩号:K2O+200甲烷0.05%甲烷0.05%甲烷0.05%氧气加 .5%氧气 20.5%氧气 20%温度20.5T温度20.5C温度20.5C 氧化碳 25ppm 一氧化碳

19、 l8ppm 一氧化碳 16ppm 渣作业时 ,作业人员应带防毒面具 ,保证人身健康 . 所以 ,根据对洞内空气质量的测定 ,说明该通风设备 配置基本上满足施工通风要求 . 3.2.4施工方案的优缺点 优点 :迎头面直接出渣 ,加快了出渣速度 ,减 少了回车道的数量 .活动范围大 ,机动性强 . 设备购置费用比电动设备少 .缺点:尾气对洞内环 境有一定的污染适用于4m x 3.5m以上和单头 掘进小于 3km 的隧洞施工 .3.33m3柴油侧卸装载机配合自卸车出渣 3m3柴油侧卸装载机配合5t自卸车方案应用 于 4号出口,5号进口等工作面 ,4号隧洞出口掘进 1538m,5号隧洞长1213.9

20、m.以4号隧洞出口工 作面应用为例 .3.3.1 施工技术及爆破设计在 4 号隧洞进口配置 1 台 20/min 电动空压 机形成压风站集中供风 ;在洞口布置一台山西巨龙 轴流风机(2X37kW)正压通风，风管采用声Im;在 洞 15 布置一台 400kVA 变压器供电 (和 5 号隧洞共 用 ).隧洞设置一台钻爆平台配合 5 台手风钻进行 钻爆.1 台 ZCL50C 型侧卸柴油装载机配合 45 部 5t1 60云南水力发电 2010年第 3期自卸车出渣 ,在洞内约 150m 设置一个回车道 , ZCLSOC 型柴油装载机由迎头面抬渣至回车道处 ,配 合 5t 自卸车装渣 .4 号隧洞爆破设计

21、同 7 号隧洞 . 3.3.2施工进度4号隧洞出口工作面，进洞段地质条件较差，W类围岩段K19+277.26240m岩石破碎渗水较大;4号隧洞进洞前120m应用正装出渣,120m后 改用轨道式立爪装岩机配合自卸车出渣 ,因轨道式 立爪装岩机故障率较高 ,出渣存在死角 ,需进行二次 移设轨道，出渣效率低,使用约40d后改为ZCL50C 型侧卸柴油装载机 ;4号隧洞出口施工进度情况见 表 7.表 74 号隧洞进口施工进度表备注,（年一季 ）/（rd 季）一注:最高月进尺为 202ng 月.3.3.3通风散烟口设置一台2X 37kw的轴流风机正压长距离通风，风管采用j&1.0m,4号隧洞出口

22、独头供风1600m.3.3.4施工方案的优缺点优点:通用设备 .活动范围大 ,机动性强 . 缺点:回车道为满足装渣场的需要扩挖较大和间 距小（150m需设置一个）废气量大,对施工进 度有一定的影响 .适用宽度大于 4.5mX4m 的隧 洞,单头掘进长度小于 1800m.4 总结1）无轨施工技术 .3 种无轨施工技术方案在骨料输送线U标工程中都取得了良好的效果，在运用 上各有优劣.3m3装载机适用于中距离的隧道施工;l.45m斗容装载机和0.6rn3斗容电动装载机 适用于长距离的隧道施工 ;电动装载机适用于电力 条件良好的环境 .2）资金.无轨出渣技术设备资金投入远比有 轨技术低得多 ;水工隧洞中 ,小断面隧洞数量少 ,因 此更适合采用无轨技术 .3）放样.长隧洞导线控制的方法及 XHJ 一 800 激光发射器进行直线洞室放样控制的方法具有精度 高 ,施工放样迅速 ,准确的特点 ,特别是激光控制放 样在地