小断面长隧洞开挖施工技术 揭云丽，雷海生 （中化二建集团有限公司云南分公司，昆明 ６５００３２） ［摘要］ 合理地规划、布置施工支洞是长引水隧洞施工的前提，使用成熟的施工工艺并建立良好的运行机制是工程建 设顺利开展的保障。长隧洞的开挖施工由于工作面有限、施工操作空间较小而存在单向挖掘困难较大的情 况，合理的设计施工组织方案可以有效地指导工程建设。 关键词 引水隧洞开挖支护施工措施控制 １工程概况 １．１电站概况 泗南江水电站位于泗南江上，联珠小河汇口下游、土 堆峡谷入口处；厂址位于阿墨江上，泗南江与阿墨江交汇 口下游、阿墨江左岸倮何大箐沟口上游处。电站以发电为 主，采用跨流域、混合式开发，为ＩＩ等大（２）型工程，永 久性主要建筑物为２级，永久性次要建筑物３级，临时性 建筑物４级。水库正常蓄水位为９００．Ｏｍ，装机容量为 ２０１ＭＷ（３×６７ＭＷ），总库容为２．４６亿 。 枢纽工程主要建筑物有拦河坝、右岸导流洞、右岸溢 洪洞、左岸泄洪冲沙（兼放空）洞、左岸电站进水口、引水 隧洞、调压室、压力管道、主副厂房及开关站等。拦河坝 为混凝土面板堆石坝，坝顶高程为９０５．Ｏ００ｍ，最大坝高 约为１１５ｍ。 １．２引水隧洞地质概况 工程枢纽区内山势陡峻，山顶高程为１ ３００～ ２ ０５４ｍ，谷底高程为５３５～８１５ｍ，相对高差为６００～ １ ３００ｍ，属中等切割中山峡谷地貌类型。山脉、主要河流 及较大冲沟的发育受地质构造控制明显，以南北向和北西 走向为主。从下坝址至下厂房，开发河段长２０．７ｋｍ；泗 南江总体流向自东向西，河流坡降较大，平均坡降约 １．３ ；阿墨江总体流向自北向南，平均坡降约１ 。 引水隧洞布置于左岸，进口底板高程为８５０．ＯＯｍ，出 口工作门底板高程为８０９．Ｏ０９ｍ，圆形断面，洞径为 ５．３０ｍ，引水隧洞全长１０．３２１ｍ。隧洞沿线山势陡峻，沿 线高程为８５０￣１ ４５０ｍ，最小埋深约为２２ｍ，最大埋深约 为６３０ｍ；地形坡度多在２５￣４０。，局部较陡冲沟较发育， 多数冲沟常年流水。较大的冲沟为岩子脚大箐、埔茨鲁 沟、硝洞箐、老军箐、老李寨沟、坝沙田箐等，在岩子脚 大箐、老军箐、老李寨沟、坝沙田箐这４条冲沟内分别布 置了＃２～＃５施工支洞。引水隧洞主要穿越整个骂泥街复 向斜，前段主要穿过向斜的东翼，岩层总体以陡倾角～中 等倾角倾向下游；中段主要穿过复向斜的核部，岩层反复 收稿日期：２０１３－０９－０２ 作者简介：揭云丽（１９７９一），从事施工现场项目管理工作。 ５４Ｉ ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔ ｌ中国电工网 褶曲，以中等倾角～缓倾角为主；后段主要穿过复向斜的 西翼和阿墨江背斜的一部分，岩层总体以中等倾角倾上游 （倾东）为主，部分地段倒转。引水线路多数地段埋深较 大，埋深大于２５０ｍ的洞段长达６ １７５ｍ；千岗梁子段最大 埋深达５９０ｍ，埋深大于３００ｍ的洞段长达１ ２８９ｍ。 ２施工布置 ２．１支洞布置及场内交通道路 引水隧洞总长１０．３２１ｋｍ，其中包括首部枢纽Ｃ２标 ２０３ｍ、调压井Ｃ５标７８．６７ｍ、引水隧洞 标１０ ０３９．３５ｍ。 引水隧洞又划分为３个标段：Ｃ３—１标（ｋＯ＋２０３．０１６～ｋ３＋ ９８０）３ ７７７ｍ、Ｃ３—２标（ｋ３＋９８Ｏ～ｋ８＋４８０）４ ５００ｍ、Ｃ３—３标 （ｋ８＋４８Ｏ￣ｋｌＯ＋２４２．３６２）１ ７６２．３６ｍ。整条隧洞设５个施工 支洞，各施工支洞均开挖为城门洞型，断面最大尺寸为宽 ４．８ｒｅｘ高５．０ｍ。各施工支洞特征见表１。 表１施工支洞特征表 ＳＮＪ／ｃ３—１合同段内共设３条主要的泥结石路面施工 便道，分别由左岸进场公路通往＃１施工支洞、＃２施工 支洞和炸药库。ＳＮＪ／ｃ３—２合同段内共设３条主要的泥结 石路面施工便道，分别由左岸进场公路通往＃３施工支 洞、＃４施工支洞和炸药库。ＳＮＪ／ｃ３—３合同段内共设２条 主要的泥结石路面施工便道，分别由左岸进场公路通往 ＃１施工支洞、＃２施工支洞和炸药库。各主要施工便道特 征见表２。 ２．２施工用风 施工供风主要是满足各标段工程洞身开挖、锚喷支护 等项目所需用风。高峰用风峰荷主要由洞身开挖、锚喷支 护等项目用风量叠加形成，每个支洞施工区的用风量约为 ４Ｏｍ３／ｒａｉｎ。根据实际建设需要，＃１施工支洞设置２台 ２２ｍ３／ｍｉｎ电动空压机，＃２施工支洞分别设置２３．５ｍ３／ ｍｉｎ和１２ｍａ／ｒａｉｎ电动空压机各１台，＃３施工支洞设置２ 台２２ｍ ／ｒａｉｎ电动空压机和１台２７ｍ３／ｒａｉｎ电动空压机， ＃４施工支洞设置２台２２ｍ３／ｒａｉｎ电动空压机和１台１１ ／ ｍｉｎ电动空压机，＃５施工支洞设置２台２２ｍ。／ｍｉｎ电动空 压机。 表２各标段施工便道特征表 ２．３施工用水 引水隧洞各施工工作面用水点较为分散，利用高差较 大的地形顺山势在各洞口附近箐沟内引水至蓄水池，给工 作面提供高压用水。 ２．４施工用电 建设单位提供的１０ｋＶ电源点距各施工支洞较近，在 １０ｋＶ电源点附近建立临时配变电所，电源通过临时配变 电所降压后以动力电缆引接至各用户点。根据引水隧洞洞 身较长的特殊情况，建设单位针对个别标段采取引绝缘高 压电缆入洞，在洞内设置干式变压器进行近距离供电的措 施保证供电质量。 ３开挖方案及方法 ３．１引水隧洞洞身开挖 （１）开挖方案：引水隧洞洞身开挖断面为圆形，直径 为６．３ｍ；衬砌断面为圆形，直径为５．３ｍ；纵坡ｉ为 ０．００３ １２。隧洞开挖采用ＹＴ２８手风钻钻孔，中心楔型掏 槽，非电雷管微差爆破，周边采用光面爆破一次或二次成 型。施工时采用移动式排架作为手风钻钻孔和装药操作平 台，以缩短循环作业时间。开挖爆破后石渣采用侧卸式装 载机或挖掘式扒渣机进行装车，人工辅助清理残渣，５ｔ自 卸汽车运输。出渣示意图分别如图１、图２所示。 一 图１ 挖掘式扒渣机出渣示意图 图２装载机出渣示意图 （２）施工工艺：施工支洞和引水隧洞穿过的岩层主要 为ＩＩ、ＩＩＩ类围岩和Ⅳ类夹Ｖ类围岩，开挖施工工艺流程 分别如图３、图４所示。 施工准备卜—＇１测量放样 —＋『钻孔施工 装药爆破Ｈ通风排烟 图３ ＩＩ、ＩＩＩ类围岩段开挖工艺流程图 冀Ｈ Ｈ嚣Ｈ霾卜垂Ｈ曩Ｈ蓉备Ｉ Ｉ样Ｉ Ｉ ＮＩ Ｈｉ Ｉ銎Ｈ墓ｒ工【 一【 Ｈ Ｈ Ｈ曩破１ １曩Ｈ Ｈ鋈Ｉ烟Ｉ Ｉ理Ｉ ｊ工 转八、ｌ一．佣卦 ～ 图４ ｌＶ类围岩段开挖工艺流程图 （３）开挖作业方法。 ①施工准备：洞内风、水、电就绪，施工人员、机具 准备就位。提前做好爆破设计，确定适宜的爆破参数。在 实际施工中，根据生产性爆破试验情况对爆破参数不断进 行优化和调整，以达到良好爆破效果。 ②测量放线：洞内导线控制网测量采用激光全站仪， 并根据设计图纸测放开挖规格线，定期检查测量导线和隧 洞轴线，及时量测开挖后的成型断面；施工测量采用全站 仪。测量作业由专业人员实施，每排炮后进行设计规格线 测放，断面校核测量滞后开挖面１０～１５ｍ，按５ｍ问距进 行，每月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保 测量控制工序质量。同时随洞挖和支护进度，每隔ｌＯｍ在 两侧洞壁设一桩号标志。 ③钻孔作业：采用ＹＴ－２８手风钻钻孔。为保证洞身成 型质量，并尽量减少设计轮廓线超挖，按设计钻爆图精心 施钻爆破孔，尤其是周边光爆孔，严格按照“平、直、 齐”的要领操作，孔间距控制在５０～６０ｃｍ；一次循环进 尺２．２～２．５ｍ，一般隧洞段钻孔深度２．５～３，Ｏｍ，洞口 段、不良地质段适当减少钻孔深度；周边孔及掏槽孔的偏 差不得大于５ｃｍ，其它炮孔孔位偏差不得大于ｌＯｃｍ。 ④装药爆破：采用人工装药，岩石乳化炸药药卷 ３２，非电毫秒微差雷管引爆，周边光面爆破。周边孔采 用西２５药卷间隔装药，底部一节 ３２药卷加强，线装药 密度控制在１５０￣２００ｇ／ｍ，塑料砂袋堵塞 装药爆破作业 严格按照有关爆破操作规程进行。 ⑤通风散烟及除尘：根据施工需要，每个支洞配备２ 台３７ｋＷ×２或５ＯｋＷ×２的轴流式通风机向工作面提供新 鲜风流。风机安装在洞外平台，距洞口１０ｍ以上，避免炮 烟形成循环风，采用 １ ０００橡胶风筒正压供风，风筒沿 工作面延伸。爆破后由布置的压人式通风机正压通风，将 新鲜风流压人工作面，将炮烟吹出，对爆堆在出渣前以人 工洒水除尘。对施工机械燃料采取加添加剂等辅助措施， 以减少灰尘和降低施工机械的废气排放。压入式通风示意 图如图５所示。 电工技术｝２０１４ｆ ２期ｆ５５ 超前锚杆支护，在开挖后及时进行喷锚支护。 图５压入式通风示意图 （４）特殊不良地段的处理措施：本工程区域地质条件 图６锚杆施工工艺流程框图 复杂，断层裂隙发育，断层破碎带宽且影响范围大，且局 部富含地下水，在洞挖施工中要加强地质超前勘探工作和 施工安全变形监测，并针对不同的不良地段特性采取有效 的处理措施。 ①地质超前勘探：在开挖施工过程中，对特殊不良地 段和地质缺陷部位加强地质跟踪及超前预报，打超前勘探 孔查清未开挖段围岩性状，保证围岩稳定和施工安全。 图７喷射混凝土施工工艺流程框图 ３．３施工过程质量、安全控制 （１）施工过程的控制主要通过质量体系正常运行，按 ②特殊地段的处理：对断层破碎带、地下渗漏水等特 殊地段分别采取不同、有效的处理措施。对于断层破碎 带，采取管棚预注浆在围岩中形成结石拱和超前锚杆加固 岩石、钢支撑和挂网锚喷支护跟进的方式进行处理；在爆 破后立即对围岩喷砼保护，控制围岩变形；出渣后，及早 进行锚喷支护；如在开挖过程中，出现塌方现象，则采取 对松散岩体进行固结后出渣，钢格栅梁联合锚喷支护及时 跟进的方式处理。砂浆锚杆施工采取先插杆后注浆的方 法，喷射混凝土施工采取湿喷施工工艺，其工艺流程分别 如图６、图７所示。 照程序文件中的有关过程控制程序进行质量控制，根据设 计及规范与招标文件《技术规范》要求、工艺标准和验收标 准对各分项、分部工程进行延续性检验与评价。 （２）在安全管理机构组建方面，从项目部领导到基层 管理人员，建立一个横向到边、纵向到底并能有效运作的 安全管理、保证网络。 （３）文明施工不仅可以促质量保安全，还能够减少浪 费节省投资，降低原材耗量，提高企业的经济效益。同 时，文明施工能够树新施工现场面貌，改善职工劳动条 ３．２不良地质情况下支护施工措施 为保障施工安全和开挖的顺利进行，在不良地质段开 挖施工时采取以下措施。 件，提高工作积极性，使职工在身心健康的前提下高效率 工作。 ４结束语 泗南江水电站引水隧洞根据工程建设的特殊性进行了 合理规划，设置了相应的施工支洞，有效解决了长引水隧 洞施工难的问题。通过使用成熟的开挖支护施工工艺、建 立科学的机制，积极推动了泗南江水电站工程建设的顺利 开展。 （ｔ）／ＪＩ强超前勘探工作，如遇不良地质地段，及时报 告监理工程师。 （２）／Ｊｎ强排水工作，降低渗透压力。 （３）对危石采用随机锚杆支护。 （４）做好洞脸边坡的衬砌和支护工作。 （５）洞身开挖时，如遇断层、破碎带等容易塌方地 段，采用“小进尺、弱爆破、强支护”方法掘进，并采用 （上接第４９页） （编辑 曼 宁） ２００８，３６（８）：７８～８ｏ 荷的情况，应在联络线线路保护装置上安放保护临时定值 区。 Ｅ４］夏翔，胡列翔．地区电网旁路母线运行方式的改进［Ｊ］．浙江 电力，２００４（５）：２５～２７ ［５３国家电力调度控制中心．电力系统继电保护规定汇ａｒＭ］． ５结束语 在地区电网中，利用旁路母线转供负荷的方法比传统 转供方法有较大优势。本文在传统操作模式的基础上提出 了旁路母线转供负荷的两种全新操作方法，并分析了三种 方法的利弊点，给出了应用建议和保护改进措施。 参考文献 北京：中国电力出版社，２００４ ［６］贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理［Ｍ］．第３版．北京： 中国电力出版社，１９９４ ｒ－７］吴必信．电力系统继电保护［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０００ 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