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［摘 要］ 在水利工程中,导流、放水、发电输水,以及沿山渠道因适应地形需要等,在地形地质条件允许的条件下,可在岩体中采用钻孔爆破法开凿隧洞,以满足过水要求.
［关键词］ 水利工程；隧洞；施工技术
［作者简介］ 叶坤才,广西海河水利建设有限责任公司一分公司工程师,广西 黎塘,530409
［中图分类号］ TV52［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-7723（2011）11-0096-0004
中小型水利工程中,导流、放水、发电输水,以及沿山渠道因适应地形需要等,在地形地质条件允许的条件下,可在岩体中采用钻孔爆破法开凿隧洞,以满足过水要求.
一、隧洞开挖
(一)开挖方式
根据隧洞断面尺寸大小、周围的地质及水文地质情况、所选用的施工机械设备等,隧洞开挖一般有全断面开挖和断面分部开挖两种基本方式.
1.全断面开挖法.全断面开挖法即整个开挖断面一次钻孔爆破成设计断面,见图1(a).适用于石质坚硬、完整的围岩.其开挖宽度较小,开挖断面不大(小于15m2).全断面开挖干扰小,空间大,施工组织简单,掘进速度较快.
2.断面分部开挖法.断面分部开挖法是将开挖断面分成几个部分进行开挖.在断面较大、施工机械不足或地质情况较差时采用.常分为台阶开挖法和导洞开挖法.
台阶开挖法是将开挖面分成2～3个台阶进行开挖,见图1(b).根据台阶的方向又可分为正台阶开挖和反台阶开挖两种方法.可利用台阶或爆渣堆的高度进行打眼.正台阶开挖法的打眼和出渣可平行作业,均衡施工,进度快.反台阶开挖法能节省爆破器材、效果好、进度快,但石渣块度不易控制.
导洞开挖法是在开挖断面上先开挖一个小断面的洞为先导,而后开挖扩大至设计的断面形状.根据地质情况及施工条件,导洞可布置在断面的上、中、下、两侧等位置,如图2所示.此法可利用导洞进一步查明地质情况,并在扩大时起到增加爆破临空面的作用.
(二)炮眼布置与装药量计算
1.炮眼布置.布置在开挖断面上的炮眼,其类型、作用、在断面上的位置及起爆顺序如表1所示.
掏槽眼的布置形式根据掏槽眼孔底平行、相交成一线或一点,可组成垂直掏槽、楔形掏槽或锥形掏槽三种形式.
断面分部开挖法的炮眼布置简图如3所示.整个断面的开挖分为导洞与扩大两部分.在导洞部分共布置了18个炮眼,其中1～4号为锥形掏槽眼,5～6号为崩落眼,7～18号为周边眼.扩大部分共布置了13个炮眼,其中19～24号为垂直崩落眼,担任掘进任务；25～31号为水平周边眼,主要控制开挖边线.由于扩大部分已有两个临空面,故未布置掏槽眼.
2.装药量.隧洞爆破中,炸药用量多少直接影响开挖断面的轮廓、掘进速度、围岩稳定和爆破安全,而且爆破石块的大小还影响装渣运输.每次爆破所需炸药总消耗量Q为：
Q＝KV＝KSL71
式中Q——每次循环所需炸药总量,kg；
K——单位炸药耗药量,k8／m3；
V——每次爆破爆落岩石的体积,m3；
S——隧洞掘进断面面积,m2；
L——作面上平均炮眼深度,m；
η——炮眼利用率,一般为0.8～0.9.
(三)循环作业
循环作业的主要工序有：布孔一钻眼一装药一人员、设备撤离一起爆一通风排烟一安全检查一临时支撑一出渣一延长运输线和风水电管线等.循环作业时间通常采用4h、6h、8h和12h等.
1.钻眼作业.钻眼作业是掘进开挖的主要工序,所用时间占循环时间的1/4～1/2,尽量采用凿岩机以提高生产效率.钻眼时注意严格控制孔位、孔深和孔斜.钻眼结束后,按钻爆设计的要求进行装药、堵塞、引线,人员设备撤离后起爆.
2.出渣.出渣是平洞开挖中最费力费时的工作,所用时间约占循环时间的1/3～1/2,可采用人工或机械装渣.正台阶开挖可利用自制滑槽将上层台阶的石渣滑入运输工具,反台阶开挖可利用棚架出渣.注意对运输线路的布置,采用人工或机械运输,保持重车下坡是加快出渣的有效途径.
3.临时支撑.隧洞开挖以后；应根据围岩稳定情况及时进行临时支撑.支撑主要有木支撑、钢支撑、预制混凝土或钢筋混凝土支撑及喷锚支护.在有条件时,应优先采用喷锚支护,此种支护是将临时性和永久性结合起来的支护形式.
4.通风排烟、照明与排水.隧洞在开挖施工中,为排除因爆破或其他原因而产生的有害气体和洞内的岩石粉尘等污浊空气,以便施工人员能及早返回洞中施工.一般在洞口设置低压离心式或轴流式鼓风机,通过风管向工作面供风来驱散有害气体；并排出洞外.对于短洞或掘进长度不到40m的隧洞,允许采用自然通风.
隧洞沿线和工作面附近应有足够的照明设施.电灯照明采用24V或36V的安全电压供电,供电线路要有良好的绝缘.
洞内渗水及钻孔排出的废水应及时排除,可利用洞底顺坡挖排水沟自排或在适当间隔距离挖集水井用水泵排除.
二、隧洞衬砌与灌浆
(一)隧洞衬砌
隧洞衬砌能保证围岩的稳定,防止风化和坍落,降低糙率从而提高输水能力.中小型隧洞衬砌形式常用现浇混凝土衬砌和浆砌块石衬砌.
1.现浇混凝土衬砌.现浇混凝土衬砌有“先拱后墙”法和“先墙后拱”法两种.在地质条件较差的隧洞衬砌时应采用“先拱后墙”法.用“先拱后墙”法进行的衬砌在边墙和顶拱拱脚结合处存在反缝,要求在拱脚与边墙之间布置短钢筋,并设置键槽,以使二者联为整体.隧洞纵向要分段浇筑,当结构上设有永久伸缩缝时,永久缝即可作为施工缝.当永久缝过大,则应间隔设置施工缝分段浇筑.一段浇筑完成后,须等待混凝土的收缩基本完成后,才能浇相邻段.
隧洞衬砌在横断面上也应分块浇筑,一般圆形隧洞衬砌分底拱、边墙和顶拱四块进行施工,如图4所示.
底拱施工时,对中心角较小的底拱,一般只在两端设挡板浇筑混凝土,然后再用弧形样板将其表面刮成弧形；对于中心角较大的底拱,要通过短钢筋柱或预制混凝土柱支撑弧形模板,如图5所示.在模板上每间隔一定距离设置进料窗口.为避免模板震动变形,不要将运输系统的支撑与模板支撑连接在一起.
底拱施工后,可进行边墙施工.边墙混凝土应采用对撑模板两边同时浇筑,墙内用钢筋再把模板支起来,注意控制衬砌厚度.
进行顶拱混凝土浇筑时,混凝土由在模板顶部间隔预留的窗口送入,顺隧洞纵轴线方向边浇边退边封闭窗口.如果浇筑段有一个相邻段还未浇筑,就一直退到端部,最后由端部挡板上预留的小窗口进料直到浇完为止.如浇筑段两端的相邻段都已浇好,则只能在顶拱的最后一个窗口进行封拱.常采用封拱盒封拱(图6),即将最后一个窗口能浇的部分尽量浇好后,施工人员从窗口退出,在窗口四周立上模框再浇混凝土,待混凝土强度达到10MPa后,拆掉模框,将洞口凿毛冲净,并装上封拱盒,然后将混凝土从盒侧的活门装入,再用千斤顶把活动封口板升高,将盒内混凝土压入窗口内.如此重复2～3次,即可把封拱工作完成.
2.浆砌块石衬砌.浆砌块石衬砌分为边墙砌筑和拱圈砌筑.
边墙砌筑时按自下而上顺序由大到小分段选用块石.块石安砌应用座浆法,当衬砌厚度为30cm时可单排砌筑；当衬砌厚度大于40cm时,应按双排丁顺相间砌筑.墙后超挖部分,用砌体填实.
(二)隧洞灌浆
隧洞灌浆有回填灌浆与固结灌浆两种.
回填灌浆的作用是填塞岩石与衬砌层间的空隙.回填灌浆孔要求布置在顶拱范围内,利用衬砌时预埋的灌浆钢管在衬砌混凝土达到设计强度后即可开始灌浆,灌浆一般用水泥浆.
固结灌浆的作用是加固围岩,在回填灌浆一周后进行.
固结灌浆孔均匀布于断面四周,纵向间隔2m.
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