取水隧道施工技术要点探讨

于石群

安徽省城乡规划设计研究院　安徽合肥　230022

摘摘　要：山区取水隧道施工受地形地质等条件的影响较为复杂，为有效控制取水隧洞施工质量，保证工程施工安全，本文结合工程具体情况，对取水隧洞和竖井的施工开挖及爆破以某工程为例提出具体的要求。

关键词：山区取水隧道、取水竖井施工；开挖；爆破

中图分类号：U45 文献标识码：A1　前言

某取水工程位于山区，其中取水位于山区水库，采用取水竖井的方式取水；取水竖井和泵房之间采用隧道连接。

1.1 地基岩土的构成及分布特征

某工程拟建场地地貌属于剥蚀低丘区，山上植被较发育，自然坡度约10 ～ 15°。隧道进出口处表覆第四系中、上更新统残坡积层（Q3el），下伏砂岩；洞身表覆第四系中、上更新统残坡积层（Q3el），下伏寒武系石灰岩（ε），其地层岩性特征、厚度、及分布情况详见地质柱状图及工程地质纵断面图，各岩土层的工程地质特征分述如下：层①残积土（Q3el）——灰黄色，结构松散，以碎石块为主要组成，混有粉质粘土，局部地段底部夹薄层棕红色硬塑状黏土。层厚0.80 ～ 6.50m。该层标贯实测击数N 值一般为8 ～ 19.0 击/30cm，平均值为14.5 击/30cm。层②中风化石灰岩（ε）——灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，主要成分为碳酸盐类矿物，岩质坚硬，岩溶不发育，岩芯呈柱状，节长10-25cm 不等，采取率约为93%，RQD85%，岩石较完整，属较硬岩石，岩体质量等级为Ⅲ级。岩层走向为西偏南325 度倾角68 度，据钻孔揭露，岩石可见溶隙，未见溶洞。本区属隐伏岩溶区，大部分地段被地表被覆盖，仅靠钻探揭露。该层仅在山体上出现，最大揭穿厚度68m。层③ 1 强风化砂岩——灰黄色（灰白色），砂质结构，中层状构造，主要成分为长石、石英，岩质较硬，岩芯呈碎块状、碎屑状。层③ 2 中风化砂岩——灰黄色（灰白色），砂质结构，中层状构造，主要成分为长石、石英，岩质较硬，岩芯呈柱状，节长10-20cm 不等，采取率约为90%，RQD80%，岩石较完整，属较硬岩石，岩体质量等级为Ⅲ级。该层仅出现在山脚下两侧，最大揭穿厚度29m。饱和单轴抗压强度Rc 和重度r 统计值见表1-1。表1-1　岩石饱和单轴抗压强度Rc 和重度r 统计值表岩性参数子样数一般值平均值变异系数标准值层②灰岩Υ（kN/m3） 6 234.7 ～ 56.8 45.3 0.01 44.85Rc 6 38.5 ～ 58.5 48.7 0.13 42.37层③ 2 砂岩Υ（kN/m3） 6 35.2 ～ 48.6 42.4 0.01 41.98Rc 6 27.6 ～ 49.8 40.8 0.13 35.50

1.2 岩石力学性质指标

场地地基土的主要物理力学性质指标见表2-1。表2-1　场地地基土的主要物理力学性质指标　　　　　　岩性指标　　　　　单位石灰岩砂岩

2　开挖

2.1 土石方明挖

2.1.1 一般原则

基础开挖应自上而下进行。当岸坡和河床底部同时施工时，应采取有效的技术措施，确保安全；否则，必须先进行岸坡开挖。未经安全技术论证和监理工程师批准，不得采用自下而上或造成岩石倒悬的开挖方式。为保证基础岩体不受开挖区爆破的破坏，应按留足保护层的方式进行开挖，有条件的情况下，优先采取预裂爆破。当开挖深度较大时，可分层开挖。分层厚度可根据爆破方式、挖掘机械的性能等因素确定。爆破施工前，应根据地质条件、建筑物的基础要求、爆破方式及规模等因素，通过爆破设计和现场爆破试验，合理确定爆破参数。

2.2 边坡开挖

2.2.1 边坡开挖前和开挖中，若设计开口线外的坡面、开挖边坡和坑槽开挖壁面等存在不安全因素，必须采取如危石清理、削坡、加固和排水等措施进行及时处理。随着开挖高程下降，对坡面应及时测量检查，防止欠挖，避免在形成高边坡后再进行坡面处理。

2.2.2 边坡开挖采用预裂爆破，残留炮孔痕迹保存率：在节理不发育的岩体段应达到80% 以上，在节理较发育的岩体段应达到50% 以上。

2.2.3 预裂爆破可以采用连续装药或间隔装药结构。爆破后，地表缝宽一般不宜小于1cm；预裂面不平整度不宜大于15cm；孔壁表层不应产生严重的爆破裂隙。

2.3 保护层开挖

2.3.1 接近建基面，应采用预留岩体保护层并对其进行分层爆破的开挖方法。爆破施工前，应根据爆破对周围岩体的破坏范围及水工建筑物对基础的要求，确定垂直向和水平向保护层的厚度。爆破破坏范围应根据地质条件、爆破方式和规模以及药卷直径诸因素，至少用两种方法通过现场对比试验综合分析确定。若无2.3.2 距建基面1.5m以上的基岩爆破

（1）用大孔径、大直径药卷爆破留下的较厚保护层，仍可采用中（小）孔径及相应直径的药卷进行梯段毫秒爆破。

（2）对于中（小）直径药卷爆破剩下的保护层厚度，仍应不小于规定的相应药卷直径的倍数，并不得小于1.5m。

（3）紧靠建基面1.5m 以上的一层，采用手风钻钻孔，仍可用毫秒分段起爆，其最大一段起爆药量应不大于300kg。

2.3.3 距建基面1.5m以内的基岩爆破

（1）采用手风钻逐层钻孔（打斜孔）装药，火花起爆；其药卷直径不得大于32mm（散装炸药加工的药卷直径，不得大于36mm）。

（2）最后一层炮孔孔底高程底确定：

1）对于坚硬、完整岩基，可以钻至建基面终孔，但孔深不得超过50cm；

2）对于软弱、破碎岩基，则应留足20 ～ 30cm 的撬挖层。

2.4 特殊地段爆破

2.4.1 建筑物附近的爆破

在建筑物及其新浇混凝土附近爆破时，必须遵守以下规定。

（1）根据建筑物对基础的不同要求以及混凝土不同的龄期，通过模拟破坏试验确定保护对象允许的质点振动速度值（即破坏标准）；

（2）再通过实地试验寻求本工程爆破振动衰减规律，即利用不同药量、测距与相应各测点的质点振动资料，利用以下关系式求得；

3 V K Q

R

α  

=  

 

式中：V——爆破地震对建筑物及地基质点产生的振动速度，cm/s；K——当地系数，由试验确定，取决于爆破地震波的传播条件（地形）和所通过介质的性质（地质条件）；Q——炸药量，kg；齐发爆破时取总装药量；延期爆破时取最大一段装药量；R——爆破地点药量分布的几何中心至建筑物的水平距离，m；α——衰减系数，由试验确定，主要反映爆破地震波随装药量和距离的变化而变化。

（3）采用本工程关系式和被保护对象所允许的质点振速值，规定相应的安全距离和允许装药量，其中：近距离火炮爆破用火花起爆所求得的关系式计算；远距离毫秒爆破用毫秒起爆所求得的关系式计算。

（4）若无条件执行上述规定，则参照表2.4-1 的规定执行。表2.4-1　距离与爆破方式及装药量关系

2.4.2 不得在临近建筑物的地段（10m 以内）进行爆破。如因特殊情况需要爆破时，必须经监理工程师的同意。爆破时必须根据被保护对象的允许质点振动速度值，按本工程实测的振动衰减规律严格控制浅孔火花起爆的最小装药量。当装药量控制到最小程度仍不能满足要求时，应采取打防震孔或其它防震措施。

2.4.3 不得在灌浆完毕地段及其附近进行爆破。如因特殊情况需要爆破时，可进行少数量的浅孔火花爆破，并应对灌浆区进行爆前爆后的对比检查；必要时，还须进行一定范围的补灌。

3　地下开挖

3.1 一般原则

3.1.1 地下洞室开挖前，应明确以下内容：

（1）围岩分类。

（2）洞口段及其附近边坡、浅埋洞的山体稳定性。

（3）可能导致岩体失稳地段的岩层特性、风化程度、地质构造等及其对建筑物底影响。

（4）地下水类型、水位、动态规律及其影响。3.1.2 施工单位应做好如下工作：

（1）在施工前应深入掌握工程和水文地质资料。

（2）施工期间及时总结在各类典型工程地质条件下的开挖方法、掘进速度、钻爆参数、机具效率等资料。

（3）出现质量事故，应及时汇报，会同监理、设计、地质人员分析原因，记录发生、发展过程及处理经过。

（4）地下洞室开挖应做好通风与防尘工作。__

3.2 洞口开挖

（1）洞口削坡开挖必须自上而下分层进行，严禁上下垂直作业。开挖前，应做好开挖范围以外一定范围内的危石清理和坡顶排水工作。随着坡面开挖，按设计要求，做好坡面加固、马道开挖及排水等工作。

（2）洞口周围岩体应尽量减少扰动，并根据边坡工程地质条件做好支护和安全防护工程。

（3）进洞前，应对洞脸岩体进行鉴定，确认稳定或采取措施后，方可开挖洞口。

（4）进洞前可能采取的措施包括：先护后挖、分部开挖并及时支护或边坡支护。

3.3 洞室开挖

（1）隧洞洞室围岩大多属整体状或块状结构的Ⅳ ~ Ⅴ类围岩，要求必须遵循多进尺、小药量、紧封闭的原则，钻爆开挖采用浅眼、密孔、短进尺，多循环的施工方案。

（2）应根据有关规定和本要求进行开挖爆破设计。钻孔爆破必须按爆破设计要求进行施工，炮孔孔位放样、钻孔、装药和堵塞、爆破网路的联接和起爆等应由爆破负责人统一指挥，各工序应有专人检查并做好记录。

（3）光面爆破需结合开挖进行现场试验，以选择最佳的爆破参数，每循环爆破后及时检查爆破效果，如爆破效果不理想或地质条件有所变化，经监理和施工共同研究，及时修改或调整下一循环爆破参数。

（4）开挖爆破施工过程中，要加强对光面爆破效果、围岩爆震影响、新浇混凝土和锚固支护区等的检查，发现问题及时上报，研究并落实处理措施。

（5）隧洞开挖和衬砌平行作业时，须在衬砌混凝土龄期达到7 天以上，且开挖面距衬砌面的距离大于30m 条件下方可进行爆破，应避免在围岩灌浆完成的部位附近进行爆破。为保证竖井混凝土不受爆破影响，取水隧洞前部必须从竖井部位先行开挖30m 至石灰岩岩层。若有其他保护措施，可论证采用。

3.4 竖井开挖

本工程竖井开挖可采用静力爆破或风镐人工开挖，严禁采用炸药爆破。竖井开挖需在钢板桩围堰封底混凝土达到设计强度后，井中围堰固结灌浆14 天后开始。竖井采用自上而下全断面开挖方法时，应遵守下列规定：

（1）必须锁好井口，确保井口稳定，防止井台上杂物坠入井内。

（2）提升设施应有专门设计。

（3）井深超过15m 时，人员上下宜采用提升设备。

（4）涌水和淋水地段，应有防水、排水措施。

（5）应及时随层进行支护。

3.5 不良地质地段的开挖

在不良地质地段中开挖隧洞时，应制定切实可行的施工方案，一般应遵守下列原则：

1）调查地质条件，必要时，可采用超前钻探、打导洞等方法进一步了解地质情况，做好地质预报；

2）减少对围岩的扰动，采用浅钻孔、多循环、弱爆破；

3）做好排水，锁好洞口，清除危石，及时锚喷支护并及早衬砌；

4）分部开挖，分部支护；

5）掌握不良工程地质问题的性质，及时采取有效的支护；

6）加强监测，勤检查和巡视并及时分析监测成果和检查情况。发生塌方时，应及时查明塌方原因及其规模、规律，提出措施迅速处理，防止塌方范围的延伸和扩大。塌方段施工，应遵循以下原则：

1）先加固好端部未破坏的支护和岩体。

2）加固处理措施可与永久支护结合。

3）塌落物未将洞室堵塞时，应先支护顶部再清除石碴。

4）塌落物将洞室堵塞时，宜采用管棚，管棚加注浆或预注浆等方法加固，然后按边开挖边支护边衬砌的方法施工。

5）遇有岩溶地下水活动时，应先治水后治塌。

参考文献：

[1]《水利水电工程施工测量规范》SL52— 93；

[2]《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》SL47—94；

[3]《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》SDJ212-83；

[4]《水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范》SDJ57-85；

[5]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；

[6]《爆破安全规程》GB6722— 2003；

作者简介：于石群，职称：工程师__