浅谈中等断面大坡度斜洞开挖技术

蓝 芬，田 彬

(陕西水利水电工程集团有限公司，陕西 西安 710000)

20 世纪80年代以来，我国陆续建设了不少引水、调水工程。这些引、调水工程的隧洞大部分深埋地下。为了便于施工，工程中就出现了不少大坡度的斜洞。由于隧洞断面尺寸不大，无法在施工中运用高效的大型机械设备，同时坡度大不能采用运输车辆进行运输，只能采用卷扬系统进行运输，导致施工效率低，工期紧张。本文结合太白县龙王河水库工程溢洪洞开挖施工实例，分析如何提高中等断面大坡度斜洞的开挖效率，浅谈中等断面大坡度斜洞的开挖施工技术。

1 工程概况

溢洪洞布置于大坝左岸，全长396.85 m，为侧槽式溢洪洞，钢筋混凝土结构，由侧槽、调整段、隧洞段、消力池及出水渠组成。

溢洪洞洞身段设计横断面为城门洞型，沿洞轴线长218.28 m，其中平直段长度为59.54 m，斜坡段长度为158.74 m，洞身坡比分别为：i=0.036(平直段)、i=0.5(斜坡段)，洞身大部分为Ⅲ类围岩，开挖断面尺寸为： 5.9 m(高)×6 m(宽)。

2 施工技术难点分析

溢洪洞的主要特点有：断面小、坡度大，洞身穿越整个山体，洞身斜坡段坡比为i=0.5(坡度为26.6°)，隧洞进出口高差66 m。由于坡度大，施工操作平台无法到达掌子面，同时开挖过程中排烟困难，出渣问题较为突出，难度较大，严重影响施工进度。

主要技术难点及应对措施如下：

(1)由于洞室带有1:2斜坡，考虑出渣和洞内排水问题，开挖只能从出口向进口掘进，随着进尺增大，排烟和出渣时间增大，严重影响施工进度。应对措施：给洞内增加大功率送风机，同时利用反台阶开挖法先将洞子下半洞贯通，这样便于快速排出爆破浓烟，利用扒渣机配合装载机进行出渣。

(2)溢洪洞洞身断面不大且坡度大、常规的隧洞施工方法不适用，尤其表现在爆破后的出渣工序上。同时由于洞子自身特点，对于出渣设备的选用非常有限，挖掘机在斜洞里面转弯半径不够，同时施工设备又无法在坡面上行驶，到达掌子面进行扒渣作业，出渣范围有限，洞渣在i=0.5(即26.6°)的坡面上无法靠自重溜渣。应对措施：针对这种问题，采用简易扒渣机配合定滑轮进行扒渣，将掌子面渣子扒至装载机可操作范围内进行洞渣外运。

3 斜洞开挖施工方法

3.1 施工工序

3.1.1 施工流程图(如图1施工流程图)

图1 施工流程图

图2 正、反台阶法示意图

3.1.2 正、反台阶法的应用

1)正台阶法

平直段开挖利用正台阶法，分上下两个台阶，首先利用台架进行洞脸腰线上部4.1m范围内洞室开挖施工，随后进行腰线下部1.8 m范围内抬底爆破施工，上下台阶进尺距离差距控制在≤5D内(D为开挖洞径)。利用人工配合挖机以及装载机进行洞内出渣。

图3 起爆连线示意图

2)反台阶法

3.2 施工工艺

3.2.1 测量放线

开挖前先利用水准仪和全站仪进行测量和放样，确定开挖轮廓线，并在掌子面上依据爆破设计布置炮孔位置。

3.2.2 爆破施工

通过爆破设计，同时根据经验实际选用情况如下：

1)钻孔深度

在保证安全的前提下，尽可能提高掘进速度，缩短工期。本洞室拟定Ⅲ类围岩钻孔深度2.8 m(预期进尺2.5 m)，实际钻孔深度根据实际情况可灵活调整，由于斜坡段采用的是反台阶法施工，爆破空间受限，进尺稍短为1.5 m。

2)炸药及雷管参数

为保证开挖爆破效果，拟定采用非电毫秒延期雷管爆破，具体参数如下：炸药选取二号岩石乳化炸药，Φ32 mm，L=200 mm，0.2 kg/条；采用非电毫秒延期雷管，1～11段，脚线长4米；导爆索(防水型)；起爆母线200 m，国标；起爆器一台；孔口炮泥堵塞，非电雷管连接起爆，光面爆破。

3)掏槽方式、装药结构及堵塞

本阐述以Ⅲ类围岩为例，全断面钻爆区钻孔分为掏槽孔(超设计孔深20 cm)、崩落孔及周边孔，采用中孔直孔掏槽，中部设置一掏槽孔，外侧均匀分布一圈空孔(5个)作为辅助孔，空孔外部布置菱形掏槽，共4孔。掏槽孔和崩落孔采用Φ32 mm药卷连续装药，炮泥堵塞，堵塞长度50 cm；周边孔孔间距50 cm，采用1/2Φ32 mm药卷、1/4Φ32 mm药卷间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布，炮泥堵塞，堵塞长度45 cm；底孔孔间距50 cm，采用Φ32 mm药卷间隔装药，药量沿炮眼全长均匀分布，炮泥堵塞，堵塞长度50 cm。

4)起爆

采用非电毫秒雷管微差起爆，起爆顺序：掏槽眼→空眼→辅助眼→邦眼、顶眼→底眼。

起爆连线示意图见图3，图中数字为从小到大的起爆顺序。

图4 扒渣机设备示意图

3.2.3 出渣工艺优化

在无法改变隧洞设计方案的情况下，首先考虑对施工工艺进行优化。一般隧洞开挖出渣分为有轨运输或无轨运输。本工程考虑在整个斜坡段范围内，采用卷扬机与扒斗用钢丝绳链接方式进行出渣，可以克服坡度较陡，普通机械无法进入掌子面进行出渣的缺点。

1)设备性能

本工程主要从选择设备的性能入手。所选设备除了要满足隧洞洞径的要求外，还必须满足能够在i=50%(25.7°)的坡面上正常运转的要求。项目部通过多方考察，根据现场实际情况讨论研究，最终选择了体型小、质量轻、操作简便的简易扒渣机进行出渣。采用卷扬机牵引扒斗从上往下依靠扒斗自重将斜坡面的洞渣进行清理。由于斜洞内整个出渣过程所用的施工设备都是以电力作为动力，因此不会污染空气，有利于保持洞室中的空气质量(见图4)。

2)扒料

扒料时，用锚杆将滑轮固定在掌子面上，然后将链接扒斗与卷扬机的钢丝绳连接在滑轮上，通过控制卷扬机电机正反转控制扒斗的上下运动，扒斗在自重的作用下，经钢丝绳牵引实现将石渣自上而下运输。运输至直线段，再由装载机转出。

4 结语

太白县龙王河水库工程溢洪洞工程作为本工程施工的关键线路，施工技术难度非常大。为了解决这一施工难题，本工程项目部投人了大量的资源，拟定了全断面一次性开挖及管槽溜渣、皮带机出渣等多种施工和出渣方案。后对施工方案进行详细研究逐步细化，最终采用了反台阶法以及简易扒渣机出渣工艺有效地解决了大坡度斜洞开挖和出渣难的问题，同时溢洪洞工程的施工为后续大坡度(坡度在26°左右以及洞径在5 m左右的隧洞)斜洞开挖提供了许多有价值的技术参考和工艺借鉴。