钻爆法隧洞开挖施工超挖欠挖...—以湖南省椒花水库工程为例_庾江华.pdf

水工程建设与管理2023.1中国水利一、案例概述水工隧洞开挖中的超挖、欠挖是钻爆法施工中频繁出现的质量通病，如何控制好超欠挖是水工隧洞施工的关键一环。修建水工隧洞的方式有钻爆法、盾构法、TBM、顶管法、悬臂掘进机掘进等，而钻爆法因开挖经济性高、适用范围广被广泛应用于水利工程中。湖南省目前在建的大型水利工程有毛俊水库、椒花水库、犬木塘水利工程、大兴寨水利工程等，这些工程输水项目在穿越山体时都采用了隧洞工程。湖南在建水利工程中采用钻爆法施工的隧洞有 30多处，总长度超过40 km。钻爆法施工有开挖、一次支护、二次支护（衬砌）、灌浆等4个主要环节。其中开挖是关键环节，其质量控制直接关系工程安全与项目成本。在实践中，水工隧洞施工钻爆法开挖过程中普遍存在超欠挖控制问题。在我国水利工程建设规模持续扩大的背景下，找到解决控制超欠挖的方法对提升隧洞施工开挖质量控制水平具有十分重要的意义。1.椒花水库工程基本情况椒花水库工程任务以城镇生活和工业供水、防洪为主，兼顾灌溉、发电和下游生态环境补水等，主要包括水库枢纽工程、大溪河引水工程、供水工程等。水库枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、下游消能设施、坝前分层取水口、坝后渠首电站、生态放水设施以及过鱼设施等建筑物组成。大溪河引水工程主要包括引水枢纽、引水隧洞等，引水隧洞长 3229 m。供水工程主要采用无压隧洞、有压隧洞和埋管自流输水；输水主线从电站尾水池至长沙县城区总长95.932 km，浏阳市城区供水和金阳新区供水两段支线长 7.092 km，输水线路总长 103.024 km；隧洞主洞长 29.12 km，施工支洞总长 2.195 km，其中钻爆法施工长度为22.923 km、顶管法施工长度为9.392 km。收稿日期：2022-12-08作者简介：庾江华，高级工程师。钻爆法隧洞开挖施工超挖欠挖问题控制以湖南省椒花水库工程为例庾江华1，龚曙晖2，徐书龙1，彭加众1（1.湖南百舸水利建设股份有限公司，410007，长沙；2.湖南省益阳市资阳区水利局，413001，益阳）摘要：隧洞开挖是输水隧洞施工中的一个关键环节，开挖质量控制关系到工程安全、施工成本。以湖南省椒花水库工程为例，分析了水工隧洞施工钻爆法开挖中频繁出现的超挖、欠挖问题，对主要影响因素进行了分析总结，并有针对性地提出了对策。关键词：水利工程；隧洞施工；开挖；质量控制；超欠挖Control of over-excavation and under-excavation in tunnel excavation by drilling and blastingmethodtake the Jiaohua Reservoir in Hunan Province as an example/Yu Jianghua,Gong Shuhui,Xu Shulong,Peng JiazhongAbstract:Excavation is one of the key links in the construction of water conveyance tunnel,quality controlduring excavation is closely related to the safety and cost of project construction.Taking the JiaohuaReservoir in Hunan Province as an example,analysis is made on the problems of frequent over-excavationand under-excavation during the excavation of hydraulic tunnel by drilling and blasting method.The keyinfluencing factors are evaluated and summarized with proposal of specific measures.Keywords:water resources project;tunnel construction;excavation;quality control;over-excavation andunder-excavation中图分类号：TV512文献标识码：B文章编号：1000-1123（2023）01-0065-0465CHINA WATER RESOURCES2023.1水工程建设与管理2.钻爆法隧洞开挖（1）工艺流程开挖工艺流程一般为：测量放线布孔钻孔装药堵塞联网设置防护警戒起爆爆后检查、安全处理解除警戒通风散烟出渣支护下一个循环。影响隧洞开挖质量的工序主要有测量放线布孔、钻孔、装药。（2）施工方法测量放线布孔。测量是控制开挖轮廓的关键，对开挖质量有重要的影响，打眼前必须由测量员根据施工图先放好断面中线，在开挖面标出开挖轮廓线，然后，根据施工方案的钻爆参数图布置炮眼位置。钻孔。按设计方案所要求的布孔位置、钻孔方向和钻孔深度进行钻孔，掏槽眼间距误差和眼底间距误差不得大于5 cm，辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于 5 cm，周边眼沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不得大于 5 cm，周边眼外斜率不得大于5 cm/m，眼底不超出开挖断面轮廓线10 cm，最大不得超过15 cm。装药连线。装药前应将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞密封。堵塞长度和质量必须严格按设计要求进行，周边眼的堵塞长度不宜小于20 cm，采用光面爆破时应从药卷顶端进行堵塞，不得只堵塞眼口。起爆。起爆是爆破工作的关键。起爆员应严格按要求操作，爆破时由爆破现场负责人发出起爆信号，信号发出后，起爆员立即实施起爆。二、钻爆法隧洞施工超欠挖控制方法1.钻爆法隧洞施工超欠挖影响因素分析湖南椒花水库建设中为找到超欠挖控制的方法，成立了QC（质量控制）小组，对影响钻爆法隧洞开挖（超欠挖）质量的因素进行分析，主要从“人、机、法、环、测”等方面入手，如图 1所示。通过分析，共有末端原因10 个：无奖惩制度；未进行技术交底、质量教育培训；钻孔精度不够；钻孔平台不适用；未及时校核全 站仪；未用炮泥堵孔；周边孔未间隔装药；炮眼间距不当；围岩破碎；洞内照明差。2.确定主要原因为找出隧洞开挖质量问题主要原因，QC 小组根据 10个末端原因编制了要因确认计划表（略），按照内部分工确定了具体的责任人并规定了具体确认时间。通过分析，最终确认造成隧洞开挖超欠挖的 5个主要原因：钻孔平台不适用；未用炮泥堵孔；周边孔未间隔装药；炮眼布设不当；围岩破碎。3.提高隧洞开挖施工超欠挖的对策针对确认的5个要因，从有效性、可实施性、经济性、可靠性、时间性等5个方面进行讨论分析，最后制定了对策分析评价表（见表1）和质量对策措施表（见表2）。4.对策及有效性（1）改进钻孔平台在原有钻孔平台（台车）的基础上加设了便于施钻顶部掏槽孔的隔板。通过这一措施，有效地提高了掏槽孔施钻的精准度；由掏槽孔施钻精准度情况统计表可知，改进钻孔平台后，掏槽孔施钻精准度合格率由59%提升到了98%，达到对策目标。（2）对炮孔进行炮泥堵孔装药后用炮泥堵塞炮眼，延长了爆生气体在炮孔内的存在时间，保证炮孔内的炸药充分反应，降低单位体积岩石炸药消耗量，降低爆生气体逸出的温度和压力。经项目部统计，单位体积岩石（类围岩）炸药消耗量综合能减少9%，达到对策目标。（3）改进装药方式对周边孔进行间隔装药，用竹片作为载体，将药图1影响钻爆法隧洞开挖质量（超欠挖）原因分析因果图未进行技术交底、质量教育培训质量意识差无奖惩制度责任心不强钻孔精度不够人掏槽孔位置偏差大钻机功效不足钻孔精度差钻孔视线不清围岩掉块机测法环爆破效果差围岩破碎洞内照明差未用炮泥堵孔周边孔未间隔装药仪器不精准未及时校核全站仪责任制未落实测量偏差岩石壁面超欠挖偏大炮眼间距不当66水工程建设与管理2023.1中国水利要因钻孔平台不适用未用炮泥堵孔周边孔未间隔装药炮眼布设不当围岩破碎对策方案1：改进钻孔平台方案2：调整掏槽孔位置方案1：购买炮泥机制备炮泥堵孔方案2：人工制备炮泥堵孔方案1：对周边孔进行间隔装药方案2：更改设计方案1：调整炮眼间距方案2：施钻前加强测量放线方案1：改进掘进方式，采用破碎锤方案2：采用超前支护对不稳定围岩预处理评价有效性可实施性经济性可靠性时间性综述方便掏槽孔施钻；施工方便；投入较小；无需更改设计；仅需一个工日方便掏槽孔施钻；需重新交底培训；可能增加孔数，增加火工品消耗；更改设计可能失败；设计更改耗时太长可达到目的；市场有专业设备；一次投入大，长期投入小；尺寸标准、统一；可大批量生产可达到目的；增加人工；长期成本太高；大小容易不均匀；一次生产数量有限保证光面爆破效果；现场具备实施条件；良好的光爆效果可节约成本；有成熟的先例的经验；耗时较不间隔装药长无法保证光爆效果；现场具备实施条件；容易超挖，增大回填投入；更改设计可能失败；更改设计一次耗时长，长期耗时短更改设计可能失败；现场具备实施条件；无需额外投入；可靠性好；不影响钻爆工序整体时间无需更改设计；现场具备实施条件；需增加测量人员投入；可靠性好；增加整个钻爆工序时间可避免不稳定围岩的影响；隧洞断面不足以使用大型设备；一次性投入较大，后期维修费用及总费用总体较小；能控制超欠挖；对工期无影响可避免不稳定围岩的影响；超前地质雷达可提前预报；不良地质过多费用将不可控；能控制超欠挖；不良地质过多将影响工期结论采用不采用采用不采用采用不采用采用不采用不采用采用表1对策分析评价表注：无差异；优点；缺点序号12345要因钻孔平台不适用未用炮泥堵孔周边孔未间隔装药炮眼布设不当围岩破碎对策改进钻孔平台购买炮泥机制备炮泥堵孔对周边孔进行间隔装药调整炮眼间距对不稳定围岩采用超前支护预处理目标掏槽眼能按设计布设，精准度达到95%以上100%按爆破设计要求进行炮泥堵孔，杜绝因爆破效果不足导致的补炮现象100%按爆破设计要求进行周边孔间隔装药，炮孔痕迹保存率：完整岩石80%，较完整和完整性差的岩石50%，较破碎和破碎岩石20%炮眼数量达到爆破效果要求，孔位偏差15 cm以内不发生因岩层原因造成的超挖0.5 m3以上的现象措施根据设计调整改进钻孔平台，在中部加焊一层平台炮泥机选型、购买炮泥机制备炮泥、按设计要求进行炮泥堵孔制备竹片、将火工品分段绑扎在竹片上、竹片伸入炮孔指定位置通过爆破试验调整合适炮眼设计不良地质现场确定超前支护方式，进行超前支护表2质量对策措施卷间隔绑在竹片上，从而实现周边孔的间隔装药，根据上一进尺循环的周边效果适当调整周边孔的装药量。爆破试验周边孔总孔数为17个，对17个周边孔残孔进行检测，周边孔钻孔总长为37.4 m，实行间隔装药前周边孔残孔总长为16.2 m，残孔保留率为 43.3%。间隔装药后周边孔残孔总长为 22.6 m，残孔保留率为60.42%，达到了规范要求，达到对策目标。（4）合理布设炮眼按专项方案设计图测量放线进行炮眼布设，根据爆破效果调整炮眼设计。通过爆破试验进行炮眼布设的合理调整，单位体积岩石炸药消耗量下降，周边孔残孔保留率得到了提升，杜绝了需补炮的情况，对策实施有效。67CHINA WATER RESOURCES2023.1水工程建设与管理表3类围岩超欠挖情况统计序号1234项目引水隧洞江湾隧洞#1施工支洞#2施工支洞合计检测点数110100121121452合格点数9792110108407超欠挖合格率（%）活动前45.4569.4412.1255.7143.08活动后88.1892.0090.9189.2690.04隧洞引水隧洞江湾隧洞#1施工支洞#2施工支洞隧洞断面（m2）10.379.8116.61216.612隧洞长度(m)3239.02604.7711.2563.0平均超挖厚度值（cm）前17152218后12101513差值5575平均欠挖厚度值（cm）前5376后0000差值5376表4活动前后超欠挖情况统计隧洞引