大坡度连续上坡密闭洞室开挖施工技术及应用

杨升源

【摘要】金沙江白鹤滩水电站导右岸尾调锚固观测洞交通洞洞室长度为468.91m，连续上坡，平均坡度为11.8%。由于隧洞连续上坡密闭洞室，对于开挖过程中粉尘长时间无法排出，爆破后能见度低，并且该洞室距离供风点距离较大，如采用传统式通风排烟系统，布置风带过长，施工成本过高。并且大坡度连续上坡给钻爆及出渣造成困难，影响开挖进度。对于如何降尘是大坡度连续上坡密闭洞室开挖施工开挖施工中的一个重点、难点课题。文章概述开挖施工中一种新型降尘施工工艺。

【关键词】连续上坡；密闭洞室；内循环；除尘系统

1 引言

右岸尾调锚固观测洞交通洞，开口起点从6#公路，洞室长度为468.91m，连续上坡，平均坡度为11.8%，最大纵坡12.8%。由于隧洞连续上坡密闭洞室，粉尘长时间无法排出，爆破后能见度低。并且该洞室距离供风点距离较大，如采用传统式通风排烟系统，布置风带过长，施工成本过高。并且大坡度连续上坡给钻爆及出渣造成困难，影响开挖进度。为此，采取内循环通风除尘系统，通水配合通风进行除尘。通风采用空压机代替轴式通风机，大幅度降低成本。

2内循环除尘系统设计

2.1内循环除尘系统组成

内循环除尘系统：由通风装置、通水装置、弧形喷雾装置三部分组成。

2.2供水设计：

从DN200主供水管接水，用DN150支供水管接至交通洞内再用DN100支供水管接施工作业面50m远处，降尘用水采用φ50橡胶软管从DN100供水管接水。接至距作业面15m处（距离过近，爆破会炸伤水管；距离过远，达不到除尘效果）。

2.3排水设计：

在工作面配置一个6m3移动钢板水箱，工作面开挖简易集水坑，将积水抽排至钢板水箱，然后通过潜水泵将水抽排至已有的ND250主排水管，排至污水处理沉淀池沉淀合格后排放。

2.4供风设计：

由空压机供风，供风通过DN250主供风管接（DN100）PVC支管至距作业面5m处，距作业面20米范围内将供风管上移沿拱肩固定，防止管路被炸伤。随着开挖、支护工作面的推进及时跟进延伸布置。

2.5除尘装置制安：

制作5个弧形喷雾装置（可拆卸，重复利用）。喷雾装置采用Φ48钢管，弯至与设计拱弧形吻合，弧形管内侧每隔60cm设置一个喷雾头。弧形管一端封闭焊接，另一端设置接头，与橡胶管对接。喷雾装置在放炮前连接好，采用膨胀螺栓固定于拱壁，橡胶管延墙壁固定，以免爆破时对管路造成损伤。相邻两个喷雾装置间距2.0m，沿着洞室走向均匀布置。

2.6风、水量控制设计：

内循环通风除尘系统风量控制必须符合要求，风量过大除尘系统达不到除尘效果，风量过小会导致除尘时间变长。根据5.2m×5.3m（宽×高）开挖断面及现场施工情况，将通风量控制在6m3/min～12m3/min之间为宜。

内循环通风除尘系统水量控制需大于0.5m3/s。达到喷雾效果。

2.7内循环通风除尘系统原理

通过密闭洞室洞内内增压，洞内气体缓慢向洞外方向移动，气体带动粉尘，输送至喷雾装置段，粉尘结合水汽后，自身重量变大，使得粉尘降落地面，随污水排出洞外，达到降尘目的。

2.8内循环通风除尘程序

爆破前2分钟，打开通水水阀。形成五道水雾屏障。通风管口靠近作业面，在水雾屏障内侧，爆破后供风管对作业面进行供风，将粉尘运至水雾屏障。由水雾屏障对粉尘进行过滤、降尘。最终达到整体除尘效果。除尘系统原理见图1。

2.9内循环通风除尘系统工艺流程

内循环通风除尘系统工艺流程见下图2。

3内循环除尘系统安装施工说明

3.1弧形喷雾装置施工

先采用膨胀螺栓（M8×50mm）将弧形装置固定于顶拱，膨胀螺栓沿拱形布设，间距为2m。弧形喷雾装置与膨胀螺栓采用8#铁丝绑扎牢固。为防止爆破对装置损坏，弧形装置与拱壁距离小于1.0cm。弧形装置一端装设三通，三通与延拱肩布置的主管相接。延洞身方向，每隔2m与主管接通一个弧形装置。形成5道降尘屏障。

3.2通水装置施工

喷雾段10m范围内采用φ50橡胶软管，软管与拱肩采用膨胀螺栓（M10×60mm）固定，软管与拱肩间距小于0.5cm，软管总长50m，另一端与主供水管接通。

3.3通风装置施工

供风通过DN250主供风管接（DN100）PVC支管至距作业面5m处，距作业面20米范围内将供风管上移沿拱肩固定，采用膨胀螺栓（M14×10cm）将供风管固定于拱肩，防止管路被炸伤。随着开挖、支护工作面的推进及时跟进延伸布置。

4内循环除尘系统跟进施工说明

布置一次内循环除尘系统可用于3次爆破（单次爆破进尺3.0m），内循环除尘系统装置跟进布置。

4.1弧形喷雾装置跟进施工

喷雾段弧形喷雾装置整体形式不变，与下一噴雾段膨胀螺栓（M8×50mm）采用8#铁丝绑扎牢固。

4.2供水管延长施工

弧形喷雾装置每跟进3次（27m），软管总长50m不变，DN100供水管延长27m。

4.3通风管延长施工

为达到排烟效果，供风管接（DN100）PVC支管一炮一跟进。随着开挖、支护工作面的推进及时跟进延伸布置。

5技术成果

（1）内循环系统的设计，可以根据作业面需要就近布置供风系统，既施工快捷，又操作简单。

（2）大坡度连续上坡密闭洞室，大部分粉尘滞留在上层空间中，传统式排烟除尘方式很难将粉尘排出；而内循环式通风除尘系统，解决了粉尘滞留难题，将粉尘在作业面内进行清除过滤。

（3）采用内循环式通风除尘系统，与传统除尘工艺比较，不仅确保了快速除尘技术要求，又节约成本投入。

6结语

同传统通风除尘施工技术相比解决了大坡度连续上坡密闭洞室粉尘滞留上层空间的难题。同时又以快速将粉尘在作业面内进行清除过滤，不影响洞室其他部位的空气环境，使得施工既快捷又经济。该施工技术水平处于国内领先。该项施工技术成功应用于白鹤滩水电站右岸尾调锚固观测洞交通洞施工，确保洞室开挖施工进度，同时工艺简单，便于施工，节约了成本。并取得了良好的经济效益和社会效益。进行针对性设计后，可推广应用于类似洞室开挖施工。为类似工程的快速施工提供技术支持和参考范例。