淺談高地溫條件下隧道開挖施工技術(shù)
摘要：在隧道施工過程中，遇到高地溫洞段,特別是超過50°時，其對隧道開挖的影響非常大，必須采取特殊的施工方法和專門的爆破材料。在邊遠地區(qū)施工時購買特殊材料是比較困難的，為了保證現(xiàn)場能夠繼續(xù)施工，可以采取調(diào)整施工方法和采用一些簡單的施工措施來保證隧道爆破施工的安全，現(xiàn)簡單介紹給大家。
1、工程概況及地質(zhì)情況
娘擁水電站位于四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，為碩曲河干流梯級開發(fā)自上而下的第二個梯級電站，裝機容量93MW。電站采用引水式開發(fā)，由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三部分組成。引水隧洞全長15406.313m，為有壓引水隧洞。
工程區(qū)位于川西面狀強隆區(qū)的理塘－木里斷隆內(nèi)，該斷隆地處中國西部強烈隆升區(qū)，為一級新構(gòu)造運動單元內(nèi)的一個次級斷隆，區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向、北西向和近南北向的斷裂。斷隆內(nèi)新構(gòu)造運動比較活躍，第四紀以來差異活動顯著。地質(zhì)構(gòu)造主要成生于印支—燕山期，晚三疊世以來，受近東西向和擠壓應力場作用，近場區(qū)內(nèi)形成一系列走向NNW和近SN向的壓性斷裂。
2、地溫出現(xiàn)情況
2.1、地質(zhì)情況
1#施工支洞位于熱玉村上游約400m，碩曲河右岸，工區(qū)地層巖性為三疊系拉納山組下段（T311）灰色厚～中厚層砂巖夾板巖。進入引水隧洞后實際揭露地層巖性主要以花崗巖為主。靠近地熱高溫段30m范圍巖性為砂巖夾板巖
2.2、引水隧洞溫度變化過程
2008年9月20日進入主洞施工，支洞與主洞交點樁號為K0+873.97。當下游施工進入至K0+905時，右側(cè)邊墻出現(xiàn)一小股涌水，用大氣溫度計測量水溫達到60℃。至11月27日炮孔內(nèi)溫度最高達74℃，環(huán)境溫度為58℃，孔口流水溫度達80℃
3、地溫洞段的施工影響
在1#支洞及主洞施工期間我們在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)高地溫對以下幾方面產(chǎn)生影響：
1、火工品的使用：使用普通的硝銨炸藥，產(chǎn)生膨脹甚至包裝紙破裂；導爆管發(fā)生軟化失去彈性，擠壓后無法恢復原狀，因高地溫影響可能發(fā)生火工品自爆。
2、影響作業(yè)人員身體健康：作業(yè)人員經(jīng)常出現(xiàn)呼吸苦難、胸悶、短暫暈厥現(xiàn)象。
3、影響測量儀器的穩(wěn)定性：在現(xiàn)場測量中我們發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下測量儀器測距失效。
4、高地溫條件下開挖施工方法
工程地處偏遠山區(qū)，氮化鋁做起爆劑的抗熱雷管和高溫使用的混有碳酸鈣的硝甘炸藥由于很少使用，在短時間內(nèi)根本無法購買到，為了保證隧洞能夠繼續(xù)施工，決定采用一些輔助方法，在保證施工安全的前提下隧洞能夠繼續(xù)施工。
4.1通風降溫系統(tǒng)
4.1.1、采用2×37/115kw的通風機代替原來的2×55kw通風機；
4.1.2、在支洞內(nèi)及主洞向下游方向采用直徑Φ1500mm的通風筒代替原來直徑為Φ1200mm的通風筒；
4.1.3、在支洞與主洞岔口處及主洞向下游方向每間隔150m增設1臺射流風機（36kw），里程分別為k1+024和k1+174，射流風機規(guī)格型號為SFS-NO.63-18。
4.2噴霧降溫系統(tǒng)
為形成交叉立體式降溫效果，在進入主洞后，下游每隔10m安裝一道噴霧器，通過向洞內(nèi)噴射霧狀冷水可以有效地降低洞內(nèi)溫度。
具體做法為：在主洞與支洞三岔口處，從高壓進水管主管道（φ150）上分離出一條φ100mm鋼管，下穿隧道底板連接到隧道右側(cè)邊墻。在邊墻上距離隧道底板約1米高處布置輸水管道，在管道上安裝加壓泵和閘閥，自k0+930處開始每隔10m設置一道噴霧器，每個噴霧器上安裝一個球閥控制，需要噴霧時打開φ100高壓管道上的總控制閘閥，然后再打開分控制球閥，以便控制噴霧的范圍。
4.3、炮孔冷卻系統(tǒng)
根據(jù)有關(guān)規(guī)定：“孔內(nèi)溫度超過35℃時禁止裝炮”。依靠風筒內(nèi)風流很難降低孔內(nèi)溫度，必須向每個炮孔內(nèi)注入冷水，來降低炮孔內(nèi)溫度，并通過集中快速裝藥，在溫度回升到臨界溫度前完成爆破作業(yè)，以達到火工品的使用安全。但是隨著地熱的不斷升高，孔內(nèi)冷卻時間越來越長，孔內(nèi)溫度回升越來越快，安全系數(shù)越來越低，在特別高地溫或遇熱泉涌出地帶，采用孔內(nèi)注入冷水降溫也將很難達到效果，必須采用其它方式保證作業(yè)安全。下面將炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)分述如下：
炮孔冷卻循環(huán)系統(tǒng)由抽水輸送系統(tǒng)，分散制冷系統(tǒng)，抽水輸出系統(tǒng)三部分組成。
4.3.1抽水輸送系統(tǒng)：在支洞口靠近碩曲河右岸處建造一個泵房，抽取河內(nèi)的冷水。泵房內(nèi)安裝兩臺20kw的離心水泵。從泵房到主洞下游掌子面鋪設φ150mm（δ=4.5mm）的鋼管，鋼管長度依據(jù)地熱段長度不斷向前延伸，距離掌子面不超過30m，在輸水管端部焊接出4個分水閘閥，通過橡膠軟管分別連接到鉆孔臺車上，分水閘閥采用φ50鋼管，橡膠軟管采用直徑φ60的噴漿膠管。
4.3.2分散制冷系統(tǒng)：在鉆孔臺車上安裝4個分水器，分水器長度為0.8m，采用φ150mm鋼管加工而成兩端用鋼板密封。在每個分水器上焊接22個分水閘閥，閘閥采用φ20mm球閥。然后通過φ30mm的橡膠軟管連接φ20mm的鍍鋅鋼管通入每個炮孔內(nèi)，每根橡膠軟管長度為10m，每根鍍鋅鋼管長度為3m。
在通水冷卻過程中，隨時對孔內(nèi)溫度進行檢測，當溫度降到25℃以下時進行裝藥，在孔內(nèi)溫度回升至35℃以下時完成爆破作業(yè)。
4.3.3抽水輸出系統(tǒng)：在距離掌子面25m~40m處開挖一集水坑，通過15kw的污水水泵（備用一臺）將集水坑中的循環(huán)水通過排水管道排出洞外。排水管采用φ150mm鋼管，連接到主洞與支洞三岔口位置，通過支洞內(nèi)水溝自然流出。
4.4、超前預報系統(tǒng)
采用超前預測預報系統(tǒng)，可以有效探明前方地質(zhì)及熱泉情況，防止在掌子面鉆爆過程中，突然有熱水熱氣噴濺燙傷作業(yè)人員，并可以直接有效的掌握掌子面前方地熱的規(guī)模及程度，以確定合適的施工方案。
預測預報系統(tǒng)可以分為鉆孔式和探測式，鉆孔式預報系統(tǒng)采用地質(zhì)鉆機鉆芯取樣，每10m鉆一排，每排孔深20m，并取芯巖石進行分析，在掌子面不同部位布置5~10個鉆孔，
4.2.3、炮孔降溫
當炮孔施工完畢后，采用高壓水管將洞外碩曲河水引至掌子面，通過專門制作的灌水管將水引至各個炮孔對其循環(huán)降溫，每經(jīng)過10~20分鐘，對各個炮孔進行溫度測量，當所有炮孔溫度降至30多度時，快速采用普通火工品對各個炮孔進行裝藥，然后起爆。
