响水水电站扩机工程排水洞开挖分析

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[摘要]

响水水电站扩机工程排水洞岩性为玄武岩，开挖爆破单位耗药量大，而且排水洞开挖断面面积小，洞室夹制作用增强，更增加了洞室爆破的不确定性。同时，洞中洞施工通风排烟及出碴严重制约着进度，施工曾一度暂停。经仔细分析研究，多次试验，最终基本掌握了排水洞爆破参数，解决了通风排烟及出碴等施工循环作业问题，排水洞开挖得以顺利开展。在水电工程中，排水洞等小型洞开挖往往不受重视，而又往往制约着工程进度。因此，本文的经验可供类似工程参考。

[关键词] 响水扩机排水洞开挖施工分析

中图分类号：S276 文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

响水水电站位于贵州六盘水市的北盘江上游支流上，一期工程于2003年投产发电，原装机容量100MW，2008年建设扩机工程，新设一条引水洞和一座厂房，扩机工程装机容量130MW。排水洞共有4条，总开挖量约为4245m3。1#排水洞425.143m，围岩主要为Ⅱ、III类，局部IV、Ⅴ围岩；2#排水洞长160.792m，全部为Ⅱ类围岩；3#排水洞101.965m，全部为Ⅱ类围岩；4#排水洞186.822m，全部为Ⅱ类围岩。排水洞的断面为城门形，开挖断面Ⅱ、III类围岩为2.0m（宽）×2.5m（高），面积为4.57m2，IV、Ⅴ类围岩为2.2m（宽）×2.6m（高），面积为5.20m2。

2、施工布置

排水洞主要作用为排除压力管道外水。1#排水洞与压力管道下平段平行，从下平洞开一叉洞进入排水洞中部，然后向上下游工作面同时开挖。2#排水洞与压力管道中平段平行，从5#施工支洞进入。3#排水洞为布置在厂房后边坡内，主要排除厂房后边坡山体内水，从4#施工支洞进入。

排水洞的钻爆施工利用现有的水电系统。排水洞施工供风系统：2#排水洞，利用5#施工支洞口现有20m3/min固定式空压机；1#、3#排水洞利用4#施工支洞口现有20m3/min固定式空压机；4#排水洞利用3#施工支洞口现有20m3/min固定式空压机。后期由于供风风量不足，在排水洞洞口增加两台3.5m3/min的电动空压机，用Φ75钢管引至撑子面附近。

3 钻爆参数设计

3.1 掏槽方式

排水洞的断面面积为4.57m2，岩性为中厚层玄武岩，且为Ⅱ类围岩，岩层较完。普氏硬度f=10。按常规方法，一般需采用平行直孔掏槽。在排水洞洞挖开始阶段采用单空孔菱形掏槽，进尺效果不佳；改用双空孔菱形掏槽，进尺还无明显改善；最后采用四空孔十字形掏槽，进尺效果有明显改善。在施工过程中，经过多次爆破实践，并对四空孔十字形掏槽方式进行改进，内掏槽增加两个掏槽空孔，即形成六空孔环形掏槽，外圈增加两上掏槽装药孔。四空孔十字形掏槽布孔参数及改进后的六空孔环形掏槽布孔参数详见下图。

四空孔十字形掏槽六空孔环形掏槽（改进后）

六空孔环形掏槽孔作业重点为空孔的钻设，要求保证空孔不能与中间的掏槽主孔相交。掏槽空孔与装药孔钻孔直径均为45mm，钻孔深度均为2.7m。采用YT24手风钻施工。钻掏槽孔时由有经验的风钻工负责操作。

3.2 爆破单耗

排水洞爆破采用贵州久联民爆公司生产的“2号岩石乳化炸药”，选用Φ32的药卷，其主要技术性能如下：

表12号岩石乳化炸药性能参数

排水洞断面面积为4.57m2，小于20m2。爆破单耗按刘清荣公式计算。计算过程如下：

参数选择：排水洞开挖设计图f=10；Sx=4.57/5=0.914；dx=32/32=1；ex取260，h取12，可计算得e=1.276；孔深在1.5～2.5m范围内，Lx=1.0。

经计算得爆破单耗q=2.29kg/m3。

在实际施工过程中，经多次爆破实践调整，爆破单耗基本稳定在3.22～3.68kg/m3间，可取得较好进尺。比经验公式计算的结果高出40%～60%。作者认为，一方面由于经验公式的局限性，另一方面由于小型断面爆破的不稳定性等原因造成的。

3.3 爆破网络

排水洞钻孔总个数为38个，其中掏槽空孔6个，装药孔32个。

爆破联网由塑料导爆管串、并联形成爆破网络，毫秒延发非电雷管实现微差爆破，电雷管起爆。起爆顺序为：掏槽孔崩落孔周边孔底孔。

经多次调整后，排水洞稳定的钻爆参数如下：

表2排水洞钻爆参数表

排水洞钻孔布置图

4 施工作业循环

排水洞每排炮施工作业内容主要有：测量放样、施工准备、钻孔、装药联网爆破、通风排烟、安全处理、出渣、临时支护、转入下一循环作业等。

由于洞室围岩类别、出渣方式的不同，各工作面的作业循环时间不一样。

钻孔采用YT28气腿式手风钻造孔，出渣采用人工与机械出渣两种方式。人工出渣方式为采用人工装车至小型拖拉机再运出洞口；出渣时间较长，每排炮出渣长达8h，人工劳动强度非常大。机械出渣方式为采用扒渣机将爆破后的石渣直接扒入小型拖拉机车斗内出渣时间较短，每排炮出渣时间一般在5h以内，相对人工劳动强度小。

排水洞不同出渣方式的作业循环时间如下表：

表3Ⅱ、III类围岩挖循环作业时间表（人工出渣）

表4Ⅱ、IV类围岩挖循环作业时间表（机械出渣）

5 经验成果

经过对响水扩机工程排水洞的施工分析研究，基本上撑握了排水洞开挖施工中存在的重点难点及解决的对策。

1、钻孔爆破是关键：钻孔质量的好坏，特别是掏槽孔钻孔质量，直接关系到洞室爆破进尺的及施工进度。因此，钻孔一定安排有经验的施工风钻工，而且技术人员要全程跟踪指导监督作业。

2、通风排烟是难点：排水洞等小型洞室均为洞中洞，通风排烟难度太。在施工时不但主洞要及时通风，而且小洞也要及时进行通风排烟。因此，该类洞室开挖需配置足够的通风排烟设备。

3、出渣是关键：小型洞室爆破后出渣无法采用大型机械设备作业，需采用人工结合小型扒渣机与手扶拖拉机出渣的方式取得较差好的效果。

6、结语

经过响水扩机工程排水洞开挖研究分析，最终把准了该类围岩排水洞的爆破参数，并解决了通风排烟及出碴等施工循环作业问题，具有一定的实践指导意义。