引水隧洞施工方法.doc

四、引水隧洞、临建设施（设计）及施工方法
4.1.工程概况及水文地质
4.1.1.工程概况
栗子坪水电站位于四川省石棉县境内的南桠河上，为南桠河六个梯级开发中的第五级。工程为引水式水电站，在栗子坪建调节池接蓄冶勒尾水及建底格拦栅坝引用南桠河冶勒至栗子坪区间流量，经左岸引水隧洞、埋藏式调压室和压力管道，在南桠河左岸Ⅰ级阶地上建厂发电。
栗子坪水电站主要由首部枢纽、引水系统、地面厂房系统等建筑物组成。
引水隧洞布置在南桠河左岸，全长6283.562m。隧洞穿越古槽谷、1#沟（南桠村沟）、2#沟、紫马沟，以及安宁河东支断裂带。
引水隧洞总体围岩类别以Ⅲ类为主，Ⅳ、Ⅴ类次之。引水隧洞Ⅲ类围岩衬砌为马蹄形，断面为4.1×5.6m，衬厚20cm；Ⅳ、Ⅴ类衬砌为圆形，直径4.5m，衬厚分别为：Ⅳ类围岩40cm、Ⅴ类围岩60cm。安宁河东支断裂带采用钢管衬砌，长500m，内径4.0m，混凝土衬厚60cm。为跨越紫马沟，隧洞在2+098.712处下卧，斜井长度为137.5m，倾角50°。
引水隧洞共设4条施工支洞，长度分别为372m、397m、529m、185m，其断面为直墙圆拱型。1#、3#、4#支洞净断面尺寸为4.5m×4.0m（宽×高），2#支洞净断面尺寸为5.0m×5.0（宽×高）。
本标为栗子坪水电站CⅡ标引水隧洞工程，桩号：（引）K0+550～（引）K5+950，长5400m，即1#～3#支洞控制段引水隧洞工程。
4.1.2水文气象和工程地质
4.1.2.1水文气象
本流域属川西高原气候区，仅在4000m以上为高原亚寒带。流域内地势高差悬殊，气候差异大，降水和湿度从上游至下游逐渐减少，气温和蒸发量则呈逐渐增大的地区分布特点。
本流域径流主要来源于降雨，其次是融雪和地下水补给。每年3月下旬随着气温逐渐回升，径流逐渐增加。6～9月雨量最丰，是本流域的主汛期，12月～竖年3月为枯水期，径流基本由地下水补给。
本流域径流丰沛，根据44年径流资料统计，闸址多年平均流量17.2m3/s，径流量5.42亿m3，所年平均径流深1401.6mm。
径流年际变化较小，最丰水年平均流量和最枯水年平均流量与多年平均流量的比值仅1.39和0.73。
径流年内分配不均，丰水期（6～10月）占年径流72.9%，枯水期（11月～竖年5月）占年径流27.1%，最枯的2月份占年径流1.92%。
栗子坪多年平均气温11.2℃,极端最高气温33℃,极端最低气温-8.6℃。多年平均降雨量和降雨天数分别为1290.6mm和164天，多年平均相对湿度79%。
4.1.2.2工程地质
南桠河系大渡河中游右岸的一级支流，位于川滇南北向构造带北段、菩萨岗东西向隆起北侧。在大地构造部位上属扬子准地台西部之二级构造单元康滇地轴北段范畴。西部以小金河断裂为界与甘孜断褶带相邻，东部以石棉断裂、越西断裂为界与凉山拗褶带毗连，安宁河断裂带北段在境内呈近南北向延展，将本区分割为西部冶勒断块和东部小相岭断块。栗子坪水电站即跨越安宁河东支主干断裂及其所切割的冶勒断块和小相岭断块上。区内出露地层岩性主要为晋宁期石英闪长岩和澄江期花岗岩，三迭系上统至侏罗系下统砂页岩和第四系下更新统昔格达组砂泥质层（粉质壤土层）仅沿凹陷或断陷带零星分布。区内构造以南北向为主，并兼有北西向、北北西向、北北东向和东西向构造。地震基本烈度为Ⅷ度。
4.1.3交通条件
栗子坪水电站是南桠河流域第五级电站，位于石棉县栗子坪乡境内。电站厂房在栗子坪下游约2km处108国道侧， 闸址位于南桠村，与冶勒水电站厂房尾水相衔接，厂、闸间距约8km。冶勒电站对外公路经过本工程大部分工区，在栗子坪桥左岸与108线国道相接。由108国道向北可至汉源、成昆铁路乌斯河车站、雅安、成都，南行可至泸沽、成昆铁路泸沽车站、西昌。电站对外交通较为方便。
108线国道成都至西昌段为高速公路及二、三级公路，至2003年石棉至西昌改建完成后，本段将达到二级及以上公路标准，路基宽度8.5m，路面宽7.0m，水泥砼或黑色路面。108国道改扩中大部分现有桥梁未作改建，桥梁设计荷载汽-15级，挂车—80。冶勒水电站对外交通专用公路为山岭重丘三级公路，路基宽度7.5m，路面宽6.0m，最大纵坡8%，桥涵设计荷载汽-20，挂-150校核。
本工程压力管道通过108线国道，为保证施工期108国道的交通运输，该段公路施工期需进行临时改线，临时改线公路长约640m。待压力管道安装完建，再恢复原有公路交通。
4.1.4 合同项目和工作范围
4.1.4.1本合同应完成的主体工程项目和工作内容包括：
本合同承包人应完成引水隧洞主洞(引)0+550.00~(引)5+950.00m和引水隧洞1#、2#施工支洞与主洞交点前20m支洞的施工，其主要工作内容包括石方洞（井）挖、临时支护、钢管安装、钢筋制安及混凝土衬砌和喷锚衬砌、灌浆、封堵门的制作及安装、支洞封堵和原型观测等项目的施工。
（1）引水隧洞（引）0+550.00～（引）5+950.00段主洞以及部分支洞工程项目
引水隧洞1#、2#支洞与主洞交点前20m支洞以及主洞的土石方明挖，石方洞挖，支护，砼浇筑，钢筋制安，回填灌浆，固结灌浆，1#、3#施工支洞检修门的制作与安装施工。
（2）原型观测
观测设备的验收、保管和场内运输；仪器的率定、安装、维护及施工期的观测和数据分析。
（3）2#施工支洞封堵和灌浆
4.1.4.2应完成的施工临时工程项目和工作内容
（1）引水隧洞3#施工支洞的设计、土石明挖、石方洞挖、临时支护、钢筋制安及混凝土浇筑、喷锚衬砌和支洞封堵等项目的施工。
（2）现场临时施工设施
为满足现场施工所需的临时供电、供水、供风、通讯、混凝土拌制、钢筋加工、模板加工、仓库、办公及福利设施等临时设施的设计、施工、维护和管理。其中，施工用电由发包人提供电源接线点位置，从该电源接线点至施工现场的供电线路、降压变压器及其配电装置均由承包人自行设计、架设、安装与维护。
（3）为满足施工需要的其它临时设施。
（4）施工场地平整，渣场保护的设计、维护、管理，施工期污水处理、完工后场地清理和环境恢复等。
（5）1#、2#、3#施工支洞道路及场内道路的维护和管理。
（6）施工场地征用、搬迁和移民安置由发包人负责，但原有建筑物的拆除由承包人负责。
4.2.编制说明
4.2.1编制依据
1.招标单位提供的招标文件、图纸及补充通知；
2.踏勘现场所获得的有关资料；
3.与本标工程相关的、现行采用的技术标准和规程规范及施工手册；
4.国内、外已建类似工程的有关资料和经验；
5.我方已承建类似工程的施工经验；
6.业主对总工期的要求。
4.2.2编制原则
1.突出环保水保的原则
本标段工程施工中，我们将严格执行ISO14000《环境保护体系》，采取积极、严密的环保、水保措施，将由于施工对生态环境带来的影响减低到最小程度。严格遵守国家有关动物保护、环境保护、文物保护、水土保持的法律法规以及地方政府对栗子坪水电站工程环境保护及水土保持的要求，加强环境保护和水土保持，同时切实做好施工中和完工后的绿化工作。
2.安全第一的原则
本引水隧洞工程围岩主要由石英闪长岩和花岗岩组成，安宁河断裂带内有炭质页岩、粉砂岩和泥岩出露，总体上以Ⅲ类围岩为主，Ⅳ、Ⅴ类围岩次之。安宁河东支断裂带及两侧影响带的工程地质及水文地质条件较复杂，岩体破碎，地下水活动强烈，围岩自稳能力及整体稳定性极差，易发生围岩变形失稳，成洞难度大；同时在石英闪长、花岗岩岩体中存在氡气、γ辐射等有害气体及放射源。
因此施工中仍存在较大的安全隐患。
针对上述情况，在施工组织设计编制中始终按照技术可靠、措施得力、确保安全的原则确定施工方案，严格执行ISO18000《职业安全管理体系》。特别是爆破作业安全、埋深较大地段防岩爆、氡气超标等情况，首先进行技术方案分析论证，在安全措施落实到位，确保万无一失的前提下组织施工。
3.优质高效的原则
为确保本项工程优质高效地完成，施工中将加强领导，强化管理。根据我公司在施工组织设计中明确的质量目标和工期目标，贯彻执行ISO9001质量体系标准，积极推广、使用“四新”技术。合理安排施工进度，实行网络控制，搞好工序衔接，实施进度监控。确保质量目标和工期目标的实现。
4.方案优化的原则
在施工组织过程中，对关键工序进行多种施工方案的综合比选，在技术可行的前提下，择优选用最佳方案。
5.科学配置的原则
根据本标段的工程量大小及各项管理目标的要求，实行科学配置。选派有施工经验的管理人员，上场专业化施工队伍，投入先进、精良的施工设备；确保流动资金的周转使用，做好建设资金的管理，做到专款专用，选用优质材料，确保人、财、物、设备的科学合理配置。
6.合理布局的原则
根据本标段工程的任务量和管理目标的要求以及地形地貌的特征，在临时工程的施工布置上，特别是对水、道路及各种场地的设置，充分利用业主征用土地，尽量减小临建规模，本着避免干扰、方便使用、优化设置的原则，合理布局，满足工程需要。
7.文明施工的原则
加强现场文明施工管理、统一规划各种生产、生活设施。材料、物资、机械设备的堆码、停放有序，各种标识、标牌、安全警示牌正规，做到路平、灯明、管线平直、场地清洁。
4.2.3依据的技术标准和规范
1.《建筑工程质量检验评定标准》GBJ301-88；
2.《土方与爆破工程施工及验收规范》GBJ201-83；
3.《地基与基础工程施工及验收规范》GBJ202-83；
4.《水利水电工程施工地质规程》DJ/T5102-1999；
5.《爆破安全规程》GB6722-86；
6.《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》SL47-94;
7．《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》DJ/T5099-1999；
8.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；
9.《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94；
10．《水工混凝土试验规程》SD105-82；
11.《水工混凝土外加剂技术规程》DL/T5100-1999；
12.《混凝土拌和用水标准》JGJ63-89；
13.《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL25-92；
14.《水工混凝土施工规范》SDJ207-82；
15.《热扎钢筋》GB1499-84；
16.《水利水电建设工程验收规程》SL233-1999；
17.《安全监测技术规范》SDJ336-89；
18.《钢筋焊接及验收规范》JGJ18-96；
19.《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-92；
20.《混凝土质量控制标准》GB50164-92；
21.《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-92；
4.3.隧洞开挖施工方法
4.3.1工程特性
本工程承担引水隧洞总长5400m，隧洞桩号0+550.00m～5+950.00m（其中2+098.712～2+236.237为倾角50º的斜井），隧洞坡度以斜井为界限，斜井进口上游i=0.003、斜井出口至下游i=0.00381；围岩类别以Ⅲ类为主，Ⅳ、Ⅴ类次之；
Ⅲ类围岩断面为4.1×5.6m（宽×高）、衬厚20cm的马蹄形；Ⅳ、Ⅴ类衬砌为圆形，直径4.5m，衬厚分别为：Ⅳ类围岩40cm、Ⅴ类围岩60cm。安宁河东支断裂带采用钢管衬砌，长500m，内径4.0m，砼衬砌厚60cm。
为完成本标段的工程内容，分别设计1#、2#及3#施工支洞，并于栗冶公路连接。1#及2#施工支洞已由我单位承担施工，3#支洞设计长度为529m，断面尺寸为4.5m×4.0m（宽×高）的直墙圆拱型。
各施工支洞承担的主洞工程量见下表
表4-1 各施工支洞承担主洞工程量表
项目
单位
1#
2#
3#
支洞长度
m
376
399
529
主、支洞交点桩号
m
1+657.673
3+113.696
5+294.253
支洞坡度
%
0.67
0.27
0.5
控制段长度
上游
1107.675
877.459
700
下游
578.562
1480.557
655.747

4.3.2 施工方法及资源配置
根据本隧洞的施工条件和工程特点，拟采用钻爆法无轨运输施工方案，实施掘进（钻眼、装、运），支护（拌、运、锚、喷射砼）、砼衬砌（拌、运、灌、捣）一条龙机械化施工作业。在施工中贯彻“光面爆破是基础，锚喷支护保安全，围岩量测明情况，施工通风出效率”的工作思路。按“新奥法”施工技术组织施工，采用光面爆破。施工中边挖边护，加强施工监控量测和超前地质预报，并根据量测反馈的围岩变形信息，及时按工程师指示调整支护参数。
开挖采用YT-28气腿式风钻钻孔,人工装药、采用2#岩石硝铵炸药，毫秒雷管、塑料导爆管非电起爆，光面爆破法施工；地质条件较差部位施工遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”的施工原则。 出碴采用装载机配自卸运输车，直接运输至指定弃碴场。计划每个施工区各投入自卸运输车6台、装载机2台、挖掘机1台。
根据本隧洞开挖断面的特点，钻孔采用自制钻孔台架人工钻孔。每个作业区开挖作业共分两个作业组（即上、下游）、每个作业组按三班制施工。每个工区开挖计划投入人力共126人，其中含后勤及队级管理人员。每个掌子面配YT-28气腿式风钻20台。
4.3.3 施工工艺流程
1）Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖施工
引水隧洞工程围岩以Ⅲ类为主，岩石完整性较好。施工时采取全断面一次爆破开挖成型，爆破后视围岩具体情况，采取随机锚喷支护。
Ⅳ类围岩偏好地段，拟采用全断面一次爆破开挖成型，爆破后视具体情况进行相应的支护。
此两种情况下开挖作业流程如图4-1《隧洞Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖作业流程》所示。

测 量 放 线
钻 孔
装 药 爆 破
通 风 散烟
安全处理
装 碴 运 输
下 一 循 环

安全支护

图4-1 隧洞Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖作业流程
相应的施工作业循环时间：
项目名称
（Ⅲ/Ⅳ）持续时间
（Ⅲ/Ⅳ）累计时间
测量放样
60/60min
60/60min
钻孔
300/240min
360/300min
装药爆破
60/60min
420/360min
通风散烟
60/60min
480/420min
安全处理及支护
120/180min
600/600min
出碴
120/120min
720/720min
Ⅲ、Ⅳ类围岩采用2.5m长钻杆造孔，平均钻孔深度分别为2.3m、2m每排炮进尺分别为2m、1.7m；从上表看出每天完成2个循环，则每天进尺分别为4m、3.4m，综合不可预见因素对施工的影响，拟计划安排每月进尺100m。
2） Ⅳ类破碎地段、Ⅴ类围岩开挖施工
本标段Ⅳ～Ⅴ类围岩出现在过紫马沟地段和表浅部围岩，开挖时一般地段采用全断面法开挖，但在施工时严格遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、及时封闭”的施工原则，开挖后及时进行系统锚喷支护。在遇到结构及稳定性差、成洞条件困难的特殊地段时，开挖采用上下断面台阶法施工；首先进行上半断面开挖，开挖后立即进行支护，支护完成后，再进行下半断面开挖。必要时采用本部分4.6节不良地质地段的施工方法（见后述）。其作业流程如图4-2《隧洞Ⅳ类破碎地段、Ⅴ类围岩开挖作业流程（全断面）》所示。
测 量 放 线
钻 孔
装 药 爆 破
通 风 降 尘
清 除 危 石
装 碴 运 输
下 一 循 环

系统锚喷支护

图4-2 隧洞Ⅳ类破碎地段、Ⅴ类围岩开挖作业流程
Ⅳ、Ⅴ类围岩一般地段开挖作业循环时间见下表：
项目名称
持续时间
累计时间
测量放样
60min
60min
钻孔
300min
360min
装药爆破
60min
420min
通风散烟
60min
480min
安全处理及支护
180min
660min
出碴
120min
780min
Ⅳ、Ⅴ类围岩采用平均钻孔1.5m，每排炮平均进尺1.2m；每天约完成2个循环，则每天进尺2.4m，综合涌水等不可预见因素对施工的影响，拟计划安排每月进尺60～70m。
3）光面爆破施工工艺流程
在隧道洞挖施工中，均采用光面爆破施工技术。它是一种主要控制周边孔的间距和装药量来有效控制超欠挖的施工技术。施工中，周边孔间距按40cm设置、采用竹片间隔装药。
光面爆破施工工艺流程见图4-3《光面爆破施工工艺流程框图》。

光面爆破设计
测量放线
钻 孔
清理钻孔
钻孔质量检查
装药计算
爆破材料准备
装药与堵塞
准备填筑材料
网络检查
连接起爆网络
设置警戒
爆破效果检查
起 爆
通 风
光爆效果与质量

图4-3 光面爆破施工工艺流程框图
4.3.4 施工工艺要点
4.3.4.1施工测量
在隧洞开挖时，除每隔20～50m设置中心桩及水准基点外，每排炮钻孔前，按设计断面尺寸进行施工放样，采用红铅油划出开挖轮廓线并按钻爆设计图布设炮孔，同时在两侧边墙及拱顶标注腰线（水平线）和中心线作为指导开挖的依据。
4.3.4.2施工控制测量
（1）洞内控制测量采用以下两种导线：
① 施工导线：在开挖面向前推进时，用以放样指导开挖的导线（中心线），每个20～50m设一砼固定桩。
② 复合导线：当隧道掘进100～300m时，为了检查隧洞的方向是否与设计相符，设置边长50～300m精度较高的复合导线，与施工导线进行闭合测量。
（2）测量作业实施计划
① 选派具有丰富测量经验的测量工程师负责隧洞测量。
② 洞内联测选在无风、无烟尘、无干扰视线良好的情况下进行。
③ 洞外三角网或导线测量采用闭合环精密平差法测量并计算测量成果，高程按二级标准测量、测量时选择无风及气压稳定的天气进行。
④ 测量成果坚持换手复测制，洞内控制测量采用闭合环方式。
（3）贯通测量
隧洞贯通后，组织同一标段及其它不同标段测量人员一起到现场进行贯通测量，进行平差后，按监理工程师指示，共同协商误差调整方案。
4.3.4.3钻爆工艺
采用全断面光面爆破法开挖，施工的关键工艺是光面爆破。光面爆破按照我公司“隧洞全断面开挖光面爆破工法”作业，此工法能够有效地控制周边开挖轮廓，减少对围岩的扰动，保持围岩稳定，有效控制超欠挖，提高工程质量和进度，确保施工安全。
（1）钻爆设计
Ⅲ类围岩拟采用全断面预留光爆层光面爆破法开挖，Ⅳ～Ⅴ类围岩一般采用“短进尺、弱爆破，全断面开挖”的方法，特殊地质地段采用上下断面短台阶法开挖，上、下断面间隔3～4m，示意图见图4-4《短台阶法开挖侧面示意图》。软弱围岩段开挖坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测，稳妥前进，不留隐患，确保安全”的施工原则。
① 钻爆设计的原则
a. 炮孔布置适合钻孔台架钻孔。
b. 减少炸药用量，提高炸药的爆破效果。
c. 采用光面爆破，尽量减小对围岩的扰动，控制好开挖轮廓。
d. 在保证安全的情况下，提高隧洞掘进速度，缩短施工工期。
② 爆破器材的选定
炸药：根据岩石强度不同选用不同爆速的炸药，有水地段用乳化炸药，其余均用2号岩石硝铵炸药。
雷管：采用毫秒雷管、塑料导爆管非电起爆。
③ 炮眼布置及装药结构
根据开挖断面大小，为施工方便，均采用楔形掏槽，Ⅲ类围岩及Ⅳ类围岩偏好地段拟钻孔深2～2.3m，Ⅳ类地质破碎地段及Ⅴ类围岩拟钻孔深1.7m；周边光爆、孔距40cm。
周边眼的装药结构采用两种形式：掏槽孔、掘进孔采用偶合装药，周边孔采用不偶合装药结构，使用φ25×200小直径炸药间隔绑扎装药结构，炮眼直径为40mm，不偶合系数一般在1.4～2.0范围内，在比较破碎的围岩地段，采用双传爆线。另一种装药结构为间隔装药结构，装药后将炮泥堵塞在与炸药相接的部位。
根据本标段的地质及断面类型的划分情况，拟采用的钻爆设计请见图4-5～7《A1～A3型断面开挖钻爆设计图》，图4-8《B2型断面开挖钻爆设计图》所示。
（2）爆破作业
① 钻孔
钻孔严格按照测量点出的炮眼位置及数量进行施工，特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及个数，未经主管工程师的许可不得随意改动。准确定位凿岩机钻杆，确保钻孔位置及孔向，其中孔位偏差不大于5cm，孔向偏差不大于3º。同类炮眼钻进深度要达到设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。同时认真进行清孔，将所有炮孔中的残碴积水排除干净，用高压风吹净尘沫。钻孔完成后由质检人员对孔数、孔位、孔向及孔的清洗情况进行检查，不满足要求的重新钻孔。确保两排炮错台控制在10cm以内，超挖控制在15cm以内，无欠挖。为控制底板超挖，对于Ⅳ～Ⅴ类围岩拟采取预留30cm左右的保护层，在底板砼施工时处理。
② 装药爆破
a. 成立光面爆破小组，实行定人、定位、定标准、定段别的岗位责任制，不准乱装药。
b. 装药时严格按照设计的装药结构和装药量施作。
c. 掏槽眼和辅助眼采用连续装药，周边眼采用间隔装药或不偶合装药，底部装加强药卷。
d. 炮眼均采用炮泥堵塞密实，堵塞长度不小于最小抵抗线。
e. 严格按设计的联接网络实施起爆，注意导爆索的连接方向和联接点的牢固性。
4.3.4.4通风降尘
通风降尘采用我公司引进同类施工单位已经有成熟经验的风水混合型水幕降尘器并经我公司通过使用进行了改进的设备。在掌子面附近设置风水混合型水幕降尘器。此设备的工作原理是利用风水混合型水幕降尘器使水充分雾化，迫使粉尘迅速降尘。从而可以加快粉尘的沉降速度。水幕降尘器设置在边拱上，放炮前10min打开水幕开关，放炮20min后关闭。水幕降尘器主要解决1-3μm粒径的粉尘，同时在爆破后立即打开压风机及射流风机进行通风降尘。
水幕降尘器的构造及在洞内布置详见图4-11《水幕降尘器构造及布置图》所示。
4.3.4.5出碴运输
洞碴采用装载机装碴、自卸汽车运输的方式出碴。在隧洞内每隔100～150m左右设置一错车道。
运输作业保障措施:
a. 成立专门道路维修工班，经常对隧洞内外道路进行修整，确保施工运输道路路况良好。
b. 搞好车辆调度工作，加快车辆周转率。
c. 确保洞内照明，设专人进行经常性检查，发现有损坏情况及时进行更换或处理。
4.4.斜井施工方法
4.4.1施工方法
本工程设斜井一处，桩号：K2+098.712～K2+226.237,斜井长137.5m，斜井倾斜角度为50°。根据工程条件及特点，为加快斜井的施工进度，拟采用导井法施工。先用LM－200型反井钻机施工导井，再用钻爆法二次扩挖达到设计的开挖轮廓。
LM-200型反井钻机的工作原理为：液压马达驱动动力水龙头，后者将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转，破岩采用镰齿盘形滚刀，滚刀在钻压的作用下沿井底滚动，从而对岩石产生冲击，挤压和剪切作用，使其破碎。钻导孔时岩屑沿钻杆与孔壁间的环行空间由洗井液提升到上水平，扩孔时岩屑靠自重落到下水平。钻凿Ф1.4m钻孔时，先钻Ф216mm的导孔，直至导孔钻透下水平巷道，将导孔钻头在此卸下，接上Ф1.2m的扩孔钻头，再由下向上扩孔。
导井贯通后，扩挖采用人工钻孔装药，电雷管起爆，爆碴由导井滑至斜井下端平洞处，然后采用装载机装碴，自卸汽车运输至指定的弃碴场。
采用导井法施工时，先完成下弯段及平洞的开挖，并利用其作为施工出碴通道，完成扩孔钻头的套接，然后反拉形成Ф1.4m的导井。斜井扩挖时，石碴从2#支洞上游面运到指定的碴场。
导井方案的优点为：
（1）导井用机械开挖，施工进度快。
（2）扩挖时，爆破石碴不用提升，直接滑到斜井下口。
（3）中导井贯通后，形成自然通风系统，加快了扩挖爆破作业循环。
（4）反井钻机对各类围岩条件的适用性好，施工安全。
（5）节省劳动力，有利于降低工程造价。
（6）有效地解决了地下水的排放问题。
4.4.2施工工艺流程
斜井导井开挖反井钻机施工工艺流程如图4-12。
斜井反井钻机施工工艺流程图 图4-12

施工准备
钻机基础砼
泥浆池
钻机试运转
冷却水池
测量定位
电 源
水 源
钻机安置
斜井扩挖
拆除钻机
扩 孔
更换钻头
导孔钻进

4.4.3施工工艺要点
4.4.3.1导井施工
1、施工准备
（1）钻机基础施工
① 采用砼基础，混凝土标号不小于C25号。
② 尺寸位置以钻孔中心（井心）定位。并保持钻机的地脚螺栓孔位置准确。
③ 混凝土上平面要平，凸凹变化不能超过3cm。
（2）铺设轨道
混凝土基础养护结束后，铺设钻机轨道，以便钻机安装。轨距为600mm或900mm。
（3）供电
由于反井钻机要求供电负荷不能小于200kw，电压380v。所以拟由1#支洞引入高压线路至下游，供反井钻机施工用电，
（4）供水
钻机供水由洞内高压水管供水。水的用途主要有：
① 配制泥浆。
② 冷却水。导孔期间，循环使用；扩孔期间，每小时约需5～8m3用于扩孔冷却钻头。
（5）通风
反井施工期间，下部隧道采用压入和压出式通风，最大限度的将烟尘排出。
（6）照明
在钻机和泥浆泵位置安装碘钨灯照明，以便正常工作。
（7）钻机安装调试、试运转
钻机运到现场后，进行钻机的安装和调试，主要工作有：
① 接通所有电机电源，进行短暂通电、观察电机转向。
② 接通钻机泵车到操作车钻机之间进回油管路。
③ 安装机械手和转盘吊。
④ 钻机调平、找正。
⑤ 安装下支撑和前后斜拉杆。
⑥ 浇地脚螺栓孔。
⑦ 接通冷却水系统。
⑧ 进行泥浆泵调试、形成泥浆循环系统。
2、导孔钻进
导孔钻进是反井钻井施工的关键，它关系到钻孔的质量和成败。
（1）钻具布置
钻具布置如下：
导孔钻头+异型接头+稳定钻杆⑴+普通钻杆⑴+稳定钻杆⑴+普通钻杆⑶+稳定钻杆⑴+普通钻杆⑸+稳定钻杆⑴+普通钻杆⑽+稳定钻杆⑴+普通钻杆(25)+稳定钻杆⑴+普通钻杆(50)+稳定钻杆⑴+普通钻杆
（2）钻进参数
钻进参数选择主要依据地层条件、钻进部位等多方面因素确定。一般按下表所示参数施工，在施工时根据不同情况予以调整。
导孔钻进参数选择表
钻进位置或岩石情况
钻压(kN)
转速(rpm)
预计转速(m/h)
导孔开孔
50
10-20
0.3-0.6
钻透到下水平前
50-70
20
0.5
花岗岩
10-15
20
3-5
（3）开孔钻进
开孔钻进时，必须利用开孔扶正器和开孔钻杆配合，慢速开孔，开孔深度3m；开孔后，将开孔钻杆提出，洗擦上油后保存。
（4）导孔钻进
导孔钻进时各方面必须全力配合，必须做到以下几点：
① 钻进前对泥浆泵进行全面检修，使其处于完好的状态，必须保证泥浆泵排量充足。在钻进过程中，各班要对泥浆泵进行必要的维护，白班要有1～2小时的时间对泥浆泵各主要易损部件进行检查，对磨损严重的部件进行更换，使后两班能够正常钻进。
② 加强泥浆管理，保证泥浆参数良好。
③ 对于导孔钻进返出的岩渣，及时清理，防止岩渣流入泥浆池；岩渣清理由人工和除沙泵共同完成。
④ 一根钻杆完成后，必须等孔内的岩屑全部排出后，才能停泵接卸钻杆。
⑤ 导孔钻透后，停止泥浆循环，但钻机不能停转，向始孔加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时才能停钻。
3、扩孔钻进
（1）拆导孔钻头接扩孔钻头
导孔钻透后，将扩孔钻头和导孔钻头拆卸工具运到下口。通过电话上下联系，上下配合拆下导孔钻头接上扩孔钻头。形成出渣系统，开始向上扩孔。
（2）扩孔钻进
扩孔开孔，当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速(5～9rpm)旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，给进一停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。开始扩孔时，下部设专人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石时，开始正常扩孔钻进。为保证钻机和滚刀的使用寿命，一般将系统压力限制在18Mpa之内。此时始机的提升能力为720KN，扣除系统的压力损失，提升能力680KN。钻杆每根155kg,最大深度360m时，钻杆重量37.82吨，水龙头重量2.824吨，1.4m扩孔钻头重2.825吨，钻机的总提吊重量85吨。钻头按每把刀承受5吨压力,钻头承受的钻压为30吨。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔时，要及时出渣，防止堵孔。扩孔过程，也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，上油带好保护帽。
（3）完孔
当钻头始至距基础2.5m时，降低钻压慢速钻进，并认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，则及时采取措施处理。慢慢的扩孔，直至钻头露出地面。
（4）拆机
将扩孔钻头卡固在钢轨上、拆掉钻机的前后斜拉杆和各种油管,将主机车从钻架上拆掉，将钻架主机车和一些辅助设备拆下。将扩孔钻头吊牢，将轨道拆掉，将钻头提出孔外，运到井上；然后将操作车吊上来，再将泵车、油箱冷却器拆下，分别运到地面。全部钻孔工作结束。
4.4.3.2斜井扩挖
斜井扩挖采用钻爆法施工。风动凿岩机钻孔、人工装药，电雷管进行控制爆破。扩挖作业从斜井上口开始，从上至下进行扩挖。
施工设备及材料的运输拟采用以下方式进行：在上平段设一台3T卷扬机，随扩挖的加深，沿井壁内侧设两道18Kg级钢轨，作为运输台车上下斜井的轨道。钢轨固定采用在扩挖完成的斜井壁打适量50cm长插筋，插筋采用锚固剂锚固，将钢轨与插筋焊接的方式进行固定。施工人员的上下拟在扩挖完成的斜井壁设置一钢制爬梯。
斜井扩挖风、水、电及运输设施布置示意请见图4-13。
为确保施工作业面施工人员的安全，工作面施工时，将直径为1.4m的导井设置钢筋格栅封闭，同时井口周围设钢管围栏。
1、钻爆工艺
导井直径为1.4m，扩挖时采用合理的爆破参数，严格控制爆破岩石粒径，否则因导井直径有限，容易发生堵井。为此，斜井扩挖除采用光面爆破技术外，还采取短进尺、密布孔的措施。必要时，通过爆破试验确定钻爆参数，试验时采用钢筋格栅封闭导井，以检查石碴的块径。扩挖钻爆设计请见图4-14。
2、爆破作业
① 测量放线
在扩挖前30m内采用测量仪器准确绘出开挖轮廓线、周边眼辅助眼的位置；在扩挖30m以后，采用激光准直仪进行导向测量及放线，每隔一定时间对准直仪进行校正其准确性，防止准直仪的移动而造成偏向。每次测量放线时，对上次爆破效果检查一次，并及时将结果反馈给技术主管和爆破人员；技术人员将测量数据输入计算机处理后，及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。
② 钻孔
在斜井内安装钢制爬梯，钻孔人员从爬梯进入井内施工，钻孔设备采用卷扬机提升，轨行运输台车运输；钻孔采用YT28凿岩机，钻孔施工时注意以下事项：
a. 控制好周边眼、辅助眼的位置、间距，不得随意修改。
b. 准确定位凿岩机钻杆，保证钻孔位置误差不大于5cm。
c．同类炮眼钻进深度要达到设计要求，眼底保持在同一个斜面上。钻孔过程中确保不同类炮眼沿井中心向井壁方向变浅，以保证爆破后开挖面形成一漏斗形状，以方便扒碴。
d. 钻孔作业时，先将中导井用钢筋笼封闭，爆破作业时拆除，以保证作业安全。
③ 装药爆破
采用人工装药，装药前，仔细检查炮孔的位置、深度、角度是否符合设计要求。装药时严格按照设计的装药结构和装药量施工。 周边眼采用间隔装药或不偶合装药。
装药时电雷管管脚线必须短路，不能与金属导体、水、岩石等接触。已敷设好的爆破网路两端，在未与下一部分导线联接以前必须联成短路。
爆破网路联接好后，吊出井内全部施工设备及台车，爆破人员由爬梯撤出斜井至平洞内。为防止爆碴堵住斜井口，采用分次爆破，最后爆破光爆孔。
4.4.4安全施工措施
为确保斜井施工的安全，斜井开始施工前，首先将上平、上弯段及下弯段进行加强支护，确保施工期间的安全。斜井安全支护拟对Ⅲ类围岩采取随机锚杆及素喷砼5cm的支护措施。对Ⅳ～Ⅴ类围岩，采取系统锚喷支护的措施，支护参数：锚杆Φ22、L=2.5m，钢筋网Φ6.5@20cm×20cm、喷砼厚度15cm。如遇地下水丰富时，采取打排水孔的措施进行排水。
卷扬机使用制定严格的安全操作规程，同时在施工过程中，定期对爬梯、运输台车等设施进行检查，确保施工过程的安全。
防堵井措施：根据围岩情况，进行钻爆设计并按其要求，进行爆破试验，严格控制块径偏大挤压而造成的堵井事故。此外，对于扩挖的石碴，在溜到下弯段后及时出碴。
4.4.5出碴运输
导井贯通后，扩挖爆碴通过导洞滑至斜井下口，用装载机装碴，出碴车运输出碴，通过2#支洞运出洞外。
4.4.6劳动力配置
施工采取三班制作业，每班5人、共15人；其中每班安排钻机操作工1名，泥浆泵工1名，电工1名，辅助工2名。
4.5．隧洞施工监控量测
隧洞监控量测是隧洞“新奥法”施工的重要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，确保施工安全，而且通过现场监测获得围岩动态信息，为支护设计提供依据。
4.5.1量测目的
（1）掌握围岩在施工中的动态，控制围岩变形。
（2）了解支护结构的效果，及时采取措施，安全施工。
（3）修正设计参数，保证隧洞既稳定又经济。
4.5.2量测项目
施工监测主要量测围岩收敛和拱顶沉降。Ⅳ～Ⅴ类围岩量测区的间距不超过300m,每个收敛量测段的测点不少于3点。量测拱顶沉降和收敛的标记到掌子面的距离不超过1m。首次量测在爆破后尽快实施。量测频率请见表4-3《拱顶沉降、收敛量测频率》。
表 4-3 拱顶沉降、收敛量测频率

开挖后天数
1～15日
16～30日
61～90日
90日后
量测次数
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月

4.5.3监控量测作业
4.5.3.1工程地质及支护情况观察
观察内容：隧洞开挖后，开挖面及附近周边岩石的自稳性，地质及岩质情况，校核围岩分类，并绘出地质素描图，初期支护（锚杆、喷射砼、钢支撑）结构状况有无破坏等。
开挖工作面的观察，在每次爆破后进行，特别是软弱围岩条件下，开挖后立即进行地质调查，若遇特殊不稳定情况时，派专人进行不间断观察；观察后做好记录，并整理保存。
4.5.3.2围岩收敛、拱顶下沉量测
围岩收敛和拱顶下沉量测原则上在同一断面上进行。量测断面的间距与隧洞长度、围岩条件、开挖方法等多种因素有关，实际量测时，按技术规范及工程师要求进行。
4.5.4洞内地质超前预测预报
1.洞内地质超前预测预报程序
洞内地质超前预测预报程序见下图。
地质方法
原始资料
掌子面素描
洞体展现
地质超前预报
隧道围岩

物探方法

2.地质和支护状态观察
每次爆破后，由地质工程师对开挖工作面进行观察、调查并做好地质素描记录。调查项目包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩性风化程度、裂隙间距、形状、涌水情况、水的影响等等。素描记录工作面的岩层产状、构造及特殊地质现象，同时对靠近工作面的初期支护进行观察，喷射砼是否开裂、是否有掉块现象等。
3.地质预测预报内容
（1）对照勘测阶段的地质资料，预测地质条件的变化情况及对施工的影响程度。随工作面素描地质结构状态。
（2）可能出现坍方、滑动影响施工时，预报其部位、形式、规模及发展趋势，并提出处理措施。
（3）隧洞将穿越不稳定岩层、较大断层等特殊地段需改变施工方