1 地热发育情况简述
四川省甘孜州大唐水电1#施工支洞全长295m, 于2008年04月24日开始进洞, 在进入支洞k0+110时即感到有明显的地热, 测得岩石孔内温度为28℃。2008年8月19日, 由四川清源工程咨询有限公司委托四川中水成勘院工程勘察有限责任公司对1#支洞K0+0～251段进行地热温度、天然放射性及环境空气质量进行检测, 在K0+150～251段洞壁现场打孔测定地温变化幅度为29.4℃～49.8℃, 总体地温增长趋势为每进入山体10m增长1℃, 在K0+240处有股状热水涌出, 温度为49.8℃。进入主洞后温度仍有逐渐升高趋势, 2008年12月3日开挖至下游k1+012处时测定岩体温度达到78℃。由于地温升高出现以下情况: (1) 作业人员经常出现头晕、呕吐现象, 因此我们在作业期间开始加大通风量。高温热水的喷溅危害:在断层高温带往往伴随有地下温泉, 一旦发生大流量高温热水, 对人体和机械都将产生极大的危害。 (2) 围岩表面产生潮解现象, 遇水即成粉末, 岩面喷射混凝土后立即脱落, 无法粘结。 (3) 使用普通的硝铵炸药 (φ32) , 开始产生膨胀甚至包装纸破裂;导爆管发生软化失去弹性, 挤压后无法恢复原状。 (4) 施做的砂浆锚杆强度抗拔力不能满足设计要求。 (5) 出碴设备每作业一小时左右, 机体温度升高就要出洞用水冷却。 (6) 测量仪器测距失效, 根据测量仪器操作说明书, 正常工作环境温度范围为-20℃～45℃。通过检索国内外公开发表的隧洞地热施工方面的信息, 隧洞内的高地温多在30℃～50℃之间, 达到78℃的尚属首例, 而且温度仍有升高的可能, 铁道部规定, 隧道内气温不得超过28℃;交通部规定, 隧道内气温不宜高于30℃。国外的资料介绍, 日本规定隧道内温度低于37℃。因此研究如何降低环境作业温度, 选择合适的通风设备和降温措施, 保护作业人员健康是下一步必须考虑的问题, 娘拥引水隧洞地温之高、长度之大在国内外隧道施工中实属罕见。目前掌子面已停止施工, 有必要在立项研究保证安全的情况下再恢复施工。
2 地热区降温措施的实施情况和实际效果
2.1 降温措施
为了改善洞内作业环境、保障作业人员的身体健康、提高地热段的作业效率, 顺利通过地热段, 需在洞内采取通风降温措施, 降温措施分为四部分: (1) 通风降温系统; (2) 喷雾降温系统; (3) 炮孔冷却系统; (4) 超前预报系统。
2.1.1通风降温系统
在1#洞进入地热段之前, 我部按照正常施工条件在支洞口配置了一台功率为55×2kw的通风机, 风筒直径为Φ1200mm。随着隧道进入地热段施工且地温不断升高, 必须改变通风方案, 经过反复论证及市场调查, 确定具体方案如下: (1) 采用2×37/115kw的通风机代替原来的2×55kw通风机, 两台通风机的通风参数对比如表1所示; (2) 在支洞内及主洞向下游方向采用直径Φ1500mm的通风筒代替原来直径为Φ1200mm的通风筒; (3) 在支洞与主洞岔口处及主洞向下游方向每间隔150m增设1台射流风机 (36kw) , 里程分别为k1+024和k1+174 (布置见附图) , 射流风机规格型号为SFS-NO.63-18, 其性能参数见表2和表3。
2.2 实施情况及效果
洞内主要降温措施为洞口2×37/115kW风机通过风带向作业面通风, 洞内每间隔150m安装36kW射流风机加快洞内空气的循环流通。同时在地热施工地段每间隔10m按装一个喷雾头, 采用冷水雾化空气降温。在隧道底部有温泉的部位加注冷水冷却, 掌子面附近在工作时喷洒冷水。由于洞内积水过多, 在下游掌子面附近开挖集水坑安装水泵加强排水。通过测试环境温度的改善效果明显, 在只通风的情况下洞内温度可以控制在32℃℃～34℃, 通风后再进行冷水降温后洞内温度可以控制在22℃～24℃。但靠近掌子面的温度仍偏高, 为了解决掌子面的高温作业问题, 我们采取工人轮换作业、边工作边向掌子面喷水降温等措施。下游掌子面现在距离支洞口215m, 距离洞口通风机的总距离为510m。通过洞口风机的通风, 下游爆破后排烟30分钟, 同时采用冷水降温措施, 洞内环境基本满足汽车出渣的需要。但随着洞挖深度的增加, 为了保证排烟降温效率, 保证出渣的速度, 我们计划在下游安装射流风机。
3 地热区洞挖钻爆施工方案的调整
(1) 调整的目标:通过爆破工艺的改变减少炮孔数目, 缩短钻爆施工时间, 保证孔内岩体温度低于炸药安全使用温度, 降低地热区爆破施工危险程度。通过第一次掏槽爆破, 切断热传递并加大工作面的散热面积, 切实保证安全施工。适当加大循环进尺深度加快工程进度, 保证102～135m/月的掘进速度。通过炮孔数目的减少, 降低药包隔热处理的费用;通过爆破工艺的改变降低炸药单耗, 并通过适当加大循环进尺, 合理降低工程成本, 加快洞挖进度。 (2) 总体施工方案的确定:通过各种降温措施, 目前地热区施工环境温度已基本满足施工要求。由于钻爆工艺的限制平均循环进尺炮孔数目保持在92孔左右。炮孔数目多导致药包隔热、防水处理加工工作量大, 装药时间长, 药包入孔时间难控制, 结果炸药威力降低单耗增加。作业时间的延长, 还增大了爆破作业的危险程度。 (3) 深孔掏槽爆破技术方案设计:1) 掏槽深度的确定:地热区洞挖断面宽度平均6m～8m, 掏槽深度。按断面宽度的60～70, 本次掏槽深度取H=3.5m。2) 掏槽形式的选定:掏槽孔按V型布置, 分上下两排, 排距0.9m～1.3m, 两排掏槽孔中间设一个8m深的超前预报孔作为掏槽辅助孔。掏槽辅助孔不装药, 利用空孔效应为深孔掏槽爆破提供胀碎空间。掏槽孔深度L=4.3m, 张开角a=51°。3) 深孔掏槽炮孔布置图 (版面所限见原稿) 。4) 掏槽孔装药量设计:装药量Q=KaWL△=1.3×2×0.9×4.3×1.2=12.07kg, 取Q=12kg。深孔掏槽爆破时, 利用超前预报孔的空孔为掏槽提供胀碎空间, 作为深孔掏槽的辅助孔。
式中Q为炮眼单孔装药量, kg;
K为炸药单耗, k g/m 3;
a为炮孔间距, m;
W为炮眼爆破方向的抵抗线, m;
L为炮孔深度, m。
掏槽孔、超前预报孔总进尺25.2m, 总装药量=12×4=48kg。5) 爆破参数调整:实际装药量、炮孔间距等参数应根据爆破试。验情况具体调整。6) 起爆方式:采用高能起爆器电力起爆。7) 深孔掏槽施工工艺流程图见图1所示范。掘进孔、光爆孔技术方案设计。 (1) 深孔掏槽完成后, 选用钻孔直径￠≥42mm的气腿式钻机进行掘进和光面爆破施工。 (2) 光爆参数的确定。 (3) 周边孔技术要求:a.洞轮廓线的眼距误差2cm;b.眼外偏斜率不大于50mm/m;c.眼深误差不大于100mm。 (4) 周边孔装药结构。周边孔采用不耦合间隔装药, 分三段, 即顶部减弱装药段;中间为正常装药段;底部为加强装药段。将φ32mm的乳化炸药卷绑扎在导爆索上, 然后把药包捆在竹片上下至孔底。 (5) 二次爆破炮孔布置图见表4所示。
摘要：本文在娘拥水电站施工过程中通过室内实验和工程验证后, 获得相应的措施方案, 并对高温地热状态下的隧道施工起到重要的指导与促进作用, 对高温地热情况下施工课题的研究, 以及加强对地热的认识, 提高在地热状态下的施工管理水平, 加强安全和质量保障力度、降低施工成本方面具有一定的借鉴作用。
关键词：钻爆法,高温地热,隧道
参考文献
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[2] 田廷山, 李明朗, 白冶.中国地热资源及开发利用[M].中国环境科学出版社, 2006.