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多臂鉆在楊房溝水電站鉆爆施工中的應(yīng)用分析與評價(jià)

文檔作者：高巖堂袁平順文檔來源：中國水利水電第七工程局有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月07日
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第53卷第5期
2017年5月
甘肅水利水電技術(shù)
GANSU WATERRESOURCES ANDI腫ROPOWER TECHNOLOGY
V01．53．No．5
May，2017
·施工技術(shù)·
多臂鉆在楊房溝水電站鉆爆施工中的應(yīng)用分析與評價(jià)
高巖堂．袁平順
(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都610081)
摘要：多臂鉆為隧洞施工中優(yōu)選施工設(shè)備，楊房溝水電站是國內(nèi)首個(gè)百萬千瓦級(jí)EPC(工程總承包)水電項(xiàng)目，使用多
臂鉆進(jìn)行水墊塘交通洞鉆爆試驗(yàn)性施工，具有降低人工開挖勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境、降低人工成本、施工靈活性高等
優(yōu)點(diǎn)，但也辱在一次性投入大、后期維護(hù)和折舊費(fèi)用高、配件采購時(shí)間周期長、對工期影響大等缺點(diǎn)。通過總結(jié)施工過
程控制要點(diǎn)，積累實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，可為地下洞室工程機(jī)械化快速施工提供技術(shù)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：楊房溝水電站；水墊塘交通洞；多臂鉆；鉆爆施工
中圖分類號(hào)：TV554+．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095—0144(2017)05—0060—03
1 工程概況
楊房溝水電站是國內(nèi)首個(gè)百萬千瓦級(jí)EPC(工
程總承包)水電項(xiàng)目，工程規(guī)模為大(1)型，安裝4臺(tái)
375 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，與兩河口水電站
聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，保證出力523．3 MW，多年平均發(fā)電量
為68．557億kW·h。工程樞紐主要由擋水建筑物、泄
洪消能建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。擋水建筑物
采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高155 m；泄洪消能建
筑物為壩身表、中孔+壩后水墊塘及二道壩；引水發(fā)
電系統(tǒng)布置在河道左岸山體內(nèi)，地下廠房采用首部
開發(fā)方式，尾水洞出口布置在楊房溝溝口上游側(cè)。
引水發(fā)電系統(tǒng)主要建筑物由進(jìn)水口、壓力管道、
地下廠房及其輔助洞室、尾水調(diào)壓室、尾水閘門室、
尾水隧洞等組成。水墊塘交通洞為楊房溝水電站左
岸場內(nèi)交通的一部分，未處于關(guān)鍵線路且工期寬裕
(圖1 o水墊塘交通洞(Ⅲ類圍巖)為馬蹄形斷面，開挖斷
圖1引水發(fā)電系統(tǒng)及水墊塘交通洞布置
面(寬X高)85mX7．0m。多臂鉆開挖全長49．265m。
多臂鉆具有作業(yè)面積大、鉆孔速度快、鉆眼精度
高及機(jī)械操作靈活等特點(diǎn)㈣。使用多臂鉆進(jìn)行水墊
塘交通洞鉆爆試驗(yàn)陛施工，可為后續(xù)多臂鉆在地下
洞室的鉆爆作業(yè)收集各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)施工過程
控制要點(diǎn)，并積累實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)。
2施工過程
水墊塘交通洞開挖采用單頭掘進(jìn)、全斷面開挖、光
面爆破虹工藝。開挖及錨桿支護(hù)采用Boomerxl 2D多
臂鉆鉆孔，多臂鉆主要眭能參數(shù)見表1所列；光面爆破
后液壓反鏟進(jìn)行危石清理，石渣采用側(cè)卸裝載機(jī)配合
25t自卸汽車出渣。Ⅱ、Ⅲ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺2．5～3．0m，
Ⅳ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺控制在2．0 m左右。開挖完成后
多臂鉆造錨桿孑L，人工注漿插桿、掛網(wǎng)噴混凝土。
表1 Boomer L2D多臂鉆主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)
最大工作高度／寬度
整機(jī)全長／寬／高
覆蓋面積
鉆孔速度
最大單桿鉆孔深度
鉆孑L孔徑范圍
推進(jìn)補(bǔ)償長度
鉆臂延伸長度
最小轉(zhuǎn)彎半徑
離地間隙
收稿日期：2017—05—22
作者簡介：高巖堂(1990一)，男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，碩士研究生，主要從事水利水電施工及管理，E—mail：YantangGao@163．tom。
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萬方數(shù)據(jù)
第5期高巖堂．等：多臂鉆在楊房溝水電站鉆爆施工中的應(yīng)用分析與評價(jià)第53卷
多臂鉆就位后，按爆破設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔，嚴(yán)格按
測量放線進(jìn)行炮孔的布置，先施工周邊孔及主爆孔，
然后再施工底板孔。鉆孔孔徑為42 ranl，采用非電毫
秒導(dǎo)爆系統(tǒng)，周邊孔使用+25乳化炸藥、其余爆破
孔使用+32乳化炸藥。根據(jù)水墊塘交通洞的地質(zhì)條
件、圍巖類別、開挖斷面、掘進(jìn)進(jìn)尺、火工材料進(jìn)行爆
破設(shè)計(jì)，通過爆破試驗(yàn)并參照經(jīng)驗(yàn)類比確定爆破參
數(shù)。采用楔形掏槽，周邊孔間隔裝藥，其余炮孔采用
孔底連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見表2所列。
表2爆破參數(shù)特性
3多臂鉆與手風(fēng)鉆對比分析
水墊塘交通洞與尾閘連接洞斷面大小相同，均
為8．5 m×7 m。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，現(xiàn)對水墊塘交通
洞鉆爆施工中多臂鉆與尾閘連接洞人工手風(fēng)鉆開挖
的實(shí)施效果進(jìn)行對比。
3．1 綜合成本
多臂鉆和手風(fēng)鉆的綜合成本，從人工費(fèi)、火工材
料、配件、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、其他機(jī)械費(fèi)、增加裝載機(jī)
費(fèi)用、鉆爆平臺(tái)等各方面進(jìn)行對比(表3)。
表3綜合成本分析對比元／m3
由表3可知，與手風(fēng)鉆施工相比，多臂鉆的綜合
成本劣勢導(dǎo)一次性投入較大，保養(yǎng)、折舊及維修費(fèi)用
較高，但多臂鉆設(shè)備殘余價(jià)值高。
3．2安全環(huán)保
多臂鉆開挖支護(hù)施工，掌子面所需作業(yè)人員少，
遠(yuǎn)離掌子面，且主要人員處于臺(tái)車防護(hù)棚之下，在復(fù)
雜地質(zhì)條件下開挖時(shí)，可以避免頂拱和掌子面塌方
對作業(yè)人員的傷害，同時(shí)多臂鉆亦直接參與排險(xiǎn)。手
風(fēng)鉆施工時(shí)人員集中，在復(fù)雜地質(zhì)條件下開挖時(shí)易
出現(xiàn)群體傷害。
多臂鉆采用封閉式油路系統(tǒng)，消除了手風(fēng)鉆排
氣的噪音，沒有風(fēng)鉆排出的濕霧狀廢氣，空氣較清
新，安全性高。相對于手風(fēng)鉆開挖，多臂鉆開挖造孑L
過程中產(chǎn)生廢水及冷卻水，須合理做好抽排水工作。
3．3施工質(zhì)量
多臂鉆鉆臂利用改裝的電子羅盤儀可迅速定
位，鉆桿可按水平或固定傾角推進(jìn)，較人工控制鉆孔
角度更為精確，但由于鉆桿受多臂鉆滑架頂托及鑿
巖機(jī)自身尺寸的影響，周邊孑L的超挖控制仍有待提
高。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的洞室超欠挖測量數(shù)據(jù)的情況下，通過
計(jì)算平均性超挖值指標(biāo)(表4)，可知多臂鉆開挖成
形方面已基本接近人工開挖。
表4超挖控制對比cm
3．4工作面選擇
在供水與供電具備的前提下，多臂鉆即可自行
移動(dòng)至工作面，參與開挖支護(hù)工作。手風(fēng)鉆施工，需
要供水、供電與供風(fēng)同時(shí)具備，且臺(tái)車移動(dòng)需要裝載
機(jī)等設(shè)備輔助。
同手風(fēng)鉆開挖相比，多臂鉆不需要布置空壓機(jī)，
且沒有臺(tái)車搬運(yùn)的需要，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)眭。
3．5鉆孔速度
水墊塘交通洞及尾閘連接洞的Ⅲ類圍巖設(shè)計(jì)炮
孔數(shù)分別為118、112，投入設(shè)備分別為1臺(tái)2臂鉆
及10把手風(fēng)鉆，總鉆孔時(shí)間分別為3．0～3．5 h、
3．2—3．5 h。
與手風(fēng)鉆開挖相比，兩臂開挖在造孔時(shí)間上優(yōu)
·6l·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第5期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
勢不明顯。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，三臂鉆較兩臂鉆開挖可
縮短115左右的時(shí)間。
3．6其他方面
多臂鉆進(jìn)行洞室開挖的動(dòng)力來源主要為低碳環(huán)
保的系統(tǒng)電力，能量的利用率可達(dá)到30％～40％，而
手風(fēng)鉆僅有15％一20％。多臂鉆可用于5～30 113的
超前探孔施工，能對不良的地質(zhì)條件進(jìn)行探測；還可
以更換配套(不同直徑)鉆頭，可靈活施作小導(dǎo)管及
各類錨桿孑L造孑L，鉆眼角度操作范圍大。
多臂鉆適用于7．5 m以上不同斷面尺寸的洞室
施工，同時(shí)滿足在各圍巖類型復(fù)雜地質(zhì)條件下開挖
支護(hù)施工。對于12 m以上的特大斷面，多臂鉆開挖
施工優(yōu)勢更為明顯，并具備鉆孔、裝藥、錨桿安裝等
一機(jī)多能、安全高效的優(yōu)勢。人工手持鉆一般適用
于較好圍巖地質(zhì)條件下的開挖掘進(jìn)施工，不具備多
臂鉆“一機(jī)多能”的優(yōu)勢。
由于材料和制造技術(shù)的原因，性能較高的多臂
鉆一般從國外整機(jī)進(jìn)口或進(jìn)口主要核心部件組裝，
儀器費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)高昂，而每套手持風(fēng)鉆相對較為
便宜。對于較短長度的隧洞，多臂鉆使用的優(yōu)勢并
不明顯，通常多臂鉆更適合于獨(dú)頭掘進(jìn)的較長隧道。
為避免設(shè)備機(jī)況影響現(xiàn)場施工，須采用“預(yù)修理”的
方式對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和檢修，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備零配件
的“紅黃線”存庫管理。
4結(jié)語
該工地現(xiàn)有多臂鉆臂長為7．2 m，建議將臂長
改為6 m，施工楔形掏槽孔時(shí)便于中間掏槽調(diào)整
角度，增大爆破整體進(jìn)尺，從而降低整體成本。多
臂鉆鉆臂上安裝有電子羅盤儀，控制周邊孔超欠
挖取得較好效果(超挖20 cna內(nèi))。在水墊塘交通
洞試驗(yàn)段鉆爆施工的過程中，多臂鉆施工充分發(fā)
揮了空氣粉塵污染小、液壓沖擊鉆高效、傷亡事故
率低的優(yōu)勢。
采用多臂鉆施工目前也存在一定劣勢，主要為：
①一次性投入大，后期維護(hù)和折舊費(fèi)用高；②配件采
購時(shí)間周期長，對工期影響大。經(jīng)過綜合考慮，該工
程后續(xù)施工暫不考慮使用多臂鉆進(jìn)行大規(guī)模洞室鉆
爆作業(yè)。
隨著手風(fēng)鉆洞挖勞動(dòng)力成本不斷上升，以及對
人身安全、施工環(huán)境、工程工期的高度重視，多臂鉆
施工在鉆爆施工中逐漸受到追捧。對于成本控制，可
以通過提高生產(chǎn)規(guī)模、機(jī)械使用率及操作手技術(shù)水
平以減少超欠挖等手段來降低成本。
參考文獻(xiàn)：
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水隧洞工程鉆孔施工中的應(yīng)用[J】．四川水力發(fā)電，2016，35
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[4]黃娣媛，陳東．隧洞三臂鑿巖臺(tái)車開挖爆破設(shè)計(jì)【盯．水利水
電技術(shù)，2012，48(5)：9-11．
(上接第22頁) 從表9的計(jì)算結(jié)果可以看出，
對于流道頂板、底板及側(cè)墻部位的配筋均滿足鋼筋
應(yīng)力限制系數(shù)0．7的要求，故結(jié)構(gòu)裂縫驗(yàn)算滿足要
求，同時(shí)配筋面積均滿足理論最小配筋面積的要求。
4結(jié)語
通過建立進(jìn)水口結(jié)構(gòu)三維有限元模型，模擬進(jìn)
水口結(jié)構(gòu)在多種工況下的運(yùn)行情況，利用有限元法
計(jì)算出各種工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并選取結(jié)構(gòu)各部位
中主拉應(yīng)力最大的工況作為控制性工況來對進(jìn)水口
結(jié)構(gòu)相關(guān)部位進(jìn)行配筋計(jì)算，給出了應(yīng)力配筋計(jì)算
的方法和步驟，對類似的工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。
利用有限元法計(jì)算應(yīng)力并采用正應(yīng)力法進(jìn)行配
筋計(jì)算，同時(shí)通過限制鋼筋應(yīng)力的方法來間接實(shí)現(xiàn)
對裂縫寬度的控制，從而實(shí)現(xiàn)合理配筋的正應(yīng)力配
筋計(jì)算方法，可以直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)各部位沿正應(yīng)力方
·62·
向上的配筋數(shù)量，是一種比較簡單快捷的配筋方法。
通過對該電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)的三維有限元分析及
正應(yīng)力配筋計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該進(jìn)水口結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力分布區(qū)
域較廣，但主要集中于進(jìn)水口結(jié)構(gòu)流道頂?shù)装寮皞?cè)
墻部位，特別是流道喇叭口頂板部位的拉應(yīng)力較為
集中，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配筋計(jì)算中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。
參考文獻(xiàn)：
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