浅谈高地温条件下隧道开挖施工技术
摘要：在隧道施工过程中，遇到高地温洞段,特别是超过50°时，其对隧道开挖的影响非常大，必须采取特殊的施工方法和专门的爆破材料。在边远地区施工时购买特殊材料是比较困难的，为了保证现场能够继续施工，可以采取调整施工方法和采用一些简单的施工措施来保证隧道爆破施工的安全，现简单介绍给大家。
1、工程概况及地质情况
娘拥水电站位于四川省甘孜州乡城县境内，为硕曲河干流梯级开发自上而下的第二个梯级电站，装机容量93MW。电站采用引水式开发，由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。引水隧洞全长15406.313m，为有压引水隧洞。
工程区位于川西面状强隆区的理塘－木里断隆内，该断隆地处中国西部强烈隆升区，为一级新构造运动单元内的一个次级断隆，区内发育北东向、北西向和近南北向的断裂。断隆内新构造运动比较活跃，第四纪以来差异活动显著。地质构造主要成生于印支—燕山期，晚三叠世以来，受近东西向和挤压应力场作用，近场区内形成一系列走向NNW和近SN向的压性断裂。
2、地温出现情况
2.1、地质情况
1#施工支洞位于热玉村上游约400m，硕曲河右岸，工区地层岩性为三叠系拉纳山组下段（T311）灰色厚～中厚层砂岩夹板岩。进入引水隧洞后实际揭露地层岩性主要以花岗岩为主。靠近地热高温段30m范围岩性为砂岩夹板岩
2.2、引水隧洞温度变化过程
2008年9月20日进入主洞施工，支洞与主洞交点桩号为K0+873.97。当下游施工进入至K0+905时，右侧边墙出现一小股涌水，用大气温度计测量水温达到60℃。至11月27日炮孔内温度最高达74℃，环境温度为58℃，孔口流水温度达80℃
3、地温洞段的施工影响
在1#支洞及主洞施工期间我们在现场发现高地温对以下几方面产生影响：
1、火工品的使用：使用普通的硝铵炸药，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，因高地温影响可能发生火工品自爆。
2、影响作业人员身体健康：作业人员经常出现呼吸苦难、胸闷、短暂晕厥现象。
3、影响测量仪器的稳定性：在现场测量中我们发现，在高温条件下测量仪器测距失效。
4、高地温条件下开挖施工方法
工程地处偏远山区，氮化铝做起爆剂的抗热雷管和高温使用的混有碳酸钙的硝甘炸药由于很少使用，在短时间内根本无法购买到，为了保证隧洞能够继续施工，决定采用一些辅助方法，在保证施工安全的前提下隧洞能够继续施工。
4.1通风降温系统
4.1.1、采用2×37/115kw的通风机代替原来的2×55kw通风机；
4.1.2、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；
4.1.3、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，射流风机规格型号为SFS-NO.63-18。
4.2喷雾降温系统
为形成交叉立体式降温效果，在进入主洞后，下游每隔10m安装一道喷雾器，通过向洞内喷射雾状冷水可以有效地降低洞内温度。
具体做法为：在主洞与支洞三岔口处，从高压进水管主管道（φ150）上分离出一条φ100mm钢管，下穿隧道底板连接到隧道右侧边墙。在边墙上距离隧道底板约1米高处布置输水管道，在管道上安装加压泵和闸阀，自k0+930处开始每隔10m设置一道喷雾器，每个喷雾器上安装一个球阀控制，需要喷雾时打开φ100高压管道上的总控制闸阀，然后再打开分控制球阀，以便控制喷雾的范围。
4.3、炮孔冷却系统
根据有关规定：“孔内温度超过35℃时禁止装炮”。依靠风筒内风流很难降低孔内温度，必须向每个炮孔内注入冷水，来降低炮孔内温度，并通过集中快速装药，在温度回升到临界温度前完成爆破作业，以达到火工品的使用安全。但是随着地热的不断升高，孔内冷却时间越来越长，孔内温度回升越来越快，安全系数越来越低，在特别高地温或遇热泉涌出地带，采用孔内注入冷水降温也将很难达到效果，必须采用其它方式保证作业安全。下面将炮孔冷却循环系统分述如下：
炮孔冷却循环系统由抽水输送系统，分散制冷系统，抽水输出系统三部分组成。
4.3.1抽水输送系统：在支洞口靠近硕曲河右岸处建造一个泵房，抽取河内的冷水。泵房内安装两台20kw的离心水泵。从泵房到主洞下游掌子面铺设φ150mm（δ=4.5mm）的钢管，钢管长度依据地热段长度不断向前延伸，距离掌子面不超过30m，在输水管端部焊接出4个分水闸阀，通过橡胶软管分别连接到钻孔台车上，分水闸阀采用φ50钢管，橡胶软管采用直径φ60的喷浆胶管。
4.3.2分散制冷系统：在钻孔台车上安装4个分水器，分水器长度为0.8m，采用φ150mm钢管加工而成两端用钢板密封。在每个分水器上焊接22个分水闸阀，闸阀采用φ20mm球阀。然后通过φ30mm的橡胶软管连接φ20mm的镀锌钢管通入每个炮孔内，每根橡胶软管长度为10m，每根镀锌钢管长度为3m。
在通水冷却过程中，随时对孔内温度进行检测，当温度降到25℃以下时进行装药，在孔内温度回升至35℃以下时完成爆破作业。
4.3.3抽水输出系统：在距离掌子面25m~40m处开挖一集水坑，通过15kw的污水水泵（备用一台）将集水坑中的循环水通过排水管道排出洞外。排水管采用φ150mm钢管，连接到主洞与支洞三岔口位置，通过支洞内水沟自然流出。
4.4、超前预报系统
采用超前预测预报系统，可以有效探明前方地质及热泉情况，防止在掌子面钻爆过程中，突然有热水热气喷溅烫伤作业人员，并可以直接有效的掌握掌子面前方地热的规模及程度，以确定合适的施工方案。
预测预报系统可以分为钻孔式和探测式，钻孔式预报系统采用地质钻机钻芯取样，每10m钻一排，每排孔深20m，并取芯岩石进行分析，在掌子面不同部位布置5~10个钻孔，
4.2.3、炮孔降温
当炮孔施工完毕后，采用高压水管将洞外硕曲河水引至掌子面，通过专门制作的灌水管将水引至各个炮孔对其循环降温，每经过10~20分钟，对各个炮孔进行温度测量，当所有炮孔温度降至30多度时，快速采用普通火工品对各个炮孔进行装药，然后起爆。
