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多臂钻在杨房沟水电站钻爆施工中的应用分析与评价

文档作者：高岩堂袁平顺文档来源：中国水利水电第七工程局有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月07日
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上一篇：浅析小水电供用电系统10kV配变的应用

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第53卷第5期
2017年5月
甘肃水利水电技术
GANSU WATERRESOURCES ANDI肿ROPOWER TECHNOLOGY
V01．53．No．5
May，2017
·施工技术·
多臂钻在杨房沟水电站钻爆施工中的应用分析与评价
高岩堂．袁平顺
(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都610081)
摘要：多臂钻为隧洞施工中优选施工设备，杨房沟水电站是国内首个百万千瓦级EPC(工程总承包)水电项目，使用多
臂钻进行水垫塘交通洞钻爆试验性施工，具有降低人工开挖劳动强度、改善作业环境、降低人工成本、施工灵活性高等
优点，但也辱在一次性投入大、后期维护和折旧费用高、配件采购时间周期长、对工期影响大等缺点。通过总结施工过
程控制要点，积累实际施工经验，可为地下洞室工程机械化快速施工提供技术依据。
关键词：杨房沟水电站；水垫塘交通洞；多臂钻；钻爆施工
中图分类号：TV554+．1 文献标志码：B 文章编号：2095—0144(2017)05—0060—03
1 工程概况
杨房沟水电站是国内首个百万千瓦级EPC(工
程总承包)水电项目，工程规模为大(1)型，安装4台
375 MW的混流式水轮发电机组，与两河口水电站
联合运行时，保证出力523．3 MW，多年平均发电量
为68．557亿kW·h。工程枢纽主要由挡水建筑物、泄
洪消能建筑物及引水发电系统等组成。挡水建筑物
采用混凝土双曲拱坝，最大坝高155 m；泄洪消能建
筑物为坝身表、中孔+坝后水垫塘及二道坝；引水发
电系统布置在河道左岸山体内，地下厂房采用首部
开发方式，尾水洞出口布置在杨房沟沟口上游侧。
引水发电系统主要建筑物由进水口、压力管道、
地下厂房及其辅助洞室、尾水调压室、尾水闸门室、
尾水隧洞等组成。水垫塘交通洞为杨房沟水电站左
岸场内交通的一部分，未处于关键线路且工期宽裕
(图1 o水垫塘交通洞(Ⅲ类围岩)为马蹄形断面，开挖断
图1引水发电系统及水垫塘交通洞布置
面(宽X高)85mX7．0m。多臂钻开挖全长49．265m。
多臂钻具有作业面积大、钻孔速度快、钻眼精度
高及机械操作灵活等特点㈣。使用多臂钻进行水垫
塘交通洞钻爆试验陛施工，可为后续多臂钻在地下
洞室的钻爆作业收集各项试验数据，总结施工过程
控制要点，并积累实际施工经验。
2施工过程
水垫塘交通洞开挖采用单头掘进、全断面开挖、光
面爆破虹工艺。开挖及锚杆支护采用Boomerxl 2D多
臂钻钻孔，多臂钻主要眭能参数见表1所列；光面爆破
后液压反铲进行危石清理，石渣采用侧卸装载机配合
25t自卸汽车出渣。Ⅱ、Ⅲ类围岩循环进尺2．5～3．0m，
Ⅳ类围岩循环进尺控制在2．0 m左右。开挖完成后
多臂钻造锚杆孑L，人工注浆插杆、挂网喷混凝土。
表1 Boomer L2D多臂钻主要技术参数
技术指标技术参数
最大工作高度／宽度
整机全长／宽／高
覆盖面积
钻孔速度
最大单杆钻孔深度
钻孑L孔径范围
推进补偿长度
钻臂延伸长度
最小转弯半径
离地间隙
收稿日期：2017—05—22
作者简介：高岩堂(1990一)，男，河南新乡人，工程师，硕士研究生，主要从事水利水电施工及管理，E—mail：YantangGao@163．tom。
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万方数据
第5期高岩堂．等：多臂钻在杨房沟水电站钻爆施工中的应用分析与评价第53卷
多臂钻就位后，按爆破设计图进行钻孔，严格按
测量放线进行炮孔的布置，先施工周边孔及主爆孔，
然后再施工底板孔。钻孔孔径为42 ranl，采用非电毫
秒导爆系统，周边孔使用+25乳化炸药、其余爆破
孔使用+32乳化炸药。根据水垫塘交通洞的地质条
件、围岩类别、开挖断面、掘进进尺、火工材料进行爆
破设计，通过爆破试验并参照经验类比确定爆破参
数。采用楔形掏槽，周边孔间隔装药，其余炮孔采用
孔底连续装药结构。爆破设计参数见表2所列。
表2爆破参数特性
3多臂钻与手风钻对比分析
水垫塘交通洞与尾闸连接洞断面大小相同，均
为8．5 m×7 m。根据现场施工情况，现对水垫塘交通
洞钻爆施工中多臂钻与尾闸连接洞人工手风钻开挖
的实施效果进行对比。
3．1 综合成本
多臂钻和手风钻的综合成本，从人工费、火工材
料、配件、材料费、机械费、其他机械费、增加装载机
费用、钻爆平台等各方面进行对比(表3)。
表3综合成本分析对比元／m3
由表3可知，与手风钻施工相比，多臂钻的综合
成本劣势导一次性投入较大，保养、折旧及维修费用
较高，但多臂钻设备残余价值高。
3．2安全环保
多臂钻开挖支护施工，掌子面所需作业人员少，
远离掌子面，且主要人员处于台车防护棚之下，在复
杂地质条件下开挖时，可以避免顶拱和掌子面塌方
对作业人员的伤害，同时多臂钻亦直接参与排险。手
风钻施工时人员集中，在复杂地质条件下开挖时易
出现群体伤害。
多臂钻采用封闭式油路系统，消除了手风钻排
气的噪音，没有风钻排出的湿雾状废气，空气较清
新，安全性高。相对于手风钻开挖，多臂钻开挖造孑L
过程中产生废水及冷却水，须合理做好抽排水工作。
3．3施工质量
多臂钻钻臂利用改装的电子罗盘仪可迅速定
位，钻杆可按水平或固定倾角推进，较人工控制钻孔
角度更为精确，但由于钻杆受多臂钻滑架顶托及凿
岩机自身尺寸的影响，周边孑L的超挖控制仍有待提
高。根据统计的洞室超欠挖测量数据的情况下，通过
计算平均性超挖值指标(表4)，可知多臂钻开挖成
形方面已基本接近人工开挖。
表4超挖控制对比cm
3．4工作面选择
在供水与供电具备的前提下，多臂钻即可自行
移动至工作面，参与开挖支护工作。手风钻施工，需
要供水、供电与供风同时具备，且台车移动需要装载
机等设备辅助。
同手风钻开挖相比，多臂钻不需要布置空压机，
且没有台车搬运的需要，具有较强的机动眭。
3．5钻孔速度
水垫塘交通洞及尾闸连接洞的Ⅲ类围岩设计炮
孔数分别为118、112，投入设备分别为1台2臂钻
及10把手风钻，总钻孔时间分别为3．0～3．5 h、
3．2—3．5 h。
与手风钻开挖相比，两臂开挖在造孔时间上优
·6l·
万方数据
2017年第5期甘肃水利水电技术第53卷
势不明显。根据施工经验，三臂钻较两臂钻开挖可
缩短115左右的时间。
3．6其他方面
多臂钻进行洞室开挖的动力来源主要为低碳环
保的系统电力，能量的利用率可达到30％～40％，而
手风钻仅有15％一20％。多臂钻可用于5～30 113的
超前探孔施工，能对不良的地质条件进行探测；还可
以更换配套(不同直径)钻头，可灵活施作小导管及
各类锚杆孑L造孑L，钻眼角度操作范围大。
多臂钻适用于7．5 m以上不同断面尺寸的洞室
施工，同时满足在各围岩类型复杂地质条件下开挖
支护施工。对于12 m以上的特大断面，多臂钻开挖
施工优势更为明显，并具备钻孔、装药、锚杆安装等
一机多能、安全高效的优势。人工手持钻一般适用
于较好围岩地质条件下的开挖掘进施工，不具备多
臂钻“一机多能”的优势。
由于材料和制造技术的原因，性能较高的多臂
钻一般从国外整机进口或进口主要核心部件组装，
仪器费用及维护费高昂，而每套手持风钻相对较为
便宜。对于较短长度的隧洞，多臂钻使用的优势并
不明显，通常多臂钻更适合于独头掘进的较长隧道。
为避免设备机况影响现场施工，须采用“预修理”的
方式对设备进行保养和检修，同时加强设备零配件
的“红黄线”存库管理。
4结语
该工地现有多臂钻臂长为7．2 m，建议将臂长
改为6 m，施工楔形掏槽孔时便于中间掏槽调整
角度，增大爆破整体进尺，从而降低整体成本。多
臂钻钻臂上安装有电子罗盘仪，控制周边孔超欠
挖取得较好效果(超挖20 cna内)。在水垫塘交通
洞试验段钻爆施工的过程中，多臂钻施工充分发
挥了空气粉尘污染小、液压冲击钻高效、伤亡事故
率低的优势。
采用多臂钻施工目前也存在一定劣势，主要为：
①一次性投入大，后期维护和折旧费用高；②配件采
购时间周期长，对工期影响大。经过综合考虑，该工
程后续施工暂不考虑使用多臂钻进行大规模洞室钻
爆作业。
随着手风钻洞挖劳动力成本不断上升，以及对
人身安全、施工环境、工程工期的高度重视，多臂钻
施工在钻爆施工中逐渐受到追捧。对于成本控制，可
以通过提高生产规模、机械使用率及操作手技术水
平以减少超欠挖等手段来降低成本。
参考文献：
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[4]黄娣媛，陈东．隧洞三臂凿岩台车开挖爆破设计【盯．水利水
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(上接第22页) 从表9的计算结果可以看出，
对于流道顶板、底板及侧墙部位的配筋均满足钢筋
应力限制系数0．7的要求，故结构裂缝验算满足要
求，同时配筋面积均满足理论最小配筋面积的要求。
4结语
通过建立进水口结构三维有限元模型，模拟进
水口结构在多种工况下的运行情况，利用有限元法
计算出各种工况下的结构应力，并选取结构各部位
中主拉应力最大的工况作为控制性工况来对进水口
结构相关部位进行配筋计算，给出了应力配筋计算
的方法和步骤，对类似的工程设计提供一定的参考。
利用有限元法计算应力并采用正应力法进行配
筋计算，同时通过限制钢筋应力的方法来间接实现
对裂缝宽度的控制，从而实现合理配筋的正应力配
筋计算方法，可以直接计算出结构各部位沿正应力方
·62·
向上的配筋数量，是一种比较简单快捷的配筋方法。
通过对该电站进水口结构的三维有限元分析及
正应力配筋计算发现，该进水口结构拉应力分布区
域较广，但主要集中于进水口结构流道顶底板及侧
墙部位，特别是流道喇叭口顶板部位的拉应力较为
集中，在结构设计及配筋计算中应重点关注。
参考文献：
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