水利工程隧洞开挖施工之我见

水利工程隧洞开挖施工之我见

【摘 要】 本文笔者结合多年的隧洞施工实践，从隧道施工包含的隧洞进出口边坡支护、隧洞的开挖支护、隧洞灌浆与混凝土衬砌等几个方面探讨了水利工程施工技术的应用。

【关键词】水利工程；隧洞施工；施工技术

从水利工程领域来说，隧洞分类一般有小、中、大和特大型等四种类型，而其中又以中小型断面在水电站及引水工程中所占的份额最多，故在水利工程隧洞施工中比较有代表性，故本文引入的设计施工方案时可采用标准方案是以中小水利工程隧洞施工情况来进行阐述的。

1 隧洞施工技术方案

1.1 隧洞进、出口边坡支护

开挖时一般要按照设计的洞脸开挖坡比进行开挖，边坡支护采用边开挖边支护的方法，每一层岩石开挖完成后对边坡不稳定的岩体采用锚杆支护。钻孔最好采用易掌握的手风钻，喷混凝土采用Aliva 喷浆机来加强支护。隧洞进出口设计应坚持“早进晚出”不刷坡或少刷坡原则，具体说就是对洞口山体尽量少刷坡，或干脆不刷坡，对周边工程的地址与水文环境要注意保护。为了不破坏洞口处山体坡积层和周边整体环境，以便于运行期间的检查维修，可在条件允许下采用无洞门设计或斜洞门非挡墙简易洞门方案。

1.2 隧洞的开挖与支护

隧洞进、出口的边坡开挖要按照所设计的洞脸开挖坡比进行，进、出口洞脸和两侧边坡宜避免边坡开挖，当无法避免时，要边开挖边支护；而隧洞横断面的最小尺寸，一般情况下，圆形断面的内径不宜小于1.8m，非圆形断面的高度同样不宜小于1.8m，宽度不宜小于1.5m。对此可采用掘进机、架钻台车、钢模台车等较大型设备施工，但其断面尺寸应通过技术经济分析确定。为了确保施工安全及建筑物的安全，隧洞进洞之前，最好先施工洞外建筑如明洞或暗渠以稳定洞脸和提高洞口施工的安全系数。依照水利工程隧洞施工规范规定，洞室开挖严禁欠挖，控制超挖，径向超挖值不大于10cm，且所有松散岩块要彻底清除，超挖回填必须用同标号混凝土回填，且不予计量。具体而言，对隧洞Ⅳ1类也即基本稳定型的围岩的开挖与支护采用低密度、低猛度、高威力的光面爆破炸药，周边孔间距、辅助孔间距是实际情况而定，使用非电毫秒雷管加塑料导爆管引爆，合适的循环进尺随机锚杆随掌子面跟进，支护和开挖同步施工既可以加快施工进度，又可以控制围岩变形，确保施工安全；针对隧洞Ⅳ2 类也即稳定性差型的围岩的开挖与支护，可采用全断面开挖- C25 钢纤维混凝土封闭掌子面- 格栅安装- 超前支护、锁脚锚杆施工- 喷C20 混凝土的施工工艺。尤其需要提到的是在有水段进行喷射作业环节，需要采取的改进措施是首先改变混凝土配合比，增加水

泥用量，然后先喷干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水喷射。喷射时，先从远离出水点处开始，再逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管逼近喷射。当涌水严重时可设置排水孔，边排水边喷射。另外，必须分段进行喷射作业分，分片由下而上顺序进行，每段长度根据围岩情况控制在1～4m，喷射完4 小时作业后才可能进行相应的爆破作业。

1.3 隧洞支护与衬砌

隧洞支护形式与围岩类别、隧洞的工况、隧洞的大小、开挖形式及支护的材料和设备有着密切的关系。常见的开挖方式有全断面开挖、上下台阶开挖、先导洞开挖和眼镜法开挖等多种形式。而对应的支护手段一般分喷混凝土、锚喷混凝土、锚网喷混凝土、格栅钢架喷混凝土、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌等。

从当前的工程实践来看，中小型隧洞设计与施工必须坚持采用复合式支护衬砌形式做为隧洞的支护衬砌结构体系，也即是说一次支护根据洞身围岩的实际条件可联合或分别采用喷、锚、网、钢拱架和管棚等支护，在适当时机二次衬砌钢筋混凝土。隧洞衬砌形式与断面形状和尺寸、运行条件、内水压力、围岩条件如覆盖厚度、围岩分类、承担内水压力能力、地下水分布及连通情况、地质构造及影响程度等、防渗要求、支护效果、施工方法等因素有着直接的关系，但衬砌的方式有多种，像平整衬砌、单层衬砌、锚喷衬砌、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌和预应力混凝土衬砌等，因此在具体情况具体分析，以采取恰当的衬砌方式。具体来说，当隧洞在穿过断层、软弱破碎带以及与竖井交接处时出现较大的相对变位时，衬砌需要加厚；围岩地质条件比较均一的洞身段只设施工缝。此外，还应根据浇筑能力和温度收缩等因素确定沿洞线的分段长度，一般采用一定长度的底拱和边拱，顶拱的环向缝不得错开。

1.4 隧洞混凝土喷射

喷射用喷射机应根据实际工程量、进度要求、工艺流程等条件来选择，重点考虑湿式喷射机，但要实现对其所涉及到的黄砂对细度模数、含泥量及含水量必须了解清楚，施工时应严格把好黄砂质量关。喷射混凝土前，应清除开挖面的浮石和墙角的石渣、堆积物，用高压风水将受喷面冲洗干净，对那些遇水易潮解、泥化的岩层应采用高压风清扫岩面。正式进行隧洞喷射混凝土施工时，可按先底拱____边拱____顶拱的顺序分段、分次进行。过程中各段间的结合部和结构的接缝处要做好妥善处理，不得存在漏喷部位。喷头与受喷岩石面垂直，螺旋式喷射，喷射距离控制在0.6m～1.2m。一次喷射厚度控制在5cm 左右。喷混凝土终凝2h 后即进行喷水养护，按工程的实际情况进行相应天数的养护，对重要工程或部位的护养天数一般是只多不少，需要注意的是气温底于50 摄氏度时，不宜喷水养护，在北方地区必要时还需采取保温防冻措施，以防炸裂。

1.5 灌浆处理

固结灌浆与隧洞工程地质和水文地质条件、衬砌型式、施工对围岩的影响程度以及运行要求有着密切联系。一般情况下，当岩石为Q5类且存在岩石破碎有

大量渗水、隧洞开挖可能有塌方情况时，宜采用超前灌浆结合管棚；对那些软弱夹层、大断层、破碎带等特殊地质段和岩石已塌方无法正常掘进的情况，最好采用管棚固结灌浆进行处理；而当地质钻探中出现居于Q2～Q4 类之间的岩石，虽然这类岩石结构较好但渗水量大于正常排水无法进行正常施工时，出于减小渗漏对施工影响的考量，宜采取隧洞围岩水泥灌浆的方法进行处理，目的是止水和减少渗水；至于那些地质钻探遇大断层而顷刻间出现大量涌水情况，应及时停止钻孔采用水泥和水玻璃浆液灌浆封堵钻探孔。

2 结语

总之，水利工程隧洞施工技术是关系着隧洞质量、安全的主要因素，相关人员应认真研究施工方法，引进新的施工工艺，不断提升隧洞施工技术，以更好地为水利工程建设服务，推动我国水利工程事业更好更快地发展。

参考文献：

[1]张发红.浅谈隧洞施工技术[J].工程施工，2010.

[2]刘丽英，刘晓娟，赵文海.隧洞施工技术[J].黑龙江水利科技方法探讨，2008.

[3]马良浅.谈软岩隧洞施工技术[J].四川水利发电，2010.