水利工程隧洞開挖施工技術(shù)研究

王飛虎

摘 要：在水利工程建設(shè)過程中，隧洞開挖是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，保證隧洞開挖質(zhì)量尤為重要。但是，在實(shí)際施工過程中，仍存在諸多不確定因素影響隧洞開挖質(zhì)量。基于此，本文首先分析水利工程隧洞開挖施工要點(diǎn)，然后探討隧洞開挖施工技術(shù)的運(yùn)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：水利工程;隧洞開挖;施工要點(diǎn);施工技術(shù)

中圖分類號：TV52文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0063-03

Abstract： In the process of water conservancy project construction， tunnel excavation is a very key link， and it is particularly important to ensure the quality of tunnel excavation. However， in the actual construction process， there are still many uncertain factors affecting the quality of tunnel excavation. Based on this， this paper first analyzed the key points of water conservancy tunnel excavation construction， and then discussed the application of tunnel excavation construction technology for reference.

Keywords： water conservancy engineering;tunnel excavation;construction key points;construction technology

水利工程隧洞是水利樞紐中的重要組成部分之一，其開挖線路務(wù)必要和整個(gè)水利樞紐的建設(shè)相符，同時(shí)能結(jié)合具體工程地質(zhì)、水文環(huán)境、地形條件等情況確定。隧洞開挖極易受到地質(zhì)環(huán)境、作業(yè)條件等因素的影響，因此成為水利工程施工的一項(xiàng)難題。為了保證水利工程隧洞開挖質(zhì)量，必須要注重相關(guān)工藝技術(shù)的運(yùn)用。

1 水利工程隧洞開挖施工要點(diǎn)

1.1 施工測量要點(diǎn)

在水利工程隧洞開挖過程中，需要開展大量的測量作業(yè)，并要嚴(yán)格保證測量精度。因此，在實(shí)施測量作業(yè)時(shí)，要安排專業(yè)的測量人員來進(jìn)行操作。在具體操作過程中，工作人員要嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙來確定相應(yīng)孔位與作業(yè)參數(shù)，確保測量過程及測量結(jié)果的可靠性與規(guī)范性。另外，在具體測量過程中，相關(guān)工作人員還要定期按照設(shè)計(jì)圖紙以及測量間距對洞的軸線進(jìn)行測量和復(fù)測，以確保工程測量的準(zhǔn)確性與有效性。

1.2 洞線選擇要點(diǎn)

在選擇隧洞線路時(shí)，首先要考慮地質(zhì)條件，盡量選擇在堅(jiān)硬的巖基內(nèi)設(shè)置隧洞，避免將其設(shè)置在地下水豐富及存在嚴(yán)重破碎帶的地段。而且應(yīng)盡可能選擇在山巖平穩(wěn)、沒有滑坡的部位設(shè)置隧洞進(jìn)出口。其次，洞線在平面上應(yīng)力求短、直，這樣不僅可減少工程量、降低造價(jià)，而且可減小水頭損失，便于施工。若因地形、地質(zhì)、樞紐布置等原因而不得不轉(zhuǎn)彎時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于5倍的洞徑或洞寬。再次，對于相鄰兩隧洞間巖體的厚度一般應(yīng)有3倍的洞徑或洞寬[1]。

1.3 鉆孔施工要點(diǎn)

通常情況下，由合格鉆工嚴(yán)格按照測量定出的中線、腰線、開挖輪廓線和測量布孔進(jìn)行鉆孔作業(yè)。若利用濕式風(fēng)鉆鉆孔時(shí)，工作人員應(yīng)先檢查機(jī)身、螺栓、卡套、彈簧和支架是否正常完好，管子接頭是否牢固，有無漏風(fēng);鉆桿有無不直、帶傷以及鉆孔堵塞現(xiàn)象，供水是否正常[2]。如果設(shè)備出現(xiàn)異常，要及時(shí)進(jìn)行更換或修理。除此之外，為了避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，還要把周邊孔的外偏角嚴(yán)格控制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度范圍內(nèi)。通常需要控制光爆孔、掏槽孔的偏差不超過5 cm，其他炮孔孔位偏差則在10 cm以內(nèi)。

2 水利工程隧洞開挖施工技術(shù)的運(yùn)用

2.1 全斷面開挖施工技術(shù)

全斷面開挖施工技術(shù)主要是把整個(gè)斷面一次鉆爆開挖成洞，等全洞貫通后或是掘進(jìn)一定距離后，結(jié)合圍巖可暴露的時(shí)間與實(shí)際作業(yè)情況來開展襯砌與支護(hù)作業(yè)。這種技術(shù)通常應(yīng)用在圍巖情況良好的路段。如開挖處的巖石比較堅(jiān)硬，這樣就能對其實(shí)施一次性鉆爆，進(jìn)而再進(jìn)行支護(hù)操作。該項(xiàng)技術(shù)具有施工組織容易、掘進(jìn)速度快、工序作業(yè)干擾不大等特點(diǎn)。在運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，可根據(jù)隧洞斷面面積大小和設(shè)備能力采用垂直掌子掘進(jìn)或臺階掌子掘進(jìn)[3]。其中，臺階掌子掘進(jìn)是將整個(gè)斷面分為上下兩層，在進(jìn)行上層掘進(jìn)時(shí)需要比下層超前一定距離。為了便于出渣，上層超前距離不應(yīng)超過2～3.5 m，而且需要同時(shí)對上下層實(shí)施爆破，通風(fēng)散煙后需要立即將上臺階清理干凈，同時(shí)往下臺階扒渣，在下臺階出渣時(shí)，上臺階可以實(shí)施鉆孔作業(yè)。因?yàn)橄屡_階爆破是在兩個(gè)臨空面情況下進(jìn)行的，能夠減少炸藥使用量。在水利工程建設(shè)中應(yīng)用該技術(shù)可以進(jìn)一步加快其完成速度，在一定程度上提高隧洞施工的整體效率，確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上對整體施工周期進(jìn)行有效控制。

2.2 導(dǎo)洞開挖施工技術(shù)

導(dǎo)洞開挖法就是在平洞的斷面上先開挖小斷面的洞室（導(dǎo)洞）作為先導(dǎo)，然后擴(kuò)大至整個(gè)設(shè)計(jì)斷面[4]。該技術(shù)在具體施工過程中具有較強(qiáng)的靈活性，可以將采集的施工現(xiàn)場地質(zhì)特性作為依據(jù)，以便為后續(xù)的排水、地質(zhì)處理等施工帶來便利，大幅度提升隧洞的通風(fēng)性。根據(jù)導(dǎo)洞與擴(kuò)大部分的開挖次序，可分為導(dǎo)洞專進(jìn)和導(dǎo)洞并進(jìn)兩種方法。導(dǎo)洞專進(jìn)主要指的是全部貫通導(dǎo)洞后，再將部分位置擴(kuò)大，以更好地掌握地質(zhì)情況并改善洞內(nèi)通風(fēng)環(huán)境，但是，通常要對洞中作業(yè)設(shè)施實(shí)施二次鋪設(shè)，往往會消耗大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，除了一些復(fù)雜地質(zhì)情況外，通常不選用該種方法。而導(dǎo)洞并進(jìn)法主要是開挖導(dǎo)洞10～1 5m后，接著在開挖導(dǎo)洞和開挖斷面的過程中同時(shí)進(jìn)行。通常情況下，導(dǎo)洞開挖施工技術(shù)用于地質(zhì)環(huán)境較為惡劣、斷面尺寸大且難以實(shí)施全斷面開挖的情況下。

2.3 錨桿支護(hù)施工技術(shù)

錨桿支護(hù)通常用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱，并將其打入地表巖體預(yù)先鉆好的孔洞內(nèi)，再利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板，或依賴于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補(bǔ)強(qiáng)效果，以達(dá)到支護(hù)的目的[5]。由于隧洞開挖方式存在差異性，所以其支護(hù)方式也各不相同。若開挖的圍巖質(zhì)量較好，可以直接在錨桿外掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，進(jìn)而再進(jìn)行混凝土噴射;當(dāng)開挖巖石、土層及斷面不穩(wěn)定性時(shí)，則需要通過隨機(jī)錨桿或超前錨桿來對其實(shí)施支護(hù)操作，再實(shí)施混凝土襯砌支護(hù)施工。

2.4 鉆孔灌漿施工技術(shù)

在進(jìn)行鉆孔灌漿施工過程中，工作人員要嚴(yán)格根據(jù)隧洞施工設(shè)計(jì)要求，采用回填、固結(jié)等方法實(shí)施灌漿，防止出現(xiàn)隧洞漏水的情況。在進(jìn)行頂拱回填灌漿過程中，要將其劃分為不同區(qū)段，且各個(gè)區(qū)段間的距離為45 m。灌漿施工是在鉆孔作業(yè)之后進(jìn)行的。在灌漿過程中，要嚴(yán)格把控灌漿壓力，回填灌漿完畢后方可實(shí)施固結(jié)灌漿，但要控制其間隔時(shí)間在7～14 d，且應(yīng)當(dāng)采用梅花型來布設(shè)固結(jié)灌漿孔，并根據(jù)孔序編號來開展灌漿作業(yè)。

2.5 混凝土襯砌施工技術(shù)

襯砌指的是為防止圍巖變形或坍塌，沿隧道洞身周邊用鋼筋混凝土等材料修建的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。水利工程隧洞襯砌結(jié)構(gòu)如圖1所示。在進(jìn)行混凝土襯砌施工時(shí)，要注意以下問題。首先，在具體施工前，要實(shí)施勘測施工，了解和掌握巖石的屬性，只有這樣，才能更好地實(shí)施混凝土襯砌施工。在輸水隧洞周邊位移速度不斷減緩，而且水平收斂速度與拱頂位移速度等能夠達(dá)到混凝土襯砌的要求，同時(shí)確保支護(hù)表面不存在明顯裂縫，再開展襯砌施工作業(yè)。其次，在進(jìn)行混凝土襯砌施工作業(yè)時(shí)，要連續(xù)澆筑混凝土，先進(jìn)行底板澆筑作業(yè)，再進(jìn)行頂板澆筑與拱頂建筑作業(yè)[6-8]。

2.6 排水施工技術(shù)

在進(jìn)行水利工程隧洞開挖過程中，如若排水工作不到位，就會對水利工程隧洞的施工產(chǎn)生較大影響，甚至還會導(dǎo)致隧洞坍塌，因此需要充分考慮排水問題。通常來說，隧洞中的水主要來自鉆孔用水與巖石裂隙水，其中要重點(diǎn)考慮巖石裂隙水，尤其是具有豐富植被的山體以及降水量較大的區(qū)域。在進(jìn)行排水施工時(shí)，可從如下兩方面進(jìn)行。①平洞與上坡洞排水。在施工前，需要制訂科學(xué)的隧洞排水方案，通?？蓪⑴潘疁显O(shè)置于隧洞中部或一側(cè)，具體要根據(jù)隧道中風(fēng)水電管路等設(shè)備布置情況確定其位置，確保其不會互相干擾。②下坡洞排水。如若在施工過程中排水正常，則可使用普通的機(jī)械方式來將水排出洞外;如若突發(fā)大量涌水，則需使用大流量設(shè)備來進(jìn)行排水，確保洞內(nèi)施工人員及設(shè)備的安全。

2.7 爆破施工技術(shù)

爆破施工技術(shù)是水利工程隧洞施工中較為常用的一種技術(shù)，其工藝流程如圖2所示。在爆破前，工作人員要對施工現(xiàn)場的巖石厚度、開挖量等進(jìn)行全面、系統(tǒng)性的研究和分析，從而最大限度地減少爆破施工所造成的危險(xiǎn)性。與此同時(shí)，在實(shí)施手風(fēng)鉆打孔爆破作業(yè)時(shí)，要確保巖石覆蓋厚度控制在6 cm之內(nèi)，這樣可以有效地降低鉆頭的磨損程度。另外，在具體操作前需要制訂科學(xué)合理且具有可行性的施工方案，并以此為依據(jù)來展開施工作業(yè)。在隧洞側(cè)墻和底部預(yù)留一定的保護(hù)層，當(dāng)完成爆破以后，再展開相應(yīng)的修繕施工;修繕結(jié)束后，要對該保護(hù)層實(shí)施整平施工，全面保證隧洞表面的平整度和光滑度。此外，在具體爆破施工前，還要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定來確定爆破參數(shù)，并開展試驗(yàn)，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，最大限度地避免施工過程中可能出現(xiàn)的問題，保證施工作業(yè)人員的生命安全。

2.8 巖爆施工技術(shù)

在實(shí)施巖爆作業(yè)時(shí)，要事先做好斷面的噴水處理工作，并沿著輪廓做好錨桿孔洞開挖施工，對孔深、循環(huán)間距等多項(xiàng)參數(shù)加以控制。同時(shí)，還要確保二次循環(huán)超前錨桿孔與前一排孔洞處于錯位狀態(tài)，且方向與掌子面呈60°～75°夾角。隨后再向超前錨桿孔洞內(nèi)進(jìn)行注水作業(yè)，并確保注水時(shí)間，只有這樣，才能更好地保證巖石得以軟化。最后，要對超前錨桿進(jìn)行安裝，且需要在孔洞外預(yù)留一定的位置，以便對錨桿和鋼筋片實(shí)施焊接作業(yè)，進(jìn)而有效地避免巖爆碎片發(fā)生崩落的問題。

3 結(jié)語

在對水利工程隧洞進(jìn)行開挖過程中，極易受到多方面因素的影響，嚴(yán)重的還可能會引發(fā)安全事故，這不僅會對工程施工質(zhì)量、進(jìn)度等造成影響，甚至還會對人員的生命安全造成嚴(yán)重的威脅。因此，在具體施工時(shí)，要充分結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，盡可能選用與之相適當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)來開展施工，進(jìn)而更好地保證工程施工質(zhì)量和進(jìn)度，最大限度地減少施工事故的發(fā)生率。

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