长距离输水隧洞施工中的关键问题及应对措施

施工技术
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Construction Technology
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第47卷第3期
2020年2月
我国是一个水资源短缺、分布不均的国家，许多地区面临缺水问题，随着社会经济发展，跨区域甚至跨流域调水情况越来越多。

这些调水工程往往规模庞大、影响巨大，其中输水隧洞是关系到工程成败的关键，如果施工管理不善，极可能引起工程安全问题。

尤其是复杂地质条件下的长距离输水隧洞，发生工程事故的概率很高。

尽管在铁路、公路工程施工中，长距离的隧洞并不鲜见，相关施工单位积累了很多的施工经验，但由于输水隧洞断面小、施工条件复杂、施工场地特殊、施工牵扯专业较多等原因，导致其施工安全隐患多、管理难度大，与公路、铁路隧洞的施工有许多重要差异。

近年来，随着我国大型调水工程的增多，长距离输水隧洞施工积累了一些有益的经验。

本文以杭州市第二水源千岛湖配水工程某标段输水隧洞为例，进一步总结长距离输水隧洞施工中的关键问题及应对措施，供相关工程参考。

1 工程概况
杭州市第二水源千岛湖配水工程从千岛湖内取水，经长距离输水隧洞将湖水送到杭州市余杭区闲林水库，为沿途建德市、桐庐县、富阳区等部分区域及杭州市提供优质水源。

该工程输水线路长112.34 km ，其中第12标段位于富阳区境内，起止为西坞山支洞控制段~官地上2号支洞控制段，主要包括K76+400 m~K87+380 m 段输水隧洞（衬后直径约6.7 m ，设计配水流量为38.8 m 3/s ）、西坞山支洞（检修交通洞）、王家支洞、官地上1号支洞、官地上2号支洞等。

区内属亚热带季风气候区，气候温暖湿润、雨量丰沛、地表水系发育，地下水可分为碳酸盐岩类裂隙岩溶水、松散岩类孔隙水和基岩裂隙水三大类。

隧洞沿线跨越多条构造带，从地下水的赋水性来看，隧洞跨越的构造带裂隙水以及灰岩段岩溶水相对较为丰富，其余岩体地下水赋水性较差，水流交替强度弱，输水隧洞水质受周围地下水水环境影响较小。

洞段围岩类别一般为II~III 类，属基本稳定~局部稳定性差，部分洞段断裂构造发育，围岩强度不足，为IV~V 类围岩，不稳定，易产生掉块及坍塌现象。

其中主线王家支洞下游段上覆岩体厚度较薄，以中厚层~薄层状的粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩为主，岩性较软，岩层走向与洞线交角较小，对洞身稳定不利，且岩石破碎，为IV~V 类，临近瓦崖垅及大坞垅水库，隧洞施工时易引起突水、突泥等。

2 关键问题及应对措施
2.1 作业空间小、工序干扰大
本标段工程输水隧洞总长10 980 m ，分3个支洞控制段进行施工。

由于隧洞长度大、净空断面小，施工过程中的爆破、出渣、衬砌等都受到很大影响，制约了施工速度，影响到施工安全。

本标段工期紧张，为保证快速施工，取得良好效益，施工过程中项目部着重优化了光面爆破施工、出渣施工、支护施工、测量施工等关键施工工序。

2.1.1 全断面开挖光面爆破
隧洞开挖采用钻爆法，以新奥法理论指导施工，光面爆破效果直接关系隧洞开挖质量的好坏。

在实际开挖过程中，因爆破引起的超欠挖无法避免，但是可以尽量减少超欠挖；因为超挖会引起多装渣和多出渣，超挖的地方还要用混凝土回填从而造成人材机的浪费；并且，超挖和欠挖还会制约到后续工序，影响进度。

本项目施工中着重控制施工超挖及欠挖。

在光面爆破设计中，采用直线型掏槽，按设计开挖轮廓线布置周边炮眼，间距为45~55 cm ，辅助眼间距为50~70 cm 。

周边眼采用中25光爆小药卷，7号纸雷管簇联非电毫秒导爆雷管起爆，爆炸后的隧洞轮廓线圆滑、平顺，炮眼保存率基本能达到80%以上。

在施工时安排地质工程师对掌子面绘制地质素描图，根据素描图预测掌子面围岩的地质构造和节理裂隙等地质状态。

钻孔凿眼采用YT-28气腿式凿岩机，掌子面须同时开动多台YT-28型气腿式凿岩机钻眼作业，为加快钻孔速度，给钻工创造更大的工作面，项目部根据隧洞断面制作了合适的钻孔简易台架，可以使用多台钻机同时施工。

钻孔台架采用槽钢、钢
［摘 要］长距离输水隧洞是关系到大型调水工程施工安全的关键，具有断面小、施工条件复杂、施工场地特殊、涉及专业多等特点，导致安全隐患多、管理难度大，极易发生事故。

以杭州市第二水源千岛湖配水工程某标段为例，介绍了施工中遇到的作业空间小、洞内通风、洞内渗水、断层处理、Ⅴ类围岩支护、控制测量等关键问题及其应对措施。

［关键词］长距离；输水隧洞；施工安全；应对措施［中图分类号］TU 755 ［文献标志码］B ［文章编号］1001–523X （2020）03–0069–02
Key Problems and Countermeasures in the Construction of
Long -distance Water Conveyance Tunnels
Dong Wei-min
［Abstract ］The long-distance water conveyance tunnel is the key to the safety of large-scale water transfer projects. It has the characteristics of small cross-sections ，complex construction conditions ，special construction sites ，and multiple specialties ，which leads to many hidden safety hazards ，difficult management ，and easy accidents. Taking a bid section of Qiandao Lake water distribution project of Hangzhou Second Water Source as an example ，the key issues such as small working space ，ventilation in the tunnel ，water seepage in the tunnel ，fault treatment ，support for type V surrounding rocks ，and control surveys are introduced.［Keywords ］long-distance ；water conveyance tunnel ；construction safety ；countermeasures 长距离输水隧洞施工中的关键
问题及应对措施
董卫民
（浙江省水电建筑安装有限公司，杭州 310053）
收稿日期：2019–11–15作者简介： 董卫民（1985—），男，山东菏泽人，工程师，主要研究方向
为工程施工。

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管、工字钢和钢筋焊接而成，台架上安装了配电盒、照明灯具、风枪和水管等配套的设施。

开钻施工时，每台钻机分区域施工，做到互不干扰，这样可以极大提高钻孔的施工效率。

2.1.2 洞内出渣
出渣工序也是隧洞施工中主要的控制工序，科学合理的出渣方案既可以加快洞内的出渣速度，又可以缩短隧洞内循环施工时出渣时间。

本工程在实际施工时每个工作面采用1台侧卸式装载机，5~10辆10 t 自卸汽车进行出渣，随着隧洞内进尺不断加深，逐渐增加运输汽车，以保证装载机装车效率。

此外，随着隧洞内进尺加深，合理布置有效的汇车洞极为关键；运输线路的不断增长，运输时间加大，隧洞内汇车次数增加，合理布置汇车洞可以大幅缩短装渣待车时间。

2.2 洞内通风
在隧洞施工施工时，隧洞内通风的情况好坏不仅直接影响到洞内的施工环境，而且也间接影响到施工效率。

本标段隧洞施工过程中遭遇大规模有害气体富集区的可能性不大，但鉴于该区地层及地质构造复杂，区内普通分布的层状粉细砂岩及背斜、穹隆、封闭断层等仍具备储备气体条件，有害气体有可能通过断裂、裂隙从煤系地层到达输水隧洞附近岩体。

工程临近的杭新景高速公路建德市境内的窑山顶隧洞，在施工中就曾发现可燃性混合气体，气体主要组成物质有醚类化合物、甲苯、烷基苯以及含有不同碳原子的烷烃基等，具有一定危害性。

另外，隧洞上游段进水口至莲花溪约13 km 有灰岩、白云岩等碳酸盐岩类分布，可能含有CO 2、SO 2等有害气体。

为保证施工过程中洞内足够的风压和风量，项目配备了多台低噪声节能隧洞专用通风机及直径大、漏风率低、摩阻系数小的专用高强通风软管。

这种专用风机可随意切换低、中、高3种功率模式，能很好地适应不同长度的隧洞和不同施工工序的需要。

同时，加强对有害气体的监测，及时采取相应的防治措施，必要时采取钻孔排气降压、工作面减荷以及封堵等措施，确保施工安全。

2.3 洞内渗水
从地质钻探成果看，预计隧洞遭遇大型岩溶形态的可能性较小，但由于临近库区小型岩溶形态，仍可能引发较大的涌渗水问题。

随着隧洞不断进尺掘进，隧洞埋深不断加大，项目部也逐渐加强地质预测工作以保证施工安全。

主要采取的措施是定期用地质超前钻机和TSP 超前预报系统探测前方地质情况，在探测时如果发现有不明压力提示，则表明前方很可能会有流体存在。

由于此时隧洞的埋深较大，隧洞上部的岩体内气体被压缩而导致顶部或者掌子面前方压力大，爆破开挖时很容易因爆破振动而从裂隙中喷出。

为安全掘进通过高压气体段，项目部优化施工工序，先进行弱爆破，然后分部开挖逐步释放气体，最后再开挖至设计断面。

为保证洞内出现大量涌水时不出现安全问题，项目部特别制订了详尽的涌水处理应急预案，同时配备了足够的多级泵站，在洞内提前设置多个移动水泵来加强洞内排水，用以确保施工安全。

2.4 断层不良地质处理
隧洞轴线经过地段地表岩溶发育，洼地、落水洞、溶沟、溶槽、石笋、石芽均有分布。

大地电磁测深（EH-4）资料反映在这些洞段不同高程上多处出现低阻异常，可能与岩溶及溶蚀破碎带有关，此外，EH-4还揭示存在多条较大规模断层。

为顺利安全进行断层地段的开挖，施工过程中根据现场围监测的岩情况采取了以下施工措施：
（1）适当减少炮孔装药量，缩短炮眼间距，爆破时尽量保证隧洞拱部弧线的完整，此时一定要充分利用围岩自身的稳定性；
（2）增加检测频率，建立健全有关预警机制，保证施工安全；
（3）遇到断层时，边开挖边支护，保证锁脚锚杆和加固
锚杆施工质量，做好锚杆与拱架焊接工作，保证拱架支护稳定；（4）及时对隧洞顶部和钢拱架周边采取喷锚施工，保证拱架牢固，使拱架与岩体受力连续。

2.5 V 类围岩支护
本标围岩类型主要为II~III 类，但也有部分洞段为IV~V 类，V 类围岩支护是本工程的重难点。

针对V 类围岩，遵循“管超前、短进尺、强支撑、勤测量、紧封闭”的施工原则，施工掌子面实现动态实时监控，以确保施工安全。

实际施工时采取了以下施工措施：
（1）掌子面顶部采用超前注浆小导管进行超前支护，使开挖始终在稳定可靠的状态下进行；
（2）开挖后马上进行初期喷锚支护，封闭围岩面；
（3）掌子面设置监测点，根据监测结果确定围岩变形量，初期支护后马上跟进拱架支护用以控制围岩变形，防止变形过大造成隧洞塌方；
（4）对于围岩垂直节理，在精细检测的基础上综合判断，评价其对开挖安全的影响，防止隧洞拱顶坍塌；
（5）加强对钢拱架锁脚锚杆施工的管控，严格做到“设计深度、焊接牢固、注浆饱满”。

2.6 洞内、外控制测量
在隧洞开挖施工过程中，控制测量是顺利施工的前提保障。

从开工前的控制网测量到施工过程中的施工放样，再到最后的竣工验收都离不开高精度的测量。

控制隧洞按照设计要求尺寸来开挖、保证隧洞贯通时的误差符合要求，是测量工作的基本要求。

本标段地形较为复杂，隧洞覆盖层的植被茂密，这些都对测量工作带来很大困难。

随着隧洞不断进尺，隧洞里粉尘浓度、烟雾水汽浓度也会提高，这些都会影响隧洞测量的精度。

针对这一难点，在施工中采取了如下应对措施。

（1）根据隧洞贯通精度要求，制订合理的控制测量方案。

隧洞测量工作主要分洞外控制测量、洞内控制测量和洞内外联系控制测量。

洞外测量时，根据设计提供的平面控制测量资料，采用GPS 全球定位系统进行测量，并对控制点进行加密测量。

测量时尽量选择最优的测量时间段，避开卫星颗数少的时间段，尽量不在大雾、雷雨等恶劣天气时进行测量，避免不必要的测量误差。

测量结束后应及时将测量数据导入电脑，对测量数据进行检查，基线向量方差比、中误差等参数均要符合隧洞施工精度要求。

GPS 网基线检验结果满足要求后，再进行GPS 控制网平差计算，直至达到设计要求为止。

（2）测量时可能会出现洞口与洞内高差大，洞内与洞外光线反差大等问题，如何保证洞内洞外的关联测量精度是一大难点。

因此需科学合理布置洞口控制点和选择测量时间段。

对于洞内控制测量，采用先局部控制、碎部（含施工放样）测量，再延伸局部控制，再碎部（含施工放样）测量，最后进行全面测量。

对于水准测量，洞外水准控制测量可采用精密水准仪施测，洞内水准测量主要控制洞顶和洞底的高程，可采用三等水准进行施测，每隔20 m 应设置一个洞内水准点，并据此测设腰线，洞内水准线路也是支水准线路，除应往返观测外，还须经常进行复测。

3 结束语
长距离输水隧洞是一项安全隐患多、管理难度大的施工工程，具有施工场地特殊、施工条件复杂、施工牵扯专业多等特点。

为此，在长距离输水隧洞施工时，应根据工程的具体条件，对施工过程中可能出现的各种关键问题进行全面、细致的分析，提前做好预案，做到应对措施得当，确保施工安全，保证施工质量。

参考文献
[1] 城市地下空间开发利用学术研讨会[C].2012.[2] 李建华.地下输水隧洞施工支护技术的研究分析[J].江西建材，2016，（17）：76.。