大型引水隧洞施工的重点难点及应对策略初探

大型引水隧洞施工的重点难点及应对策
略初探
摘要：本文以某工程为例，对大型引水隧洞施工的重点难点及应对策略进行探讨。

关键词：大型引水隧洞；施工；重点难点；策略
一、工程概况
某工程为4级建筑物，设计流量14.5m3/s。

该隧洞长5394m，纵坡1/3000，洞身采用顶拱120度城门洞型式，净宽4m，洞高3.955m。

最大开挖断面尺寸5.26m×5.085m（宽×高），最小开挖断面尺寸4.5m×4.305m（宽×高）。

二、引水隧洞施工的重点难点
该隧洞工程为该水库灌区规模最大的隧洞，洞身长（长5394m），埋深大（最大埋深达到420m），独头工作面最大长度约3km，施工通风难度较大，隧洞沿线地质条件较复杂，隧洞沿线主要物理地质现象为碎屑岩类的风化及碳酸盐岩的溶蚀。

石英砂岩、浅变质砂岩强风化厚度可达15m，结构破碎，岩体质量差；从钻探揭露可知基岩面起伏大，存在较大溶槽，岩溶较发育，洞身几乎全部位于地下水位以下，可能存在涌水、岩爆、有害气体等诸多工程地质问题，施工难度大。

（1）边坡存在稳定问题。

该隧洞进口为土洞段，地表为含碎石、块石粉质粘土覆盖，下伏岩层岩溶发育，基岩面起伏较大；隧洞出口段，岩性为残坡积堆积含碎石粉质粘土，且存在断层切割，存在边坡稳定问题。

（2）通风排烟和降尘难度大。

隧洞太长，受地形条件的限制，沿线无法实施和布置较多支洞和竖井，造成通风排烟降尘难度很大。

（3）隧洞支护量大、施工方案不确定。

掘进时可能会遇到断层、破碎带等
不良地质地段，应采取喷锚、钢拱架、超前小导管、管棚等支护措施。

具体施工
方案还需视开挖后的围岩状况确定。

（4）安全生产管理风险大。

隧洞地质条件非常复杂，高地应力、高强度岩爆、高压突涌水等预测难度大，安全施工防范点广、风险大，不可控因素较多，
安全责任重大。

三、引水隧洞重点难点施工的策略和方法
1.施工的总体策略
隧洞施工采取“新奥法”原理，遵循“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”
的原则，重点突出“管超前、严注浆、勤量测”，并做到“四及时”即及时量测、及时反馈、及时支护、及时封闭。

采用物探和常规钻探相结合、区域地质重点分
析和地质素描相结合、长距离地质预报和短距离地质预报相结合的综合超前地质
预报手段，探明掘进工作面前方地质、水位情况，施工中加强地表和洞内的监控
测量，据以优化调整施工方法，将隧洞施工的风险降低在可控范围内。

2.隧洞开挖及支护施工策略（见图1）
图1 隧洞开挖及支护施工示意简图
（1）边坡及洞脸土石方开挖
土方开挖之前，按设计图纸进行测量放样。

大面积的土方开挖采用2.0m3挖
掘机挖装，小面积的土方采用1.0m3挖掘机挖装，自卸汽车装运。

开挖时应从上
至下分层分段开挖，石方明挖采用风钻分层钻深孔梯段爆破，边坡预裂，基面留2.0m厚保护层开挖，保护层采用Y28手风钻钻爆施工。

隧洞进出口采用砂浆锚浆
并挂钢筋网进行喷锚支护，以及砼网格梁、草皮护坡等综合护坡措施，进出口边
坡设置排水孔。

进出口土洞段采用超前小导管注浆、管棚钢拱架进行支护。

（2）隧洞洞身开挖及出碴
1）隧洞开挖拟从进口、出口双向掘进。

隧洞开挖采用全断面开挖，采用微
震控制爆破技术，尽量减少对围岩的扰动。

遵循“短进尺、少装药、多段别、弱
爆破”的原则，使爆破振动波速应控制在 5.0cm/s。

爆破施工前先进行爆破试验，并根据试验结果进行数据分析，修正爆破参数，报总监理工程师审批同意后再进
行爆破施工。

2）钻爆设计。

①炮眼数目N：N=q×s/rη式中：q——炸药单耗量；S——开挖面积；R——每米长度炸药的重量；η——炮眼装药系数。

②每个炮眼的装药量：Q1=η×L×r式中：η——炮眼装药系数；L——眼深；r——每米长度炸药量。

在施工中应根据现场的实际情况不断的优化调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

3）隧洞出碴及运输：为了解决长巷运输的困难，提高施
工进度，采用小型装载机或小挖机装碴，小型自卸车运碴至弃碴场，并在洞
内每隔150m位置设一错车道。

（3）特殊地层的施工技术
在断层及其他复杂地层，防止围岩坍塌和衬砌沉陷变形是关键问题。

（1）
加强超前地质预报，采用TSP203型地震探测仪进行远距离较宏观长期预报，
EKK0-Ⅳ型地质雷达进行近距离较微观近期预报相互补充和印证，对前方的地质
情况做到心中有数。

（2）遵循“短进尺、少装药、多段别、弱爆破”的原则，
严格控制开挖进尺、单段起爆药量，严密监测爆破振动波速，不断的优化调整爆
破参数。

（3）爆破后应及时出碴、及时支护，尽量减少掌子面暴露时间，对不
同类别的围岩，采用不同结构形式的安全防护技术。

（4）加强注浆堵水措施及
环境监测，使地下水有效排放。

3.隧洞通风排烟和降尘策略
（1）有害气体检测与监控。

隧道开挖长度大，施工期间采用AQG-50型多种
气体检测器检测有害气体的浓度，并采用AQG-10型数字式有害气体警报器，当
洞内有害气体浓度超标时自动报警，并自动启动通风机向洞内压风。

（2）隧洞通风方式。

隧洞通风采用混合式通风方式，爆破后压入式风机与
抽出式风机同时工作，确保洞内空气流通，并可适当布置射流风机，保证洞内瓦
斯浓度不超过1%，气温不高于28℃、一氧化碳和二氧化氮浓度在通风30min后
分别降到62.5mg/m3和5mg/m3以下。

在距工作面50m左右设置水幕降尘器，降低
洞内粉尘，以满足施工需要。

4.隧洞衬砌及回填灌浆策略
隧洞衬砌型式：进、出口段为土洞，采用全断面衬砌，衬砌厚度45cm，底板
厚度50cm；洞身Ⅳ、Ⅴ类围岩采用全断面衬砌，衬砌厚度40cm，底板厚度50cm；洞身Ⅲ类围岩仅在侧墙和底板上做素砼减糙衬砌，侧墙厚度15cm，底板厚度
20cm。

当围岩及初期支护变形基本稳定后及时进行衬砌施工。

隧洞砼从进、出口
方向往中间处浇筑，HBT80C砼泵泵送入仓，采用整体式钢模衬砌台车立模。

衬砌
砼配比经试验确定，施工时严格按试验配比施工。

当输送距离洞口比较大时，采
用分级泵送入模。

回填灌浆：当衬砌混凝土的强度达到70％设计强度后，可进行
隧洞的回填灌浆。

回填灌浆分两序施工，分段进行。

5.隧洞监测策略
配备隧洞监测所需的仪表仪器，包括地质罗盘仪、精密电子水准仪、激光断
面仪、全站仪、收敛仪、铟钢尺、挂尺等，在施工期间对爆破振动、隧洞拱顶下沉、净空变化、地表沉降、纵向位移、隧道隆起、围岩内部位移等各项指标进行
严密监测。

6.安全生产管理应对策略
（1）建立健全安全组织机构和安全保证体系，成立安全生产领导小组。

严
格遵守有关安全生产和劳动保护方面的法律法规和技术标准。

（2）加强培训教育。

对施工人员及时进行新工地、新设备、新技术和新岗
位的安全教育及安全培训。

（3）强化安全监督检查。

加强施工现场重点检查，及时排除事故隐患，杜
绝违章作业行为。

加强隧道超前预报措施、施工步距、监控量测、初支结构物间距检查以及大型设备使用安全情况等各种安全措施的落实，消除安全隐患，规避施工风险。

结束语
大型引水隧洞施工的重点难点要根据工程实际情况的不同，实事求是地探测分析，及时拿出最优质的解决方案。

参考文献
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