浅析水利工程隧洞施工技术及措施

浅析水利工程隧洞施工技术及措施

发表时间：2018-10-01T15:52:08.673Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：钟映红

[导读] 摘要：随着水利行业的迅速发展以及杭州市水利“十二五”规划项目的启动，杭州水利工程正面临着更好的机遇，同时也面临着重要的挑战。

杭州千岛湖原水股份有限公司浙江杭州 310020

摘要：随着水利行业的迅速发展以及杭州市水利“十二五”规划项目的启动，杭州水利工程正面临着更好的机遇，同时也面临着重要的挑战。其中迅速发展的行业对施工技术要求更高，对技术方面还需进行进一步加强和研究，隧洞施工属于非露天作业，受施工条件的影响，使得施工时难度更大，安全性要求更高，因此在施工过程中保证安全是隧洞施工的重要前提，只有在保证安全的前提下才能进一步保证施工质量及施工进度，所以隧洞施工时采取有效措施保障隧洞施工安全，确保工程顺利实施显得尤为重要。

关键词：水利工程；引水隧洞；施工技术；保证措施

引言

本文针对现阶段水利引水隧洞施工特点进行分析，主要解决在人工机械钻爆开挖、拱架锚喷支护及混凝土衬砌中存在的问题，结合千岛湖配水工程隧洞施工为实例，介绍了在施工过程中应注意的主要技术要点及对塌方的预防和处理的有效方法，对隧洞施工的安全、质量、进度提供了有效的技术支撑，具有重要的现实意义。

1水利工程中隧洞工程的类型和特点分析

隧洞一般是由进口段、洞身和出口段三部分构成，进口段常设置塔式、竖井式或者斜坡式的拦污栅与闸门；洞身的构建主要是结合工程的具体情况，比如具体的水流条件与地质条件、施工条件。在不同的水利工程建设中，隧洞在输水时的水流性状有所不同。一般来说引发水电的隧洞是有压隧洞，通常采用马蹄形断面或圆形断面；无压隧洞的主要功能是泄洪、排放水库泥沙以及施工导流，常用圆形、马蹄形以及城门形断面等；两种隧洞的水流量也有很大差别，有压隧洞在运行时其水流会充满整个断面，它的内壁会受到水流的压力形成一定的内水压力，无自由水面，而无压隧洞则刚好相反。为避免出现空蚀现象或地质震荡，在高流速状态下严禁同一段隧洞出现有压与无压的交替运行状态。

2水利工程隧洞的选线原则

由于洞线选择与围堰的稳定性、施工进度以及安全运行等息息相关，所以必须充分重视工程所处地形。地质条件、水文条件等影响因素，通过经济技术对比来选择较为合理的洞线。通常隧洞选线时应注意以下原则：首先要尽量避开地质条件较差的地段，这是隧洞工程的关键所在。隧洞的路线选择应尽量避开山岩压力大、地下水位高、漏水严重的岩层以及断层、破碎带和可能滑坡的不稳定地段，而尽量选择完整、坚硬稳定且地质构造较为简单的山体内，以充分利用围岩的自承能力，当隧洞轴线与岩层面及主要节理裂隙相交时应尽量成较大夹角，同时采取较为妥善的防御措施，以防围岩失稳发生并扩大，进而保证隧洞施工及运行安全。其次，在达到枢纽总布置要求条件下，隧洞路线应选择线路短且直、沿线地质构造相对简单的有利施工方案，减少工程费用以及水头损失的同时取得最后的水流条件。如有因地形、地质条件和枢纽布置原因而不得不转弯时，其转弯半径不宜小于5倍的洞径或洞宽，其偏转角通常不大于以使弯道水流平顺。针对通过高速水流的无压隧洞则应力求在平面上设置尽量少的曲线段。再次，隧洞要保证由足够的围岩厚度。隧洞较深的埋置深度可以充分利用围岩的弹性抗力和减小地震力的影响以达到减小衬砌厚度的目的。洞身部分一般均埋置较深，其进、出口部位的围岩厚度一般应达到1倍的洞径或洞宽。但在采取了合理的施工程序和工程措施之后围岩厚度还可以减小。对于相邻两隧洞间岩体的厚度一般应有3倍的洞径或洞宽，岩体较好时可适当减小但最小不得小于1倍的洞径或洞宽。此外，还需要兼顾施工方便。针对长隧洞洞线的选择还应将设置施工竖井或支洞问题考虑在内，以便于增加开挖工作面增快隧洞施工的进度。

3隧洞开挖施工技术

在隧洞开挖过程中，应根据现场的围岩种类采用合适的开挖方法，一般施工时原则为“杜绝欠挖、控制超挖”以确保在保证安全与质量的前提下加快施工进度。在开挖前应对岩石岩性及隧洞断面尺寸进行分析，以便采取最合适的开挖方法，一般隧洞开挖较为常见的方法主要分为两种。

3．1全断面开挖法

这种方法主要应用于围岩类别较好的隧洞中，其显著特点是开挖效率比较高。明挖后可采用NATM施工方法以，原则上“稳进尺、勤测量、早封闭”，及时尽早对围岩进行封闭是提高围岩稳定的有效措施。必要时采取超前支护模式进行施工，做到“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、快封闭”，在实施施工中严格按照施工组织设计进行，能保证施工快速有序进行。

3．2导洞开挖法

这种方法主要为实际施工中的台阶法开挖，主要应用于围岩类别较差的隧洞中，其主要特点是极大的保证了隧洞开挖的安全性，开挖前应确定导洞开挖的尺寸及断面形状。千岛湖配水工程很多区域围岩条件较差，属于Ⅴ类围岩中就采用了导洞施工方法进行施工，施工时分为上下导洞分次开挖，上导洞采用光面爆破，下导洞采用预裂爆破。实践证明这样的开挖方法对围岩较差的隧洞中是安全、科学、合理的。

4隧洞施工的预防隧洞塌方和改进措施应用

预防隧洞塌方是保证工程建设顺利开展和完成的必要前提，也是保证隧洞施工安全和质量的重要因素。预防隧洞塌方可以分为几个阶段：首先在施工开始之前，要结合工程施工地的实际情况与施工的具体细节设计一套完整科学的施工方案，保证实施性施工组织设计方案的可行性；然后是在施工过程中，要根据施工过程中动态出现的问题适当地修改和调整施工方案，并严格按照动态优化后施工方案对隧洞内部的施工情况再次进行动态跟进与收敛观测，不断修正以确保施工的安全性和质量保证；在施工完成之后，要对隧洞内的支护措施进行定期的检查和维护，保证支护措施的安全性，这样能有效地预防工程出现塌方的情况。隧洞钢拱架支护一般应用于三类围岩施工，经实践证明针对钢拱架变形侵限的改进措施有：1.对已发生钢拱架位移的隧洞断面可将拱脚采用I18的工字钢进行横撑，必要时可在起拱部位多加一根工字钢横撑进行加固，从而防止在施工过程中发生大的坍塌。2.对还未发生钢拱架位移的隧洞断面可采取的措施是全断面选用5m长、φ25系统锚杆加固围岩，环间距为0.5m、排间距为1m，打完后直接焊接在拱架上，并适当加大混凝土喷砼厚度，在此围岩部位再喷一层20cm厚混凝土，预防该段出现变形。3.主洞下游变形侵限一侧半幅断面径向布设φ42小导管进行固结注浆；其中拱部小导管长度采用5m、