關于輸水隧洞施工支護技術的探索分析

紀 鵬

（遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽 110166）

關于輸水隧洞施工支護技術的探索分析

紀 鵬

（遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽 110166）

輸水隧洞的質量受到施工支護的結構、圍巖等穩定性的影響，如果沒有穩固的施工支護則隧洞的使用性存在著安全隱患，因此，在進行隧洞施工時，最重要的是選擇適合該工程且高穩定性的施工支護投入使用。文章首先分析了隧洞工程以及隧洞支護結構理論，其次對隧洞施工設計理論進行綜合闡述，這些都是施工支護結構的基礎理論，并且提出幾個新型施工支護結構，最后選用適合本施工工程的支護機構完成隧洞施工過程。

輸水隧洞；施工支護技術；支護結構；設計；發展

隨著我國社會經濟的發展以及科學技術的不斷創新，人們對水需求越來越高，而我國是一個水資源較少的國家，因此，需要建設更多的水庫以及在山體中開鑿隧洞，從而使得水資源供應于全國各地以滿足廣大百姓的需求。然而在進行地下隧洞開挖的時候面臨著很多的問題，需要依靠高新科技以及施工技術對其進行開挖，不僅如此，隧洞的開挖需要相應的施工支護技術，采用合理的支護結構才能發揮出輸水隧洞的真正能力。輸水隧洞具有灌溉、泄水、供水等作用，對人們的生活意義重大。

1 我國目前隧洞工程發展現狀

我國目前隧洞工程在各種地質條件下都可以進行，根據當前建立完成的隧洞（隧道）以及總延長都居世界之首，其進行隧洞施工的技術也居于世界前列，例如：多臂鉆、裝載機、自卸汽車等聯合作業的技術，以及爆破和錨噴相結合的施工技術。

2 隧洞掘進機的發展歷程以及現狀

2.1 我國掘進機的發展歷程

隨著我國的改革開放，進行隧洞施工時廣泛應用到西方先進國家的隧洞掘進機這一重要施工設備。到20世紀50年代開始我國也逐漸進入對掘進機進行研究的階段，并且在70年代先后制造了50多臺掘進，在施工工程中發揮著重要的作用，但是掘進機的整體使用壽命較短，相較于西方先進國家來說，其生產效率大大落后于西方國家，通過一系列整改、更進，終于在80年代得到了飛速的發展，我國的掘進機施工從此進入一個新的階段，不僅提高了開發隧道施工效率，而且促進了我國交通運輸業的發展。

2.2 掘進機的較落后于西方國家的原因

從總體意義上來說，我國掘進機技術與西方有些國家幾乎同時起步發展的，但是其發展仍較落后于他們，本文將落后于西方國家發展的原因進行分析陳述：①研制過程不是一氣呵成的、持續的，而是間歇性的對其研制；②對掘進機的研制、生產資金不足；③掘進機的原材料質量較差，從而影響掘進機的使用性能與縮短其使用壽命；④較多企業對掘進機以及施工技術缺乏了解；⑤掘進機不能適應于任何施工地質、條件。

2.3 分析鉆爆法與掘進機的比較

鉆爆法能夠適應于各種施工地質、條件中，只需要調整爆破參數以及采取預裂措施就可以進行施工開挖，另外，鉆爆法施工準備工作相對簡單且無較高要求，因此，在隧洞開發施工中被廣泛應用到。但是鉆爆法也存在著缺點，例如：工序多、開挖量大、安全性能差、施工環境差、工人勞動強度大等等。

掘進機的掘進速度較快、安全性能高、作業人員少、施工環境好等優點，這些都是鉆爆法無法與之比擬的。但是掘進機也有著缺點，即對施工地質、施工環境等有著較高的要求，而且對隧洞斷面形狀以及尺寸有著較嚴格的要求。另外，掘進機的相關設備以及部件安裝對施工場地都有著較高的要求，因此，不能適用于較偏僻且地形復雜的山區［1］。

綜上所述，以上兩種方法在隧洞施工中發揮著重要的作用，其自身都存在著優缺點，因此，在進行隧洞施工時根據兩張方法的優勢選擇適合的施工方法，并且發揮出他們各自的優勢，從而推動隧洞施工工程的發展。

3 隧洞支護結構理論的發展以及現狀

隧洞一般屬于地下工程，其施工環境以及施工條件與地面上施工是截然不同的，且比地面施工要復雜的多。然而很長一段時間內一直借鑒地面施工經驗來研究隧洞施工方法，其不但不能正確闡明隧洞的各種力學現象以及過程，而且不利于地下工程的發展，因此，需要繼續探索隧洞設計、施工等理論和方法。

隧洞支護結構與巖土力學有著密切的聯系，隨著巖土力學的發展則隧洞支護結構理論也有著巨大的發展。如此一來，隧洞支護結構逐漸出現新型的支護結構，加上巖土力學的發展以及測試儀器分析方法的更新等，從而完善了隧洞支護結構學，逐漸成為了一種新的學科。

在隧道支護結構理論中有個重要的問題，則是要考慮要支護結構上的荷載該如何確定。而隧洞支護結構理論是隨著巖土力學理論發展而來的，那么支護結構理論離不開巖土力學理論，隨著一系列的研究，逐漸探討出了一種新型的支護技術并應用到隧洞施工工程中。

4 輸水隧洞巖石掘進機施工設計

4.1 工程概述

本文就遼寧省大伙房水庫進行分析介紹輸水隧洞工程以及施工支護技術。大伙房水庫是一條超長輸水隧道，并且屬于地下工程，足以借鑒討論本文隧洞工程施工支護技術研究，接下來將本水庫工程進行簡單的概述介紹。

輸水隧洞全長85.31km，此次工程主要采用掘進機與新奧法結合施工，前24.58km是采用新奧法施工，剩下的有其中兩米進行鉆爆法施工以外全程采用掘進機施工，該隧洞一共設置了16條施工支洞，目的不僅是為了保證施工工作的順序進行，而且為日后進行檢修、測試工作時提供方便。工程所在地主要氣候為大陸性氣候，夏季多雨，冬季嚴寒干燥，在進行此次施工時主要漏出以下巖組，例如：混合巖、混合花崗巖、白云石大理巖、石英砂巖、熔巖、斑巖等等。

4.2 巖體隧洞支護結構設計原理以及方法

4.2.1 隧洞的受力特點

4.2.1.1 隧洞在巖土地質內的開挖

由于隧洞在巖土地質中進行施工開挖的，因此，支護結構設計受到隧洞地質環境的影響。隧洞地質環境是指地質體的形成、地質狀況、原巖力學特性等，與地面結構不同，地下隧洞的荷載受到當地工程中的地應力的影響其計算過程較復雜且難以計算。在支護結構設計的時候需要對地質環境進行全面勘測了解，從而保證隧洞工程的順利進行以及為以后的使用提供保障。

4.2.1.2 支護結構荷載

隧洞支護結構受到各種各樣的荷載，例如隧洞周圍的地質、其本身也是一種承載體等等。支護結構上的壓力與原巖應力以及地質強度等有關，在地下工程中隧洞支護發揮著重要的作用，例如支護結構還要承載著荷載。

4.2.1.3 隧洞結構受施工方法影響

在隧洞工程施工中其結構的多少以及質量都受到施工方法的影響，因此，需要考慮到支護結構的穩定性以及承受力，如果施工方法不當，則會大大降低支護結構的穩定性，甚至容易被破壞。

4.2.1.4 隧洞支護結構的承載力

隧洞工程屬于地下工程，與地上其他工程有著本質的區別，隧洞支護從而發揮圍巖的自承力。

4.2.2 隧洞支護類型

4.2.2.1 剛性支護結構

這種支護結構需要足夠的剛性以及斷面尺寸，通常采用現澆混凝土。剛性支護結構根據構造上看，分為貼壁式結構和離壁式結構。其中貼壁式結構是指圍巖與襯砌緊密接觸，中間需要有回填層，但是這種結構防水效果差，一般不采用這種支護結構用于輸水隧洞施工工程中。而離壁式結構一般依附著其他結構，然而在輸水隧洞施工工程中沒有可依附的其他結構，因此，缺少保護和承載的結構很容易出現安全事故。

4.2.2.2 柔性支護結構

結構受到各種各樣的力，因此在進行隧洞水工的過程中需要考慮到隧洞支護結構是否安全、是否能夠承載，另外還要考慮到隧洞圍巖的穩定性。如果支護結構的強度由支護材料來評定，而圍巖的穩定性只能憑借以往的經營來確定。

4.2.2.3 發揮圍巖的自承力

在進行隧洞支護結構設計的時候要考慮到圍巖的自承力，在圍巖內進入塑性，柔性支護結構是現在最新的一種結構形式，它具有及時進行支護的特點，對圍巖的變形進行限制同時又允許，因此，被廣泛運用到輸水隧洞施工工程中。錨噴支護是襯砌結構的一種主要柔性支護類型，其適應于輸水隧洞施工工程中，且使得圍巖與其結構緊密結合，從而實現共同承載的目的。另外柔性支護還包括：預制的薄型混凝土支護、硬塑性材料支護、鋼支撐支護等等。

4.2.2.4 復合式支護結構

復合式支護結構是將剛性支護與柔性支護二者組合，復合支護一般適用于軟弱地層，是一種新興的支護結構形式。這種支護首先采用柔性支護讓圍巖釋放大部分變形和地壓，然后余下的圍巖變形再采用剛性支護進行對其承受，從而保證圍巖的穩定性。

5 隧洞開挖支護技術

目前對輸水隧洞洞口施工措施有：噴錨支護、預應力錨索、鋼筋混凝土地下連續墻等。隧洞開挖施工方法有幾種：全斷面、短臺階、長臺階等。進行隧洞開挖施工過程中綜合考慮當地工程特點以及地質、地貌等條件選擇最適合的施工設備以及施工支護結構，從而保障施工工程的質量以及保證其使用性能、壽命，為以后的使用。首先進行地面開挖作業，開挖程序為測量放線—審核—開挖——驗收。其次進行隧洞開挖，開挖程序為洞口開挖—洞身開挖—設置隧洞內通風散煙—裝碴運輸。隧洞臺階法施工工藝流程圖見圖1，隧洞全斷面開挖施工工藝流程圖見圖2。

6 結 語

本文通過對輸水隧洞施工支護以及技術進行了綜合闡述，并結合遼寧大伙房水庫輸水工程進行探討，由于隧洞工程屬于地下工程，其施工技術受到很多應力的影響，是一個極其復雜的工程。本文對輸水隧洞施工支護技術進行探討，是為了輸水隧洞工程更好的進行，為以后隧洞施工技術方面、施工設備方面更進一步的探討而提供相關參考資料。

圖1 隧洞臺階法施工工藝流程圖

圖2 隧洞全斷面開挖施工工藝流程圖

［1］吉剛，申魯，李國亮，范向輝，郝飛鵬.大直徑薄覆蓋層輸水隧洞施工支護技術［J］.人民長江，2013（16）：71－73，80.

TV554

B

1007－7596（2014）08－0097－03

2014－03－09

紀鵬（1985－），男，遼寧撫順人，助理工程師。