試分析水利工程隧洞施工技術及措施

崔佳CUI Jia

（葛洲壩集團第一工程有限公司，宜昌 443002）

（The 1st Engineering Co.，Ltd.of China Gezhouba Group Corporation，Yichang 443002，China）

0 引言

由于隧洞施工受到多種外界條件與因素的影響導致其具有相當的施工難度，也正因為如此，隧洞施工在水利工程中一直占據重要位置并備受重視，確保整個隧洞施工過程的安全與穩定是水利工程的關鍵之一。

1 水利工程中隧洞工程的類型和特點分析

按照隧洞功能的不同，可以將其分為泄水隧洞和放水隧洞。所謂泄水隧洞指主要用來從水庫放出用水者所需水量，泄水隧洞是用來配合其他泄水建筑宣泄洪水或排沙等；根據隧洞輸水時的水流性狀不同可將其分為有壓隧洞與無壓隧洞。引發水電的隧洞通常為有壓隧洞，而泄洪、排放水庫泥沙以及施工導流等用途的隧洞一般是無壓隧洞。有壓隧洞通常采用馬蹄形斷面或圓形斷面，而無壓隧洞則常用圓形、馬蹄形以及城門形斷面等。無壓隧洞在輸水時通常水流不會完全充滿，而是保持一定的凈空，具有自由水面，而有壓隧洞運行時，水流則會充滿整個斷面，其內壁受到一定的內水壓力，無自由水面。隧洞由進口段、洞身以及出口段構成，進口段一般會通過設置塔式、豎井式或者斜坡式的攔污柵與閘門等；洞身則會結合具體工程的水流條件與地質條件、施工條件而定。無論哪種隧道類型，在高流速狀態下均嚴禁其同一段隧洞出現有壓與無壓的明、滿交替運行狀態，以避免造成負面的震動與空蝕現象發生。

水利工程中隧洞的結構特性與工作條件決定了其深式過水建筑物特點和地下建筑物特點。蓄水樞紐中的隧洞進口一般在水下較深的部位，其具有較強的適用性，能夠在不同高程處進行泄水與放水，進而滿足不同的使用需求。地下建筑物特點則是指隧洞中一些臨時性支護與永久性襯砌等，這是由于隧洞的開挖往往會改變巖層原來的平衡狀態，為防止巖層某些部位以及進出口發生崩塌，通過這些支護與襯砌來保證其安全運行。

2 水利工程隧洞的選線原則

由于洞線選擇與圍堰的穩定性、施工進度以及安全運行等息息相關，所以必須充分重視工程所處地形。地質條件、水文條件等影響因素，通過經濟技術對比來選擇較為合理的洞線。通常隧洞選線時應注意以下原則：

首先要盡量避開地質條件較差的地段，這是隧洞工程的關鍵所在。隧洞的路線選擇應盡量避開山巖壓力大、地下水位高、漏水嚴重的巖層以及斷層、破碎帶和可能滑坡的不穩定地段，而盡量選擇完整、堅硬穩定且地質構造較為簡單的山體內，以充分利用圍巖的自承能力，當隧洞軸線與巖層面及主要節理裂隙相交時應盡量成較大夾角，同時采取較為妥善的防御措施，以防圍巖失穩發生并擴大，進而保證隧洞施工及運行安全。其次，在達到樞紐總布置要求條件下，隧洞路線應選擇線路短且直、沿線地質構造相對簡單的有利施工方案，減少工程費用以及水頭損失的同時取得最后的水流條件。如有因地形、地質條件和樞紐布置原因而不得不轉彎時，其轉彎半徑不宜小于5 倍的洞徑或洞寬，其偏轉角通常不大于以使彎道水流平順。針對通過高速水流的無壓隧洞則應力求在平面上設置盡量少的曲線段。再次，隧洞要保證由足夠的圍巖厚度。隧洞較深的埋置深度可以充分利用圍巖的彈性抗力和減小地震力的影響以達到減小襯砌厚度的目的。洞身部分一般均埋置較深，其進、出口部位的圍巖厚度一般應達到1 倍的洞徑或洞寬。但在采取了合理的施工程序和工程措施之后圍巖厚度還可以減小。對于相鄰兩隧洞間巖體的厚度一般應有3 倍的洞徑或洞寬，巖體較好時可適當減小但最小不得小于1 倍的洞徑或洞寬。

此外，還需要兼顧施工方便。針對長隧洞洞線的選擇還應將設置施工豎井或支洞問題考慮在內，以便于增加開挖工作面增快隧洞施工的進度。

3 水利工程隧洞工程過程的要點分析

3.1 隧洞施工過程中，隧洞的開挖環節是重要環節之一，只有在此環節選擇了合適的開挖方式才能夠加快隧洞施工進度并確保隧洞施工質量。隧洞開挖的方式主要包括全斷面開挖和導洞開挖兩種方式，至于選擇哪種開挖方式則是通過對圍巖類別、隧洞斷面規格和施工水平以及機械設備等進行綜合分析來確定的。

全斷面開挖法方式主要是通過一次性鉆爆斷面而形成洞，并待全洞貫通后根據實際施工安排和圍巖所允許暴露時間來進行下一環節的襯砌與支護施工。由此可見，全斷面開挖方式主要適合于圍巖相對完整且堅固的情況。

導洞開挖方式指在斷面上首先開挖導洞，并以此為中心擴大到施工設計所要求的規格。這種方式有效的解決了施工過程中的排水問題與洞內通風問題，并因擴大了臨空面而大大提升了爆破效果。

3.2 由于在水利工程隧洞施工中隧洞塌方事故較為常見，只有做好預防工作才能使其得到控制。首先，要認真做好勘測與設計工作。通過詳細了解并掌握工程所處環境的地質情況，結合對山體與地質情況的掌握，選擇適宜的施工方法并做好施工組織設計，為工程施工做好準備工作。另外，隧洞通風防塵措施。應保證在隧洞施工中的作業環境符合國家衛生標準。并采取通風、灑水等防塵措施，搞好個人防護并定期測試粉塵和有毒氣體的濃度。

3.3 隧洞錨桿施工環節。根據設計要求和圍巖情況確定孔位，注明標記，然后采用“先注漿后插桿”程序，鉆頭直徑應比錨桿直徑大15mm 以上，而鉆孔的深度則由不同的錨桿而有不同的規定；在鉆孔結束后，應清除干凈孔內的巖粉和積水；錨桿桿體露出巖面的長度應小于等于噴射混凝土的厚度。

3.4 隧洞噴射混凝土施工。結合工程量與工程進度要求以及工藝流程等條件選擇噴射機，優先選用濕式噴射機，濕式噴射機所用的黃砂細度模數、含泥量及含水量要求較高，施工時應嚴格把好黃砂質量關。噴射混凝土前，應清除開挖面的浮石和墻角的石渣、堆積物，并用高壓風或水把受噴面沖洗干凈，對于遇水易潮解、泥化的巖層，應用高壓風清掃巖面。

3.5 隧洞襯砌施工。根據周邊位移的量測結果判斷圍巖的穩定性，決定襯砌施作時間。襯砌應在圍巖和支護變形基本穩定并具備條件時再加以施工。隧洞襯砌形式與斷面形狀和尺寸、運行條件、內水壓力、圍巖條件、防滲要求、支護效果、施工方法等因素有著密切的聯系，其襯砌一般為平整襯砌、單層襯砌、錨噴襯砌、混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌和預應力混凝土襯砌。

3.6 隧洞回填灌漿施工。混凝土及鋼筋混凝土襯砌的頂部，只有進行回填灌漿才能達到空腔并防止通水后拱部產生塌方，危及供水；而回填灌漿的范圍、孔距、排距、灌漿壓力及灌漿濃度等都和隧洞的襯砌結構型式、運行條件等有著十分密切的聯系。

回填灌漿只能在襯砌混凝土達到70%設計強度后進行。另外灌漿壓力要結合現場灌漿實驗綜合分析確定；土洞鋼筋混凝土襯砌則宜采用低壓灌漿，灌漿壓力宜為0.1MPa～0.2MPa 就可以了。

另外，必須分區段進行灌注，且要分兩個次序進行，通過較高的一段堆進，同一區段的同一次序孔可全部或部分鉆孔后在灌漿，也可單孔分序鉆金和灌漿。后序孔為頂孔，先灌一序孔，后灌二序孔，施工應從低段向高段進行。

綜上，隧洞施工是水利工程隧洞的關鍵所在，施工技術通過工程的狀況、環境、地質、圍巖等不同情況的影響，其具體的施工技術也會有所不同，所以在具體的工程施工時，應結合工程的具體的情況和施工能力來采用具體的施工技術，進而提高施工技術發展水平。

[1]張小飛.上程水電站工程大田水庫泄洪洞水工模型試驗研究[J].廣西水利水電,2006(04).

[2]韓興海.引蘭入湯工程隧洞過流能力復核[J].中國科技信息,2007(20).

[3]李西平.引洛入葫工程施工控制網的建立[J].科技風，2011（13）.