淺談水利隧洞工程的開挖施工及其塌方處理

張成江

山東臨沂水利工程總公司

淺談水利隧洞工程的開挖施工及其塌方處理

張成江

山東臨沂水利工程總公司

隧洞工程施工是水利工程建設中的重要組成部分，并且水利隧洞工程開挖施工具有許多不確定因素，容易對隧洞工程施工質量造成影響，為保障水利隧洞工程施工的安全性，必須優化及創新施工工藝，以提高水利隧洞工程施工的可靠性。本文闡述了水利隧洞工程開挖常見的施工技術，對水利隧洞工程開挖的施工準備、施工要點及其塌方處理進行了探討分析。

水利隧洞工程；開挖；施工技術；施工準備；施工要點；塌方處理

1 水利隧洞工程開挖常見的施工技術

1.1 全斷面開挖施工技術。全斷面開挖技術主要應用于一些地質條件好、巖體較堅固的隧洞中，通過一次性鉆爆使其成為隧洞，隨后在對洞室進行支護施工。隧洞全斷面開挖方式的優勢在于：保障施工安全與質量的情況下，工序少，施工速度較快。嚴格按照施工組織的要求來開展工作，施工期間也不會受到太大的干擾，有條件時可以充分利用機械，減少人力資源投入，并一次開挖成型，對圍巖的擾動小，有利于圍巖的穩定。施工過程中，針對隧洞開挖效果(殘孔率)有特殊要求、地質狀況不明、解決排水、通風等情況時，可先行開挖導洞，根據施工方案的要求來將導洞設計成所需要的尺寸和形狀，而后擴挖完成隧洞開挖。

1.2 臺階開挖施工技術。水利隧洞工程的臺階開挖施工技術適用于穩定巖體、土層及不穩定巖體，有正臺階法和反臺階法之分。按臺階長短有長臺階、短臺階和超短臺階三種，近年由于大斷面隧道的設計，又有三臺階臨時仰拱法，甚至多臺階法。至于施工中究竟應采用何種臺階法，施工時應根據洞室大小，圍巖情況進行方法的選擇。正臺階環形開挖法、中隔壁法(CD法)、交叉中壁法(CRD法)、雙側壁導坑法等開挖方式適用圍巖地質條件差和軟弱圍巖開挖中應用，選擇時應根據施工安全、洞室大小等多方面因素考慮選擇。

2 水利隧洞工程開挖的施工準備

水利隧洞工程開挖施工前需要對施工人員進行技術交底工作；并且結合水利隧洞工程施工圖要求，采取測量放樣工作，測量人員根據設計圖紙進行測量放樣，測量放出開挖軸線、邊線和開挖深度、坡度等控制線和控制樁，然后針對工程施工現場水源、流量、地形、地貌和地質條件，結合永久排水設施布置排水系統。在開挖區域外側設置截水溝、開挖層面上設置臨時排水溝和集水坑，開挖面保持一定的坡度，把雨水、施工生產廢水、圍巖滲水及工作面內積水引排或抽排到工作面外。

3 水利隧洞工程的開挖施工要點

3.1 隧洞開挖施工測量的要點分析。水利隧洞工程在開展測量工作時，需要由專業施工技術人員實施，結合實際，依據爆破設計的工程參數要求進行點布孔位。開挖斷面的測量工作需要在噴混凝土之前進行，測量間距需在5～10m 之間。定期對洞軸線進行全面測量、檢查，同時復測也是必不可少的，多次測量以確保測量控制工序質量。此外，隨洞室開挖以及支護進度，在兩側洞壁及洞頂間隔20m之處設樁號標志。

3.2 鉆孔施工要點的分析。水利隧洞工程鉆孔施工過程中，施工技術人員需要嚴格按照測量定出的腰線、中線、測量布孔以及開挖輪廓線進行鉆孔作業。濕式風鉆鉆孔時，首先進行卡套、機身、螺栓、彈簧和支架的檢查，以確保其正常完好運行。若出現鉆桿不直、帶傷，供水異常，鉆孔堵塞等現象，需對其進行及時修理或更換。為了避免出現超挖現象，須將周邊孔的外偏角嚴格控制在設備所能達到的最小角度內。掏槽孔以及光爆孔的偏差應在 5cm 以內，其它炮孔孔位偏差不應大于10cm。

3.3 爆破施工要點的分析。(1)爆破方案設計，周邊全部依據光面爆破方法實施，必須確保開挖斷面以及洞壁保持平整性。嚴格控制單響炸藥的使用量，盡可能的降低爆破對圍巖的干擾。(2)爆破試驗。在進行施工過程中，根據巖石出覆狀況，制定初步爆破設計方案并上報，待監理工程師審批后，方可實施爆破試驗。觀測現場爆破效果從而選擇合理的爆破參數，并結合現場巖石性質與級別的變化程度對設計方案進行調整。(3)爆破關鍵點。針對不同的圍巖以及開挖斷面，選擇適宜的爆破設計，鉆孔直徑在 38～42mm之間，依據鉆孔設備以及圍巖類別來確定炮孔深度。一般情況下使用防水乳化炸藥。孔內利用非電導爆管進行起爆，導爆管由雷管引爆，這樣可避免雜散電流引爆電雷管。為保障周邊光面爆破效果，同時減少爆破震動而引發的對圍巖的振動，周邊孔最好使用不耦合裝藥，以線性布置方式在周邊孔布置炸藥。

3.4 危石清除要點分析。水利隧洞工程在爆破工作完成后，需要及時清除爆破產生的危石，同時對已開挖洞段的圍巖穩定情況進行多次檢測，對可能塌落的松動巖塊進行清除。施工時，邊頂拱以及掌子面上殘留的危石及碎塊需使用反鏟清除，確保施工人員以及現場設備的安全，安全處理巖面破碎洞段后，可在隧洞上先噴一層厚度為5cm的混凝土，完成出渣工作后，再次進行安全檢查及相應處理。

4 水利隧洞工程的塌方處理

水利隧洞工程開挖施工中塌方的處理原則，按“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的原則快速進行。所謂“小塌清、先支后清”，就是指當塌方量不大時，可采用將塌方全部清除的處理方法。在清除塌方之前，應將塌方的頂部支撐牢固，避免繼續塌落，防止洞頂掉塊砸傷施工人員。因為當隧洞發生第一次塌方后，自然拱范圍內的土石還有繼續坍塌的可能，塌方坑道的兩側邊坡常不穩定，先清除塌碴可能會使側壁失去平衡而松動塌落，塌方坑道進一步增寬，自然拱進一步增高而再次塌方。如此反復，極有可能引發大塌方。當然，若圍巖地質條件較好，塌方只是局部的松軟夾層，且范圍不大，經分析不會繼續塌方時，也可對塌方進行清除處理，再進行支撐或不支撐。所謂“大塌穿，先棚后穿”，就是指當塌方量很大，一時難以清除，塌穴形狀和大小無法查明時，可將塌方體視為松散破碎的地層，采用超前支撐、開挖導坑的方法穿越塌方體。穿越前必須將塌方部為的兩端支頂牢固，防止塌方延伸。穿越時，使用插板法支撐，在導坑頂部采用插板插入塌方體，形成棚頂，逐步開挖進占，并考慮邊挖邊襯砌。

5 結束語

水利隧洞工程開挖施工受到環境、地質、圍巖等多種因素的影響，因此在施工前需要結合施工實際，選擇合適的施工技術，從而提高隧洞工程的質量，并及時處理塌方。

[1]趙鑫.水電站引水隧洞開挖及支護的施工技術[J].山東工業技術，2016(13)