淺析排洪隧洞施工的技術要點

邢喬

（重慶市酉陽縣水務局，重慶市 409800）

淺析排洪隧洞施工的技術要點

邢喬

（重慶市酉陽縣水務局，重慶市 409800）

結合正在施工的涂市鄉和興隆鎮排洪隧洞的實際情況，在相關的施工原則指導下，對施工過程中的施工測量、隧洞開挖、輔助施工措施、施工通風等方面的施工要點進行了詳細的探討，可為同類項目的施工提供一定的借鑒。

淺析；排洪隧洞；施工；技術要點

0　引言

酉陽縣位于重慶市三大暴雨區之一的渝東南暴雨區，境內降雨充沛，中小河流眾多，沿岸鄉鎮基本處于不設防的狀態，加之區內中小河流防洪基礎設施不足，使得中小河流面臨的防洪問題十分突出。涂市鄉和興隆鎮均地處巖溶洼地，暴雨期間的洪水主要靠巖溶管道宣泄，防洪能力不足2 a一遇。由于集鎮生活垃圾、農作物及其他漂浮物較多，造成消水洞、落水坑逐漸堵塞，泄流能力不斷下降，遇暴雨即澇。為解決涂市鄉和興隆鎮的防洪排澇問題，提升防洪標準，采取的主要工程措施為排洪隧洞。在實際施工中，由于地質、環境及其他因素的制約，使得隧洞施工面臨著諸多的問題，結合上述兩個鄉鎮排洪隧洞的施工實踐，對其中主要運用的隧洞施工技術要點進行以下探討。

1　工程概況

涂市鄉和興隆鎮的排洪隧洞為城門洞形，其中涂市鄉排洪隧洞洞內高度為5～7.4 m，寬度為4 m，長度為2642 m，縱坡為3.88%；興隆鎮排洪隧洞洞內高度為5.2～11.7 m，寬度為3.5 m，長度為2 967 m，縱坡為5.9%。基于隧洞所在地理環境條件，涂市鄉和興隆鎮的排洪隧洞均采用兩頭掘進，主要洞段采用全斷面開挖，擴大段與收縮段根據隧洞開挖高度采用分層開挖，周邊光面爆破施工工藝。鉆爆采用直線型掏槽，按設計開挖輪廓線布置周邊炮眼、輔助眼。而在隧洞的施工過程中，需要在進洞口的附近設置施工圍堰，圍堰施工斷面示意見圖1。

圖1　圍堰斷面的示意圖（單位：m）

2　施工測量控制

本次施工的兩個排洪隧洞的施工測量有地表控制測量和洞內控制測量兩種，以保證隧洞開挖按照規定的精度要求貫通，使襯砌結構符合設計要求。地表控制測量主要復核設計單位交付的洞外中線方向、長度以及水準點的高程，洞內控制測量是將校核過的洞口投點延伸至洞內。在隧洞的進出口附近分別設置不少于3個平面控制點和2個水準點作為洞內測量的起測依據。

2.1洞內測量

實際過程中，本次實施的排洪隧洞按照五等水準測量標準進行控制，每1 000 m水準測量高程差中的誤差不超過7.5 mm。洞內施工測量主要用來掌握開挖和襯砌的高程，保障隧洞的貫通誤差精度，其水準測量起算高程必須采用洞外水準測量的高程或洞外水準施工復核測量后的高程。洞內水準點間距一般在200～500 m之間，當襯砌工作面較多時，需事先將水準點加密，大約每100 m一點，使其在任何部位置鏡時都能直接后視水準點傳遞高程。在拱部邊墻施工段至少每100 m設一個臨時水準點用于坑道掘進，但此點不能作為襯砌工程的依據，水準點應用道釘或螺栓埋設在底部或邊墻下部。

2.2施工中的變形觀測

在開挖、擴大開挖、支撐和襯砌施工的過程中，因地質條件不良可能產生較大的沉陷和變形，兩側巖壁內擠，底部隆起甚至產生土石坍塌、襯砌斷裂、局部地段被推移的現象，應用觀察或檢驗的方法，從開挖后表面的變形、支撐受力后的情況，可大致判斷變形原因。施工中，必須設置觀測標志進行觀測，取得變形的大小、方向和速度的定量量測數據資料，以便決定采取相應的工程措施和防護措施。

隧洞襯砌完成后，在不良地質地段，襯砌結構物可能發生變形、沉陷或位移，應在此變形區設置變形觀測點，進行周期性觀測。變形觀測標志點可設置在隧洞的頂部、側壁和底板部位，并在變形區外50 m設立穩固的觀測控制點。

3　隧洞開挖的技術控制

按照施工設計技術要求，考慮到工程的地質條件、隧洞斷面尺寸、襯砌類型以及施工技術條件等因素，本次隧洞施工主要采用新奧法全斷面開挖掘進，嚴格遵守“少擾動，早噴錨，勤量測，緊封閉”的原則。該方法具有鉆爆施工效率高、施工工序少、互相干擾較少、機械化程度高、勞動生產率高等特點，對施工進度和工程質量有保障。

3.1排洪隧洞洞口明挖與支護

洞口明挖施工過程中應自上而下分層開挖，逐層剝離覆蓋層和強風化巖石，進行危巖處理和支護，確保邊坡穩定和施工安全。洞口土方明挖采用挖掘機進行挖裝，15 t自卸車運輸，洞口石方明挖采用松動爆破，鉆孔采用 YT27型風鉆配9 m3/min移動式空壓機，1.6 m3反鏟挖掘機配15 t自卸車裝運。

邊坡開挖修整后，在噴射混凝土施工之前，務必做好坡面的表面清理工作。將坡面上的松散巖石土塊以及其他會對混凝土產生影響的雜物清理掉，疏排裂隙滲漏水并引流表面積水。進行噴錨支護時，系統錨桿應伸入基巖2.5 m，鎖口錨桿應伸入基巖5.5 m。錨桿孔采用手風鉆造孔，錨桿注漿機注漿，人工安插錨桿，先注漿后插桿的施工工藝。噴射混凝土施工采用干噴機水泥裹砂施噴工藝，干噴料現場用0.4 m3拌和機按滿足設計要求的試驗配比配料拌合，機口按配比添加速凝劑，人工搭腳手架抱噴頭施噴。噴射混凝土終凝后噴灑低壓水霧養護至齡期。

3.2光面爆破技術要求

本次實施的兩個排洪隧洞均采用直線掏槽，起爆順序為：掏槽眼、輔助眼、周邊眼、底板眼，其中輔助眼應由里向外逐層起爆。

（1）根據圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，在實際操作過程中，適當加密周邊眼，周邊眼的最小抵抗線大于炮眼間距，周邊眼間距與最小抵抗線的比值控制在0.8左右，最小抵抗線保持在50～90 cm。

（2）周邊眼采用小直徑藥卷和低爆速炸藥。采用毫秒雷管微差順序，周邊眼同時起爆，使周邊爆破時產生臨空面。當圍巖軟弱、破碎或者在曲線、折線處開挖成型要求較高時，周邊眼間距取較小值，抵抗線適當增大。

（3）鉆孔成型后應該仔細檢查成孔質量，做好爆破眼的孔內清潔工作，將其中的異物清除干凈。及時排除堵塞或者塌孔等現象，保證裝藥工作能夠順利的完成。

（4）炮眼的數量直接關系到成洞效果、爆破效果的好壞，在施工階段須結合工程的實際情況進行相應的調整，繼而確定出最佳的炮眼數量。同時，還要基于巖石的類型初步選擇爆破參數，并在隨后的施工中不斷對爆破效果進行總結，通過對輪廓的平整度、半孔隙等的測量情況進行不斷的調整。

（5）正常情況下的裝藥順序采用自下而上、先兩側再中間的方式。在導爆管連線中，“一把抓”是通常采用的方法，配置兩個起爆的雷管，在完成了整個裝藥過程并且檢查安全后便可以進行起爆的操作。

3.3排洪隧洞施工排水

排洪隧洞的施工排水工作非常重要，其直接關系到施工過程能否順利展開。首先應在洞臉的頂部設置截水溝，在底部埋設管涵或暗溝并設置集水井，將洞臉周邊坡面水統一收集進入集水井，然后引排到附近的水溝或渠道中［1］。工作面在出口處的向上坡方向開挖隧洞時，在洞室一側開設排水溝，利用排水溝自流排水，排水溝隨工作面的掘進開鑿，并經常清理，必要時還可設置水溝蓋板。工作面在進口處的向下坡方向開挖隧洞時，分段設置集水井或集水箱，將洞室內滲水自流至集水井，再用水泵抽排至洞外。抽水泵的容量比最大滲水量大30%～50%，并保證有足夠的備用量，重要部位安設備用電源。開挖工作面和局部地段的集水，用潛水泵抽排至集水井。

4　開挖中的輔助施工措施

4.1錨噴支護

根據設計單位提供的資料顯示，涂市鄉和興隆鎮排洪隧洞大部分圍巖類別為Ⅲ類。頂拱和邊墻采用鋼絲網和C25噴混凝土（厚10 cm）進行支護，并在施工中設置長3 m的25隨機錨桿。

錨桿是隧洞施工中維護圍巖穩定，保證施工安全的重要支護手段之一，還可以在施工完成后作為永久支護結構的一部分發揮作用。它通過將層狀圍巖或松動區的節理、裂隙、破裂面等聯系起來，使巖層形成“組合梁”，幫助裂隙巖體和松動區形成整體的“加固帶”，來制止圍巖強度惡化，加固失穩巖體。而較厚的噴射混凝土可作為一個連續構件支護圍巖，約束圍巖變形，控制圍巖應力釋放。

（1）開工前應通過拉拔試驗來確認錨桿的錨固力，施工期間用拉拔試驗抽檢已安裝錨桿，抽檢頻率為20%。如發現有錨固力不足的，除必須對其周圍的錨桿實施拉拔試驗外，還必須檢查是否施工不良。錨桿軸力測試要根據圍巖條件來定，在比較堅硬的巖質中軸力測試就不太重要，但在松弛區域發達的山體中，軸力測定在支撐是否適當和安全的確認這點上就顯得很重要了。

（2）在錨桿作業中，事故多因圍巖或噴射混凝土剝落坍塌造成。而圍巖或噴射混凝土剝落坍塌主要是由于浮石清除不徹底、噴射混凝土與噴射面黏結不良等原因。噴射前一定要根據洞身滲水情況鉆設排水孔，使排水孔與錨桿間隔布置，保證噴射面干燥。

（3）噴射混凝土與巖層的附著力可以把作用在噴射混凝土上的外力分散到圍巖上，同時也提供了隧洞周邊的裂縫和節理等以剪切阻力保持塊體平衡，防止局部掉塊，在隧洞周邊壁面附近形成一承載環。

（4）裝有金屬網、鋼筋、排水設施、量測原件等的噴射面，應將其固定牢靠，因鋼筋網和金屬網固定不牢時，在噴射過程中會移動和振動，將增大回彈量，應使用錨固栓將其完全固定。

4.2超前支護施工要求

（1）超前錨桿或超前小鋼管支護宜和鋼架支撐配合使用，并從鋼架腹部穿過，特殊情況下亦可從拱架拱底部或頂部穿入。其與隧洞縱向開挖輪廓線間的外插角應為5°～10°，長度應大于循環進尺3～5 m。超前錨桿宜采用早強水泥砂漿錨桿。超前小鋼管應平直，尾部焊箍，頂部呈錐狀，鋼管頂入鉆孔長度不應小于管長的90%。

（2）管棚鋼架超前支護施工中，應在鋼架上沿隧洞開挖輪廓線縱向鉆設管棚孔，其外插角以不侵入隧洞開挖輪廓線為宜且越小越好。鉆進時，如出現卡鉆、坍孔等現象，應注漿后再鉆，也可直接將管棚鋼管鉆入。接長管棚鋼管時，接頭應采用厚壁管箍，絲扣長度不小于15cm，接頭在隧洞橫斷面上錯開。

5　溶洞段施工的質量控制

在洞挖過程中，應隨時觀察洞內巖層變化情況，先結合地勘資料查明溶洞分布范圍、大小、有無水以及填充物等，巖層的穩定程度和地下水流情況等，分別以引、堵、越、繞等措施進行處理。

（1）當水流的位置在隧洞上方或高于隧洞時，應在釋放距離外開鑿引水斜洞或引水槽，將水位降低到隧洞底部位置以下再行引排。當遇到暗河或洞內有水流時，在調查清楚水流流向及其與隧洞位置的關系后，用涵管、明渠、泄水洞等措施將水排出洞外。

（2）拱上空的溶洞，根據溶洞的巖石破碎程度來確定采用錨噴支護加固或加設護拱及拱頂回填的辦法處理。對停止發育、跨徑較小又無水的溶洞，可根據其與隧洞相交的位置及其填充物情況，用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉，并可根據地質情況決定是否采用加深邊墻基礎等措施。

（3）當隧洞底部遇到較大溶洞并有水流時，可在隧洞底以下砌筑漿砌片石支墻支撐隧洞結構，并在支墻內套設涵管引排溶洞水。當隧洞中部或底部有深狹的溶洞時，可加強兩邊墻基礎，并根據實際情況設置臺梁通過。

（4）溶洞上大下小，且有部分填充物時，可將隧洞頂部的填充物清除，然后在隧洞底部標高以下設置鋼筋混凝土橫梁及縱梁，橫梁兩端嵌入巖層。

6　施工通風

6.1通風方式選擇

隧洞開挖要求對每個施工工序、每一循環作業中，均應有很好的上下工序銜接，而提高洞室內通風效率，縮短排煙時間，是增加每一循環掘進長度、改善洞內作業環境、提高開挖效率、縮短每一循環時間的一個有效而直接的途徑。而根據以往的施工經驗及結合涂市鄉和興隆鎮排洪隧洞的特點，主要采用吹出式機械通風。在后期若通風效果達不到要求時采用混合通風，當輸送到工作面的壓縮空氣過剩時，可放出部分壓縮空氣，以使洞內空氣標準和粉塵允許濃度符合國家有關規定。

6.2通風設備選擇

在確定了通風方式之后，便需要對通風量進行計算，確定洞內通風所需的最大風量，應配置通風機的功率和工作風壓，然后根據這三者來選擇機型，并進一步確定風管和風機的匹配及布置［2］。在選擇風管時，除了考慮技術上可行之外，還應考慮在經濟上是否合理。風筒直徑小，成本低，但耗電量比較大；風管直徑大，成本高，但單機送風距離長，耗電最少。若選擇價廉質次的風管，漏風多，易損壞，更換也多；選擇優質風管，成本一次性投入多，但通風效果好，使用壽命長，綜合經濟性可能更優越。其性能的優劣和制造、安裝及維護的質量對通風效果有著直接的影響。本次施工的兩個排洪隧洞均使用對旋通風機，在進出口各安設一臺，其最大風流量達到43 000 m3/h，全壓5 600～7 200 Pa，轉速2 900 r/min，配置風管直徑為80 cm。

7　結語

在具體的施工過程中，仍需要在深入分析工程所在地的地質、環境、圍巖等實際情況的基礎上，對癥下藥，選擇合適的施工技術，并在施工過程中不斷進行改進和完善，以不斷提升參建各方的施工水平和建設管理水平，為類似水利工程的施工和建設管理提供一定的參考、借鑒。

［1］鄭衡.排洪隧洞施工技術［J］.黑龍江水利科技，2014（1）:186-188.

［2］蔡小文，戴海英.隧洞開挖施工的通風設計與實踐［J］.浙江水利科技，2005（1）:71-72.

U445

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1009-7716（2016）07-0223-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.065

2016-05-09

邢喬（1985-），男，重慶人，工程師，從事水利基建項目建設管理工作。