烏斯通溝水庫放空沖砂隧洞開挖支護施工技術

王曉平

（中國水電基礎局有限公司，天津 301700）

隧洞本身具備地質構造的特殊性，工程技術人員對特殊的不良地質洞段，如果沒有嚴格保證其達到安全穩定程度，則不良地質洞段易產生失穩坍塌、冒頂等后果，從而給施工作業人員帶來安全隱患等因素。新疆地區的烏斯通溝水庫屬于供應當地工業企業用水以及農業灌溉用水的重要工程組成部分，因此務必需要確保水庫導流放空沖砂隧洞達到工程最佳安全效能標準。同時，工程技術人員應當密切監測隧洞支護體系的各項指標變化，以便于及時判斷隧洞支護體系的失穩隱患因素，正確應對與解決隧洞開挖支護的工程技術實踐難題。

1 新疆烏斯通溝水庫的基該工程特征

烏斯通溝水庫工程是一座以灌溉、工業供水為主的水庫工程，主要承擔向伊拉湖工業園區及阿拉溝流域一般工業的供水調節任務，同時解決灌區灌溉供需矛盾突出問題，緩解地下水超采問題。工程建成后向下游各業供水2128 萬m3。烏斯通溝水庫工程的主要開發任務是灌溉和工業供水，遏制灌區地下水超采。水庫總庫容1440 萬m3，正常蓄水位905.0m，興利庫容1022 萬m3，死水位876.0m，死庫容315 萬m3，綜合放水設計流量3.0m3/s，設計灌溉面積17.2 km2。

烏斯通溝水庫工程規模屬Ⅲ等中型工程，建筑物由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、右岸導流放空沖砂隧洞和溢洪洞、左岸灌溉引水隧洞組成。主要建筑物瀝青砼心墻砂礫石壩為2級建筑物，左岸灌溉引水隧洞、右岸導流兼放空沖砂隧洞、右岸溢洪洞等其他建筑物級別為3 級，臨時建筑物為5 級。導流放空沖砂隧洞全長為559.0m，導流洞由引水渠段、隧洞有壓段、工作閘井段、隧洞無壓段和出口明渠段組成，其中洞身段樁號為SL0+000.00～SL0+426.90，總長426.9m，縱坡0.03%。對導流洞主要設計為錨噴支護形式，采用鉆爆法施工，斷面形式為城門洞形隧洞尺寸為4.2m×4.7m（有壓洞段）、4.2m×5.2m（無壓洞段）。

表1 為導流放空沖砂隧洞的施工作業循環時間指標。

表1 Ⅲ類圍巖開挖支護作業循環時間指標表

2 新疆烏斯通溝水庫導流放空沖砂隧洞開挖支護的總體施工方案

導流放空沖砂進口段和出口段同時對向開挖，相距30m時停止一端開挖，在完成支護施工后，另一側單向開挖至貫通。導流洞進洞前應完成洞口邊坡開挖、支護及洞口鎖口錨桿，方能進行洞內開挖施工[1]。導流洞洞出口進洞前完成洞口邊坡開挖、支護、鎖口錨桿、超前錨桿，方能進行洞內開挖支護施工。豎井與導流洞間巖體厚度小于10m 時，應采取控制爆破措施，同時采取隧洞交叉處結構加強支護等措施后，方可進行剩余段開挖，并做好相應安全防護措施。邊坡被動防護網在設計高程處未施工完成，禁止下級邊坡開挖施工[2]。

從總體的施工規劃次序角度來講，隧洞開挖支護的基本施工環節重點包括前期放線測量、清理場地的表土層、開挖截水溝、修整洞臉邊坡體系結構、布置錨筋樁、布置錨桿以及噴混掛網操作、布置被動性的工程防護網體系、開挖進洞操作等。施工技術人員針對隧洞開挖中的上述各個環節步驟都要密切進行質量檢測，嚴格確保隧洞開挖以及圍巖支護的預期效果[3]。

3 新疆烏斯通溝水庫導流放空沖砂隧洞開挖支護的施工技術要點

導流放空沖砂洞具有作業面狹小、空間受限、較長的施工線路以及復雜區域地質構造的水工隧洞工程，在施工前應當建立有效的工程質量保障措施，尤其是針對隧洞開挖以及隧洞支護體系的布置施工環節過程而言。在目前的現狀下，某些隧洞施工的操作實施人員由于忽視隧洞開挖支護中的操作細節質量監管工作，因此導致隧洞體系結構失去堅固性，甚至是隧洞地質塌陷，對施工人員造成人身傷害[4]。由此可見，工程技術人員必須要深刻認識到隧洞開挖支護的質量安全監管工作的意義，具體涉及隧洞施工技術的要點如下。

3.1 布設隧洞開挖的工程通風通道

隧洞體系結構包括了狹小的施工場所空間，施工操作人員所在的工程區域固有地質結構相對較為復雜，其中包括隧洞潛水層、風化巖層及軟弱土層等特殊地質結構[5]。在這種情況下，隧洞施工的操作人員必須要保留工程通風以及人員逃生通道，旨在提供最基本的隧洞施工防護與保障，防止隧洞支護的施工人員在緊急狀態下無法順利逃生。具體針對施工通道在進行設計規劃時，基本思路為布置隧洞的逃生通道，充分確保工程運輸車輛以及施工操作人員能順利進出隧洞施工場地。工程技術人員對結構較為狹窄的隧洞體系組成部分來講，應當致力于合理拓寬設備錯位區域，同時還要嚴格確保現有的隧洞進出車輛與行人通道滿足防火安全指標。

工程支護體系的施工技術人員必須要全面重視施工通風的體系結構布置，運用因地制宜的隧洞通風結構設計思路來優化現有的隧洞通風模式。具體針對引水隧洞來講，包括較小斷面以及較長人員進出線路的隧洞必須要預留施工通風體系，結合噴霧除塵的關鍵工藝技術方法來保障隧洞施工的操作人員安全。在目前的現狀下，隧洞支護的施工單位人員重點應當考慮采用機械化的凈化除塵體系結構，使用信息化裝置來準確測試實時性的洞內有害有毒氣體濃度，完善隧洞通風體系的監管工作施行保障機制[6]。例如在圖1 中，施工技術人員首先需要確保爆破造孔深度為3m，開挖過程中主要運用噴射混凝土支護以及砂漿錨桿支護體系。施工技術人員重點應當針對C25 規格的混凝土進行均勻噴射處理，確保系統砂漿錨桿的拱頂部位的面積為1.2m×1.5m。

圖1 Ⅲ圍巖開挖支護的工程支護參數圖

3.2 隧洞開挖爆破施工

隧洞爆破施工是非常關鍵的隧洞施工操作步驟，隧洞施工的技術人員應當嚴格按照隧洞爆破的正確操作步驟來進行爆破施工處理，避免給隧洞作業人員帶來人身安全的隱患。隧洞開挖爆破的掏槽施工步驟應當置于首要地位，工程技術人員對此需要準備機械化的大型施工輔助設施，確保掏槽孔能夠達到環狀布置的標準，運用垂直設計的技術手段來布設掏槽孔洞[7]。一般來講，工程技術人員針對隧洞爆破的操作施工環節需要確保限定在40mm左右的鉆孔直徑尺寸大小，并且至少應當預留6 個左右的裝載炸藥孔洞。例如在圖2 中，工程技術人員主要應當控制于2m 的爆破造孔深度，開挖過程中主要運用噴射混凝土支護、砂漿錨桿、鋼拱架支護體系。全斷面開挖的施工操作過程關鍵應當包括初噴混凝土、系統錨桿支護、掛鋼筋網、鋼拱架接長處理、復噴混凝土等要點。

圖2 Ⅵ圍巖開挖支護的工程支護參數圖

工程技術人員應當準確計算掏槽施工區域的炸藥裝載總量，否則如果出現了錯誤計算的情況，那么隧洞爆破操作的預期良好成效就無法得以充分展現，并且還會造成隧洞爆破操作中的人身傷害。在該基礎上，隧洞施工的工程技術人員務必將循環進尺設計長度控制在 2m～3m 。相比于掏槽孔的鉆探施工處理深度數值而言，爆破作業人員在正式進行掏槽施工操作的環節中，至少需要保留0.5m 左右的額外進尺長度，確保掏槽孔洞鉆探處理深度為2.5m～3.5m。

具體在計算掏槽施工區域的炸藥裝載體積數目過程中，隧洞工程技術人員必須要做到嚴格控制與限定裝藥總量。通常來講，施工技術人員應當將鉆孔長度表示為字母L，將裝填炸藥的系數表示為T，將掏槽施工區域的裝藥小孔總數表示為N，并且限定在0.7kg/m 的線裝藥密度。因此，掏槽施工區域的最大裝藥總量指標Q應當等于L、T與N的乘積，確保滿足掏槽區域的最大裝藥承載能力標準。

3.3 隧洞支護體系施工

隧洞支護體系構成了承載隧洞主體重量的最關鍵部位，工程技術人員目前必須要重點針對隧洞支護的體系結構部位展開嚴格質量監測工作。隧洞支護體系應當達到結構承載強度的最大限度要求，有效避免并且預防隧洞體系的失穩坍塌后果產生。作業人員對隧洞混凝土的噴射施工層至少需要控制在4cm 以上的層次厚度，結合錨桿支護的工程技術手段來保障隧洞圍巖的穩定安全性。在該前提下，施工技術人員有必要格外關注隧洞破碎帶以及其他特殊的隧洞地質結構體系，進而對原有的錨桿支護以及混凝土噴射施工強度予以適當增加[8]。

例如對掛網錨噴的隧洞支護組成方式來講，隧道工程的施工操作人員需要準確控制鋼筋網的掛網距離長度，同時還應當保證滿足8cm 以上的混凝土層覆蓋厚度技術標準。隧洞施工的操作技術人員應當保證錨桿布設長度為5m 左右，并且達到2m 左右的錨桿間隔距離。隧洞作業人員目前最好選擇綜合性的掛網錨噴技術、超前錨桿支護技術、鋼支撐技術來組合形成隧洞支護體系，確保緊密連接超前錨桿結構與鋼支撐的頂拱部位，然后應該將鋼筋網布置在隧洞體系的適當區域。

3.4 處理隧洞特殊洞段

隧洞體系結構中的特殊區域部位比較容易發生失穩、塌方、冒頂等安全隱患，因此決定了隧洞施工的施工技術人員、作業人員應當謹慎處理特殊的隧洞地質區域，尤其是對地下水豐富的部位、豎井于隧洞交叉部位以及隧洞貫通部位而言。例如對隧洞的貫通結構部位來講，隧洞工程的施工技術人員必須嚴格控制施工質量，確保隧洞交叉部位達到堅固程度以及安全程度標準，可運用實時檢測的儀器技術手段來控制隧洞施工質量。

隧洞進出口段是易發生塌方、冒頂的區域，因此必須要充分確保隧洞施工的作業人員準確掌握隧洞進出口段的施工處理要點。隧洞施工人員目前需要重點針對進出口段的鎖口體系結構進行開挖施工處理，然后將鎖口錨桿均勻布置在兩側的隧洞輪廓線區域部位。在必要時，隧洞工程的結構設計人員應當視情況選擇錨噴加強以及鋼拱架的雙重支護體系，同時，延長強支護段長度進而達到全面增強隧洞支護力度的效果。

此外，隧洞交叉口的重點區域部位必須要保證滿足隧洞安全施工的基本條件標準，充分保證隧道施工的作業人員能做到正確處理隧洞的交叉口特殊地質結構。在開挖豎井的過程中，應當保證主洞與支洞的連接交叉區域部位滿足承載性能良好的技術要求，并且合理采用布置密集孔洞等技術手段來解決施工技術難題。對破碎與松散的隧洞巖體應當防止出現頻繁擾動的情況，正確運用超前支護的施工技術措施。

表2 為中斷面的水庫隧洞體系支護施工操作實施要點。

表2 中斷面的水庫隧洞支護施工操作技術要點

4 結語

經過分析可見，水利工程中的隧洞結構體系不可缺少支護結構支撐，施工作業人員針對隧洞開挖支護的重要工程組成部分應當給予關注，嚴格遵守隧洞開挖支護的正確操作實施步驟。通常情況下，隧洞開挖支護的關鍵施工要點應當體現在布設隧洞開挖的工程通風通道、開挖爆破施工、支護體系施工以及特殊部位施工處理等。隧洞施工人員對自身安全健康應當切實予以保障，謹慎預防隧洞土層塌陷以及土壤結構失穩等工程隱患。隧洞施工的操作技術人員應當致力于引進機械化與自動化隧洞開挖支護手段，合理節約與控制隧洞施工成本。