水利隧洞工程的開挖施工和塌方處理

路隆郡

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

在水利工程建設項目中，水利隧洞工程是重要的基礎工程之一。加強水利隧洞工程施工管理，能夠有效提升水利工程項目的經濟效益。因此，在工程施工過程中，應根據水利工程隧洞開挖特點，采用相應的施工技術，確保施工得以順利進行。

1 水利隧洞工程開挖施工要點

1.1 施工測量階段的要點控制

在水利隧洞工程施工中，應安排專人測量開挖施工中所需要的數據，并根據實際數據和隧洞爆破施工設計方案和參數，進行開挖爆破布孔。此外，在測量斷面時，應在混凝土施工前期，對測量距離進行控制，通常情況下，會選擇在5～10m 處對隧洞軸線開展全方位檢測，并確保檢測的精準性，合理制定工程總量，科學布置施工工序。在隧洞開挖施工準備階段，還需對隧洞洞壁和洞頂相隔20m 的位置，設置樁號和標志牌[1]。

1.2 鉆孔施工階段的要點控制

在隧洞開挖過程中，工作人員應根據測量的腰線、爆破布孔、開挖的周邊線等，采取相應的鉆孔技術開展鉆孔施工。還應仔細檢查鉆孔施工所用到的機器，包含機器卡套、機器內部彈簧、緊固件、支架等，確保鉆孔施工機器正常工作。

1.3 爆破施工階段的要點控制

爆破施工存在一定的危險性，因此，在作業開始前，應制定詳細周全的施工方案，保證開挖面具有良好的平整性，并對炸藥進行嚴格控制，使爆破對周圍巖層的影響降到最低。在爆破開始前，應進行多次爆破試驗，準確判斷周圍巖石的具體情況，這一過程也需要制定較為詳細的試驗方案，并上報相關監管部門，審核通過后才可以開展爆破試驗活動。試驗時，要做好爆破參數的收集與整理，包含巖石物理性質、力學性質以及變化程度等相關數據，并制定相應的爆破方案[2]。

2 水利隧洞工程常用的開挖施工技術

水利隧洞工程的開挖施工，應根據隧道周圍一定范圍內，對洞身的穩定有影響的巖體類型、底層的穩固性，選擇開挖施工技術，如全斷面開挖施工技術、導洞開挖技術等。隧洞高度相對較高時，可以采用臺階法開挖方案，以防止超挖，保證隧道開挖作業的安全性，提高施工質量。

2.1 全斷面開挖施工技術

這種開挖施工技術，主要適用于隧道圍巖穩定性較好的開挖段。開挖區域內的巖石比較堅固時，可以通過鉆孔、裝藥、爆破開挖隧道的方法實施作業，之后再進行支護作業。選用全斷面開挖施工技術，可以提高施工速度，使水利工程隧洞施工質量和效率顯著提升。

2.2 導洞開挖施工技術

導洞開挖是先掘進斷面的一部分,而后擴大至全斷面，通常適用于斷面較大、地質條件差的情況。導洞開挖技術用于水利隧洞工程，具有一定的靈活性，能根據隧洞施工區域地質特點，為接下來的排水、隧洞不良地質處理等創造了極為便利的條件，保證了隧洞施工過程中良好的通風效果。

2.3 錨桿加固支護技術

錨桿加固支護技術，主要應用在隧洞出口邊坡、開挖深度超過5m，或深度雖未超過5m，但地質條件和周圍環境特別復雜的工程，以及隧道、正在生產的采掘工作面等地下洞室施工過程中。錨桿支護技術具有節約成本、效果明顯、操作簡單、運用靈活等諸多優點。由于隧洞的開挖施工具有多種方式，支護方式也隨之不同。如果隧洞圍巖基本質量較好，表面平整，可以掛設鋼筋網片，噴射混凝土；如果開挖斷面不具備一定的穩定性，則應先選擇隨機錨桿的方法開展支護作業，再進行隧道襯砌混凝土施工作業。

2.4 混凝土襯砌隧道施工技術

在水利隧道工程中，襯砌是沿隧洞周圍建筑的、具有永久性支護特點的結構，能夠有效避免隧洞圍巖變形或者圍巖坍塌。施工前要做好勘測，在全面掌握施工巖石及其工程地質性質后，才可以進行混凝土襯砌作業。當隧洞水平收斂速度與實際要求相符，隧道凈空位移和拱頂位移速度滿足襯砌要求，同時支護表面沒有出現裂縫，才可以進行襯砌施工[3]。

3 水利隧洞開挖施工技術應用案例

3.1 工程概況

以甘肅中部生態移民開發供水工程1 標段為例，主體隧洞工程長2778.77m，隧洞進口段在開挖掘進過程中（樁號24+346.5-24+417），掌子面失穩，洞頂發生大量涌砂。該段隧洞穿越古溝槽，布置第四系中更新統地層之中，埋深38～53m，圍巖巖性為（Q2pl）洪積粉質粘土、砂質粉土、粉細砂及砂礫石，地層結構復雜，呈交互狀沉積，土層結構密實，其粉細砂層、砂礫石層中賦存地下水，水量較小，地下水沿側墻滴滲及底板處涌出，地下水活動輕微～中等，水質差，對普通混凝土具硫酸鹽強腐蝕性。圍巖物理力學指標：天然密度1.7～1.9g/cm3，內摩擦角20°～28°，凝聚力0.024～0.04MPa，泊松比0.29～0.40，堅固系數0.4～0.5。判定（Q2pl）圍巖類別為極不穩定的Ⅴ類圍巖。隧洞（Q2pl）圍巖成洞條件差，賦存地下水，開挖中圍巖不能自穩。其中24+346.5～24+417.0 段圍巖為粉細砂層，在開挖過程中發生圍巖坍塌、變形，出現涌砂、涌土現象。洞身頂部形成空腔，該空腔存在重大安全隱患，為保證隧洞工程質量，施工前準備充分，先防護后施工，安全進洞，嚴格按“新奧法”施工技術組織施工。開挖時堅持安全第一的原則，采用“弱爆破（或不爆破），少擾動，早支護，勤測量，快封閉”的方法，采取適宜的輔助施工措施，各工序緊密銜接，確保施工安全。

3.2 開挖施工技術

3.2.1 土石方明挖施工技術

（1）隧洞進口和出口土方明挖施工。將土和巖石按照施工設計圖紙，從上到下分層進行松動、破碎、挖掘并運出，每一層的厚度都應嚴格控制在4m 內。開挖過程中應安排工作人員專門負責監督、檢查，對高度大于30m、小于100m 的巖質邊坡位移變形加強監控，并采用鏟斗容量為1.2m3的反鏟挖掘機實施挖裝，15t 自卸卡車進行運輸。

（2）隧洞進口和出口石方明挖施工。選擇yt-28 手風鉆進行鉆孔，在鑿巖深度相同的情況下，其轉速較低，更加耐用，并配有消音罩，有效改善了現場作業條件，與同類型機具相比較，具有重量輕、噪音小、效率高、經濟效果好等特點。在實際施工過程中，應從上到下分層操作，每層實際厚度為3m，采用鏟斗容量為1.2m3的反鏟挖掘機進行裝渣，15t 自卸卡車進行運輸。

（3）在主爆孔爆破施工中，應使用臺階微差松動爆破技術，2 號巖石硝銨炸藥，非電毫秒雷管網絡系統串聯起爆技術。周邊孔爆破施工中則先采取光面爆破技術實施鉆爆，之后再進行主爆孔起爆。

（4）在渠道開挖過程中，應采取全斷面法施工，結合實際隧洞挖深分層逐級式開挖，每段劃分成多個作業面，挖掘機械和裝載機同時開挖，每一臺挖掘機應按照實際運輸距離，配備一定數量的自卸汽車進行運土[4]。

3.2.2 石方洞挖施工技術

石方洞挖施工中采用yt-28 手風鉆進行鉆爆，ZL50C 輪式裝載機裝渣，15t 自卸卡車運輸。四級圍巖和五級圍巖段在施工過程中，應遵循“短進尺、強支護”的原則進行現場施工。根據不同圍巖位置，進行爆破施工方案設計。

（1）隧洞II 類圍巖洞段?？咨?.3m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔間距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周邊爆破的炮孔間距0.55m，從裝藥重心到自由面的距離0.7m，隧洞周邊孔裝藥量1kg 中含0.35mg；

（2）隧洞IV 類圍巖洞段?？咨?.5m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔間距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周邊爆破的炮孔間距0.5m，從裝藥重心到自由面的距離0.65m，隧洞周邊孔裝藥量1kg 中含0.24mg；

（3）隧洞V 類圍巖洞段?？咨?m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔間距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周邊爆破的炮孔間距0.45m，從裝藥重心到自由面的距離0.6m,隧洞周邊孔裝藥量1kg 中含0.2mg。在現場施工過程中，實際爆破參數須結合施工現場爆破試驗進行相應調整，以實現最佳的爆破效果。

4 水利隧洞工程塌方處理措施

在水利隧洞工程的開挖施工中，一旦發生塌方現象，應遵循“小塌清，先支后清”、“大塌穿，先棚后穿”的原則，開展具體的塌方處理工作。

（1）如果塌方體積不大，并已進行噴錨支護或架設構件支撐時，可以在兩端或者在一端從上至下將坍渣清除干凈，并在開挖過程中，對頂部實行噴錨支護或架設構件支撐，避免再次出現坍塌。

（2）如果塌方體積比較大，或者出現坍體堵塞的情況，施工人員不能進到塌方區域開展支護時，可以通過注漿的方法對塌體進行加固，再采用“穿”的方法在塌方區域內部進行開挖。

（3）針對隧洞塌方洞段，可以采用管棚預注漿施工工藝，或沿著開挖隧道的外輪廓線,從一定角度打入管壁帶孔的小導管,向管內壓注漿液，這樣不僅能夠對塌體進行加固，與鋼拱架組合，還發揮了支撐塌體的棚架作用[5]。

5 結束語

加強水利隧洞工程施工管理，不僅對隧洞工程施工質量和進度的提升具有促進作用，還能有效提升了水利工程項目的經濟效益。在水利隧洞工程的施工過程中，開挖施工是一項基礎工作，會受到不同外界因素的影響，出現塌方事故，嚴重影響工程整體施工進度，給工程各責任主體的經濟效益帶來了一定的負面影響。因此，在現場施工中，應進行科學的測量，并結合施工現場的實際情況，采用合理的鉆孔技術和爆破方法，防止事故的發生，提高施工安全性，確保水利隧洞工程的施工質量。