土石壩輸水隧洞工程開挖施工技術要點

摘 要：簡要概述土石壩輸水隧洞工程，分析其常用的開挖作業(yè)方法，并探討土石壩輸水隧洞工程開挖施工技術的關鍵要點。對于相關工作人員而言，必須要加強對地基處理與隧洞支護技術、防滲與排水系統(tǒng)施工技術的全面了解，并不斷對現有技術進行創(chuàng)新優(yōu)化。

關鍵詞：土石壩；輸水隧洞；開挖施工技術

中圖分類號：TV543" " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2023）08-0010-03

1 土石壩輸水隧洞工程概述

土石壩作為一種水利工程建筑，其主要優(yōu)勢在于可就近采料、適應各種地質和氣候條件、施工質量和效率高、抗震能力強以及施工技術先進。這些優(yōu)勢提高了土石壩的經濟性，使其成為了一個極具吸引力的水利工程施工技術。

輸水隧洞作為一種重要的水利工程設施，在土石壩輸水工程中起到了至關重要的作用，通過隧道將蓄水區(qū)的水輸送到需水區(qū)，以滿足城市、農村多種用水需求[1]。在隧洞開挖過程中，若施工技術不到位、選擇不符合要求的工藝或質量控制不嚴格，可能導致施工質量不達標，甚至人員安全受到威脅。因此，在土石壩輸水隧洞工程中，應明確開挖施工技術要點，選擇符合要求的工藝并強調質量控制。

2 經典開挖施工方法

2.1 鉆爆法

鉆爆法作為一種傳統(tǒng)的隧道開挖方法，在土石壩輸水隧洞工程中得到了廣泛應用。爆破鉆孔的精度，直接影響施工的精度和效果。影響施工精度的具體因素包括鉆孔實際深度、臨空面變化和施工流程等，這些因素在工程實踐中相互交織、共同作用，需要施工人員在各個環(huán)節(jié)嚴格把控，確保整個爆破過程的精確性和安全性。

精準控制裝藥量是實現精準爆破的重要保障，這就要求在施工過程中對所有環(huán)節(jié)進行嚴格管控，包括明確雷管是否符合要求以及根據實際情況調整爆破參數等，確保爆破工作按照既定的方案和標準進行[2]。通過對爆破鉆孔精度和裝藥量的嚴格把控，不僅能夠在土石壩輸水隧洞工程中實現高效、安全的隧道開挖，還能夠最大程度地減少對周圍環(huán)境和圍巖的不利影響，從而提高整個工程的經濟性和可行性。

2.2 挖掘機開挖法

施工前的勘察與準備包括詳細進行地質勘察、制定施工方案和檢查設備工況。施工標線與布置需要明確挖掘范圍和深度，掌子面處理要根據巖層特點選擇合適的挖掘機斗型和參數。

在挖掘過程中，需按照一定順序進行，通常先挖掘頂部，再依次挖掘兩側和底部，并注意調整挖掘機的角度和力度。隨著挖掘的進行，需要實時進行隧道支護，選用合適的支護材料并按照設計方案施工。在開挖過程中，要實時監(jiān)測挖掘進度、支護結構、圍巖穩(wěn)定性等，根據監(jiān)測結果及時調整施工方案和參數。開挖結束后，要及時清理隧道內的渣土并將其運送至指定區(qū)域。

挖掘機開挖法具有較強的適用性和諸多優(yōu)點，這些優(yōu)點主要體現在高效、環(huán)保和經濟等方面。在施工過程中，挖掘機開挖法通常采用全斷面開挖法，即一次性完成整個隧洞斷面的開挖工作，這種方法既能夠簡化施工流程，又能提高工程效率。挖掘機開挖法在進尺深度的確定上具有一定的靈活性，施工人員可以根據掌子面巖層的實際情況和監(jiān)控量測結果來調整進尺深度，從而更好地應對各種復雜的地質條件和工程需求。

與其他傳統(tǒng)的隧道開挖方法相比，挖掘機開挖法在噪聲、振動和粉塵等方面的影響較小，因此具有更好的環(huán)保性能，有利于保護周邊環(huán)境和人員安全。

2.3 隧道掘進機開挖法

隧道掘進機作為現代隧道施工中的關鍵設備，以其自動化、高效率和安全性等特點得到了廣泛的應用。這種高性能設備在土石壩輸水隧洞工程中具有顯著優(yōu)勢，其工作原理是通過旋轉的切割頭在巖石表面進行切削，將巖石破碎并通過輸送系統(tǒng)將碎石排出，并在隧道掘進過程中進行支護。

在選擇隧道掘進機時，需要考慮多種因素，包括地質條件、隧道尺寸、施工周期等，根據具體情況選擇適合的掘進機型號和參數。隧道掘進機的切割頭設計也十分關鍵，因為切割頭的結構、布局和參數直接影響掘進效率、能耗和磨損程度。隧道掘進機的推進力、扭矩和旋轉速度等參數，需根據巖石性質和施工條件進行合理設置。

為保障隧道掘進機的正常運行和施工質量，需及時對其進行維護保養(yǎng)，包括定期檢查切割頭、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等關鍵部件，確保其工作狀態(tài)良好[3]。

在隧道掘進過程中，要重視實時監(jiān)測和數據分析，以便對掘進速度、圍巖變形、支護結構等關鍵指標進行有效控制，從而確保隧道質量和安全。要關注隧道掘進機在施工過程中產生的振動、噪聲和粉塵等環(huán)境問題，并及時采取相應的措施進行控制和治理，以降低對周邊環(huán)境和人員的影響。

2.4 巖石切割機開挖法

巖石切割機是一種在隧道工程、地下工程和礦山開采等領域中廣泛應用的高效施工設備。該類設備通過切割將巖石表面進行精確的破碎和剝離，從而實現隧道的開挖。與傳統(tǒng)的鉆爆法相比，巖石切割機具有減少振動、降低噪聲和粉塵污染等方面的顯著優(yōu)勢。

在巖石切割機的選型過程中，需要充分考慮地質條件、隧道尺寸、施工周期等多種因素。為了提高巖石切割機的工作效率和施工質量，對切割頭的設計、布置和參數設置等方面需要進行科學優(yōu)化。切割頭的選擇應根據巖石性質和切割速度要求進行，以實現最佳的切割效果。在施工過程中，巖石切割機的推進力、扭矩和旋轉速度等關鍵參數也需進行精確控制，以確保切割過程穩(wěn)定高效。

為保證巖石切割機的正常運行，需對其進行定期維護保養(yǎng)。實時監(jiān)測和數據分析在巖石切割機施工過程中同樣至關重要，有助于對切割速度、圍巖變形、支護結構等關鍵指標進行有效控制，從而保障隧道質量和安全。巖石切割機在施工過程中產生的振動、噪聲和粉塵等問題也應給予關注，應采取相應的措施進行控制和治理，以降低對周邊環(huán)境和人員的影響。

3 土石壩輸水隧洞工程開挖施工技術要點

3.1 土石壩地基處理與隧洞支護技術

3.1.1 地基勘察與評估

土石壩輸水隧洞工程在開挖施工過程中，地基處理與隧洞支護技術是關鍵環(huán)節(jié)，直接影響工程的質量和安全。在施工前，為確保地基的穩(wěn)定性和承載力，需要進行嚴格的試驗，掌握最佳碾壓參數，以便對土石壩地基的有效處理。在心墻填筑過程中，遵循“先砂后土”的原則，以保證心墻的密實度和抗?jié)B性能。在下游壩殼處設置反濾層，以防止?jié)B透水對土石壩結構產生破壞。

隧洞支護技術在保障隧洞穩(wěn)定性和工程安全方面具有至關重要的作用[4]。在確定隧洞支護方案時，應充分考慮圍巖的類別，對不同類別的圍巖采用相應的支護技術，如使用鋼支撐、錨桿、噴漿加固等方法。在施工過程中，需要對圍巖狀況進行實時監(jiān)測，以便及時調整支護方案，確保隧洞的穩(wěn)定和安全。

為了提高隧洞施工的質量，還需要注重開挖面和圍巖的處理，采用合適的開挖方法和設備，避免對圍巖產生不利影響。在施工過程中，對隧洞開挖和支護的關鍵節(jié)點進行嚴格控制，確保各個環(huán)節(jié)的施工質量。對施工過程中的環(huán)境問題、安全隱患等需要給予充分關注，采取有效措施進行防范和治理。

3.1.2 隧洞圍巖分級

隧洞圍巖分級通過對圍巖穩(wěn)定性的評估，為隧洞支護設計提供依據。在隧洞工程中，圍巖的穩(wěn)定性是一個關鍵因素，直接影響隧洞的安全性和施工質量。為了對圍巖的穩(wěn)定性進行準確評估，需要根據地質條件、巖石的物理和力學性質等多方面因素對圍巖進行分級。

圍巖分級通常采用國際通用的巖石質量評分系統(tǒng)（RMR）和地下巖石質量評分系統(tǒng)（Q）等。這些方法綜合考慮了圍巖的不連續(xù)面狀況、圍巖的穩(wěn)定性、巖石的強度和破碎程度等多個因素，將圍巖分為不同的類別，以便為隧洞支護設計提供依據。

在實際施工過程中，應根據圍巖分級結果選擇合適的支護方法，如鋼拱架、錨桿、噴漿等，并設置合理的開挖參數，如開挖進尺、循環(huán)長度等。在隧洞施工過程中，圍巖分級不僅是一個單一的評估環(huán)節(jié)，還需要與隧洞開挖、支護設計和施工過程實時監(jiān)控等環(huán)節(jié)緊密結合。在開挖過程中，隨著地質條件的變化，需要根據實際情況調整圍巖分級，并相應地調整支護方案。

3.1.3 施工過程監(jiān)控

在土石壩輸水隧洞工程施工中，實時監(jiān)控隧洞開挖過程是保障支護結構安全與穩(wěn)定的關鍵手段，這一環(huán)節(jié)涉及多方面的數據采集、分析與處理，旨在確保隧洞工程的順利進行并降低潛在風險。

需要對隧洞內的圍巖應力、變形、滲透水壓等關鍵指標進行實時監(jiān)測。通過采集傳感器和監(jiān)測儀器提供的數據，對隧洞內的工況進行全面了解，可確保隧洞開挖過程中圍巖和支護結構的安全穩(wěn)定。實施實時監(jiān)測還需要分析與處理各類數據，包括地質、工程、監(jiān)測等方面的信息，為施工過程中的關鍵決策提供依據。通過對各類數據的整合與分析，預判潛在風險，可有效降低隧洞施工中的安全事故發(fā)生率。實時監(jiān)測不僅局限于數據的采集與分析，還需要與施工現場緊密協(xié)同，以確保監(jiān)測成果能夠及時應用于現場施工。工程技術人員需要對監(jiān)測數據進行解讀，為現場施工提供有針對性的技術指導。相應地，現場施工人員也應根據技術人員的建議，調整施工方案，以保障隧洞施工的安全與穩(wěn)定。

3.2 防滲與排水系統(tǒng)

在土石壩輸水隧洞工程中，防滲與排水系統(tǒng)也不可忽視。需要進行地質勘探，通過對隧道沿線地質條件、水文地質條件進行深入研究，制定針對性的防滲措施。防水帷幕通過注漿技術形成一道阻水屏障，不僅有利于限制滲水入侵，降低隧道內水分來源，還能減輕地下水壓力，降低隧道周邊土體的滲透系數。混凝土襯砌通過加入防水材料、設置止水帶等手段，進一步增強了隧道內的防水性能，降低了滲漏率，延長了隧道的使用壽命。

在設計隧道排水系統(tǒng)時，應充分考慮隧道的長度、縱向坡度、地下水位變化等因素，以確保排水系統(tǒng)的高效運行。首先，根據隧道內部的地形特征和水流方向，對排水溝設計合理的布局和坡度，以便快速引導滲水至指定位置。排水溝的材料選擇應結合隧道內環(huán)境，如耐腐蝕、抗沖擊等性能。其次，泵站的設計應考慮泵選型、功率、揚程等因素，以滿足抽排水的需求。在泵站設立時，應設置多級泵站，以備不時之需，并進行定期維護保養(yǎng)，確保泵站在關鍵時刻能夠正常運行。最后，設計應當關注環(huán)保問題，合理處理隧道內的污水，減輕對生態(tài)環(huán)境的影響。

4 土石壩輸水隧洞工程的發(fā)展方向

隨著科技的持續(xù)進步和創(chuàng)新，未來土石壩輸水隧洞工程在諸如設計與施工方法優(yōu)化、工程質量提升、智能化與自動化技術應用、綠色環(huán)保理念實施以及應對復雜地質條件和災害風險挑戰(zhàn)等方面將取得重要突破。通過運用前沿科技和創(chuàng)新手段，例如新材料、新工藝和新技術，設計與施工方法將變得更高效、經濟且安全。借鑒國內外先進案例，總結優(yōu)化設計經驗，可降低工程成本和提升工程質量為目標，進一步推進土石壩輸水隧洞工程發(fā)展。在工程質量方面，未來工程將更注重施工過程的監(jiān)控與管理，確保工程質量和安全，利用實時監(jiān)測、大數據分析和物聯網技術等手段，能及時發(fā)現并解決施工過程中的隱患和問題，從而保障工程的順利實施。

未來，土石壩輸水隧洞工程將廣泛采用各類智能化與自動化設備，提高施工效率，降低人力成本，減少安全事故。例如，運用無人機、地理信息系統(tǒng)等技術進行地質勘探，引入遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現施工現場實時監(jiān)測與管理，采用機器人、人工智能等技術參與隧道開挖與支護工作。綠色環(huán)保理念在未來工程實施中將得到更多關注，通過合理的施工方案和工程設計降低對周邊環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，可實現隧道工程與自然環(huán)境的和諧共生。對施工過程中產生的廢棄物、污水等進行有效處理，則可減少環(huán)境污染。應對復雜地質條件和災害風險挑戰(zhàn)方面，未來工程將完善地質災害評估與預警體系，以應對不確定的地質條件和潛在的災害風險。

5 結束語

土石壩輸水隧洞工程涉及諸多技術細節(jié)和挑戰(zhàn)，為了確保工程的順利完成和長期安全運行，各參與方需充分了解這些技術要點，并在實際操作中嚴格遵循相關規(guī)范和標準。隨著科技進步和實踐經驗的積累，土石壩輸水隧洞工程的設計、施工和質量控制技術將不斷提高，為水資源利用和人類生活提供更加可靠和高效的保障。

參考文獻

[1] 王英.水利工程隧洞開挖施工技術分析[J].四川水泥，2021 （8）：178-179.

[2] 李志，李昊陽，舒云松，等.水利工程隧洞開挖施工技術與質量控制[J].冶金管理，2020（11）：108-109.

[3] 李華.水利施工中土石壩施工技術運用[J].內蒙古水利，2021 （12）：61-62.

[4] 陳秋凡.關于水工建設中土石壩施工技術的研究[J].城市建筑，2019，16（12）：129-130.