水電水利工程隧洞開挖施工技術與質量控制

徐俊杰，李 磊

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122）

在水電水利工程建設中，隧洞施工質量對整個工程的成功與否起到了決定性的作用。通過優化水電水利工程隧洞的施工管理，可以顯著地降低施工中的問題和風險，從而確保隧洞工程的質量達標。然而，隧洞施工在水利項目中往往面臨諸多挑戰。由于開挖過程中易受到各種內外部因素的干擾，隧洞施工時常遭遇各種不可預測的質量問題。為應對這些問題，建議在施工前，根據工程的具體環境和隧洞的開挖特性，仔細選擇合適的施工方法。同時，加強施工質量的監控，確保每一個施工細節都滿足標準要求，不僅能夠保障隧洞工程的安全和穩定，還能充分體現隧洞施工在整個水電水利工程中的重要價值[1]。

1 水電水利工程隧洞開挖存在的問題

1.1 安全性問題

隧洞開挖中的安全性問題是工程中重要的關注點之一。由于地下環境的復雜性，施工人員可能會遇到各種不可預知的地質條件，如斷層、孔洞、水壓和地下水滲透。這些不穩定的因素可能導致隧洞坍塌、水害、火災和有害氣體的積累。隧洞的深度和長度也可能影響到通風、排水和應急疏散的難易程度。此外，由于地下空間的限制，施工設備和人員的操作空間受限，容易引發事故。如果沒有進行充分的地質勘查和風險評估，或者沒有采取適當的預防和應對措施，任何一個環節出現問題都可能對施工人員的生命安全構成威脅。

1.2 施工質量問題

關于隧洞工程開挖施工質量，主要從“半孔率、超欠挖、平整度”三個方面進行考慮衡量。在隧洞的爆破開挖過程中，半孔率是體現爆破開挖外觀質量最直觀的指標之一，根據以往工程經驗表明，半孔率在很大的程度上反映了爆破開挖工程的總體質量水平。超欠挖值是體現開挖爆破質量均衡性和局部極端差異的指標，結合線性超挖值可大致判斷開挖面平整度，異常的最大超挖值可體現圍巖是否有弱地質段或不利組合節理。如爆破開挖后設計輪廓面平整度達不到設計要求或產生爆破裂縫，將增加巖體的不穩定性或給后續支護施工帶來難度，增加加固處理措施費用，同時，影響工程進度。[2]

2 水電水利工程隧洞開挖施工技術

2.1 爆破設計

隧洞爆破設計是隧洞施工中的重要環節。在水電水利工程中，隧洞的穩定性和安全性是至關重要的，因此選擇合適的爆破方法和孔網參數是至關重要的。不斷的優化爆破設計不僅可以有效提高隧洞開挖的效率，還可以最大限度地減少對隧洞巖面和周邊環境的不良影響。

為提高地下洞室爆破開挖效果，爆破設計首先需要對施工現場的地質條件進行詳細的勘察和分析，包括巖石類型、裂隙分布、應力狀態等。了解地質情況后，可以根據巖石的物理和力學性質選擇適合的爆破方式，洞室爆破開挖一般宜采用光面爆破工藝。經驗表明，爆破設計中的炮眼深度、周邊孔孔距、裝藥量、起爆順序等參數直接影響地下洞室的爆破開挖質量，因此必須對爆破設計進行優化。首先根據現場巖性和開挖尺寸及工程經驗，確定初步的爆破設計。然后，在現場進行爆破試驗，通過爆破后半孔率、最大超（欠）挖值、平整度等結果不斷優化相關爆破參數，同時還要根據爆破振動監測數據質點振動速度來判斷爆破對周圍結構的影響，最終確定最優的爆破設計參數。在開挖爆破施工過程中，還應根據工程地質條件的變化，不斷調整爆破設計參數以取得最佳的爆破效果，合理的參數選擇可以保證爆破的均勻性和連續性，可以有效提升洞室爆破開挖施工質量。

另外，在隧洞爆破工作中，由于涉及巨大的能量釋放，安全問題是首要考慮的因素。在爆破設計過程中，必須全面考慮可能的風險和危害，如巖石飛濺、有害氣體的釋放、地震波的影響等，并采取相應的預防措施，以確保施工過程中人員的安全。此外，考慮到爆破后隧洞的用途和設計要求，特別是對于水利工程隧洞，需要確保爆破后的隧洞滿足水密性、穩定性和使用壽命等方面的要求，以確保工程的可持續性和長期運行。

2.2 支護施工

隧洞開挖后的支護施工對于隧洞的穩定性和施工人員的安全至關重要。隧洞壁面的即時支護不僅可以確保工程的持續進行，還能減少隧洞的變形和移位，提高施工效率。尤其在復雜的地質環境中，如砂質土、黏土或有大量地下水的地方，支護施工的重要性更為凸顯。

各種支護方法都有其適用的環境和條件。例如，錨桿支護適用于硬巖或半硬巖地質，它通過錨桿固定巖體，提供較好的穩定性。而鋼支架支護多用于軟土地質，它可以提供即時的支撐，防止土體的變形和移位。噴射混凝土支護則是通過噴射混凝土封閉裸露巖面，減少掉塊坍塌風險，適用于各種地質條件，尤其是在緊急情況下，它可以提供快速而有效的支護。選擇合適的支護方法需要考慮多種因素，如地質條件、開挖深度、隧洞用途等。

施工時，選擇優質的支護材料和正確的施工方法也是至關重要的。支護材料需要有良好的力學性能、耐腐蝕性和持久性，以確保長時間的穩定性。施工方法則需要確保支護的均勻性和連續性，防止隧洞壁面的裂縫和滲水。此外，隨著施工的深入，支護方法和材料可能需要調整，以應對不同的地質條件和施工要求。

2.3 隧洞掘進方法

隧洞的開挖方法在水電水利工程中具有關鍵性的作用，直接影響到工程的進度、質量和成本。不同地質條件和工程需求下，有多種隧洞掘進方法可供選擇，其中常見的包括全斷面掘進法、頂管法和盾構法等。

全斷面掘進法通常適用于硬巖或堅硬地質條件下，其特點是以傳統的開挖機械進行均勻的巖石開挖。這種方法在地質條件較好的情況下，能夠保證較高的掘進速度和較好的施工質量，同時也具有較低的成本。

頂管法適用于相對較軟的土壤或砂質地質條件，尤其在城市地區施工時常見。該方法從地表開始逐漸開挖，隨著進展逐漸安裝預制隧洞管段，從而實現地下空間的創建。這種方法能夠最小化地表干擾，對城市交通和建筑物影響較小。

盾構法是一種適用于高度復雜地質條件的高技術方法，通常用于軟土、泥漿、高水位等環境下的隧洞開挖。盾構機具有強大的土壤掘進和支護能力，能夠減少地表沉降和地下水滲漏的風險。尤其在城市地區和水下施工時，盾構法被廣泛采用。

2.4 環境保護和廢料處理

在水電水利工程隧洞的開挖過程中，廢料的產生是不可避免的。這些廢料通常包括巖石碎片、泥漿和其他開挖產物。為了保護周邊環境，必須采取有效的廢料處理措施。廢料的處理包括分類、運輸和處置。分類是將廢料分成可回收和不可回收的部分，以最大程度地減少資源浪費。運輸廢料需要采用合適的交通方式，并確保在運輸過程中不會對環境造成污染。廢料的處置需要遵循當地法規和環保標準，通常包括填埋、回收或重新利用等方法，以降低對土地和水源的不良影響。

此外，隧洞開挖可能對周邊地下水資源、生態環境和社區造成潛在的影響。為了減少這些影響，需要采取一系列環境保護措施。例如，塵埃控制是重要的環境保護措施之一，可以通過灑水、覆蓋和風簾等方法減少施工現場的粉塵排放。此外，噪聲減少也需要考慮，可以通過降低機械設備的噪聲、合理安排施工時間等方式來減少噪聲對周邊居民的干擾。廢水處理是另一個關鍵問題，需要確保施工過程中產生的廢水經過適當的處理后排放，以避免對水質造成污染[3]。

3 水電水利工程隧洞開挖施工質量控制對策

3.1 加強技術準備

水電水利工程隧洞開挖是一個復雜的工程任務，其中技術準備起著至關重要的作用。一個周全的技術準備階段不僅可以確保施工計劃的順利執行，還可以為施工團隊提供一個清晰的指導方針，幫助施工團隊應對遇到的挑戰。此外，適當的技術準備還能有效地降低項目的整體成本，因為預先規劃和設計可以減少在施工過程中出現的延誤和錯誤。反觀，如果僅依賴傳統的或過時的施工方法，可能會遭遇各種預料之外的困難，從而增加項目的風險和成本。

以某具體的水電水利工程為例，其中的技術指導明確規定了采用“新奧法”施工技術，這種方法為當前施工團隊提供了一個結合現代技術和實踐的操作指南。特別在處理軟弱圍巖時，這種方法的采納可以確保施工的安全性和效率。對于這類地段，傳統的施工方法可能無法達到預期效果，甚至可能引發安全隱患。因此，根據項目的具體需求和地質條件調整挖設策略，確保工程的質量和安全，是每個施工團隊都應遵循的原則。

3.2 優化施工方案

隨著國家的快速發展，各項工程項目的需求和挑戰也日益增多。合理的技術方案選擇成為項目成功的關鍵因素之一。在眾多的工程項目中，可能會出現技術方案選擇不當，從而導致施工過程中的各種困難和挑戰。針對這些可能的問題，水電水利工程隧洞開挖施工中的技術方案選擇應當考慮多種因素，如地質條件、現有的施工技術和工具，以及可能的外部干擾。例如，選擇合適的爆破工藝、炸藥類型和設備都是確保施工順利進行的關鍵。

以某特定水電水利工程為例，充分體現了如何根據具體情況選擇和優化施工方案。在這個項目中，光面爆破工藝得以應用，而這一決策是基于對地質條件的深入研究。利用專業設備如ZWL-80/47.2L 電動扒渣機，確保爆破后的清理工作高效且準確。為確保施工的安全性和質量，選用了先進的氣腿式風鉆和TK-961型濕噴機。此外，還遵循一系列嚴格的施工原則，如“管超前、嚴注漿、早封閉、勤量測”，這都確保了隧洞開挖施工的順利進行，最大限度地減少可能的風險和誤差[4]。

3.3 強化技術監督

在水電水利工程隧洞開挖施工中，技術監督的角色不可或缺。透過對技術應用的細致監控，確保工程的施工質量達到預定標準，避免可能的失誤。首先，確立明確且可執行的技術標準是前提，這些標準應基于工程現場的實際情況，確保各施工環節均能夠準確對接。為了實現這一目標，每一步施工都應進行詳細的記錄和監測，不僅為施工團隊提供了寶貴的參考信息，同時也確保了每個工程環節都能按預定的方向前進。技術監督也能促進工程中的創新與進步，使得整個工程能夠更加符合現代技術的要求。

隨著施工的推進，技術監督應具備一定的靈活性，以應對不可預測的施工挑戰。尤其是在大規模的施工項目中，可能會遇到各種預料之外的情況，如環境變化、設備故障或人員配置的問題。在這些情況下，技術監督應迅速識別問題，并采取必要的措施進行糾正。例如，對于出現的偏差，應進行深入分析，找出根本原因，并采取措施進行調整，確保施工的連續性和穩定性。技術監督不僅要保持對施工的嚴格監控，還要具備靈活應變的能力，確保整個水電水利工程隧洞開挖施工都能在預定的軌道上穩步前進。

3.4 加強過程管理

在水電水利工程隧洞開挖項目中，每一個細節都可能影響到最終的施工質量，尤其是當涉及關鍵材料如混凝土的處理時。混凝土的質量直接關系到工程的穩定性和耐久性。冬季施工時，由于溫差，材料的性質可能發生變化，因此混凝土拌合的時間和方法需要特別關注。為保證混凝土的質量和性能，施工方需要考慮環境因素，確保混凝土在攪拌時得到充分的混合。延長拌合時間不僅可以確保混凝土中各個成分得到充分的混合，還能減少因材料溫度差異而可能引發的施工問題。適當的拌合時間還能避免混凝土出現離析、沉淀等不良現象，從而確保工程的結構強度和施工質量。

此外，導流洞內的混凝土應由專用的混凝土罐車進行運輸，并采用泵送入倉的澆筑方法。為防止混凝土在冷季溫度下受到冷卻，罐車外部需要使用泡沫板進行保溫，同時還應采取適當的措施縮短運輸時間，確保混凝土保持良好的狀態。在混凝土泵送的過程中，泵送管道也應該用泡沫板包裹，以避免混凝土在運輸過程中出現離析或溫度下降的現象。此外，工地的專業人員還需要定期對混凝土的表面狀況進行檢查和測量，以確保其質量符合標準。通過這種嚴格的過程管理，不僅可以維持混凝土的高質量標準，還能進一步提高整個水電水利工程隧洞開挖的施工質量。

4 結語

水電水利工程隧洞開挖施工是一項復雜的任務，其涉及的施工步驟眾多，且隧洞本身的結構也相對復雜，這無疑增大了施工的挑戰。為確保工程的順利進行與高質量完成，每一階段，從前期的準備到實際施工，再到后續的檢查，都需進行細致的規劃與管理。特別是在施工之前，充分的準備和科學的管理策略是關鍵。通過對每一步驟和每一細節的精確控制，不僅可以最大程度地減少施工過程中的質量問題，還能確保整個水電水利工程隧洞開挖施工的安全與穩定。因此，對于任何涉及此類工程的團隊或者組織，高度的專業性、責任感和對技術的尊重都是成功的關鍵[5]。