引水隧洞施工技术要点

韩蓉

【摘 要】无论隧洞处于何种地质条件，都需要施工单位根据因地制宜的原则，合理选择隧洞开挖、支护、爆破等施工技术，确保工程的顺利进行。本文以某引水隧道工程为例分析了引水隧洞的支护、爆破、通风与监测等技术，望对其它引水隧道施工有所帮助。

【关键词】引水隧道；支护；爆破；通风

一、工程概况

某水电站工程引水系统由进水口、引水隧道调压井及压力钢管等建筑物组成，引水隧洞采用平底马蹄形有压隧洞，引水隧道全长5469.59m，坡度为i=2.84‰。Ⅱ类围岩喷砼支护，Ⅲ类围岩挂网锚喷支护，Ⅳ类围岩一次支护为挂网喷锚，Ⅴ类围岩一次支护钢支撑结合挂网锚喷支护，Ⅳ、Ⅴ类二次支护采用钢筋砼衬砌，并对围岩进行固结灌浆及回填灌浆。引水隧洞衬砌厚度30cm，隧洞喷砼段综合糙率为0.02，钢筋砼衬砌段综合糙率为0.014。

本标段引水隧洞桩号Y0+000～Y0+810m，隧洞长度为810m，设计围岩类别为Ⅲ～Ⅳ，岩石为S11n粉砂岩夹页岩和S21r粉砂岩、页岩。

二、施工技术要点

（一）开挖支护

Ⅲ类围岩设计开挖隧洞高3.6m，底宽3m，支护采用挂网喷C25砼，厚度10cm，采用φ6.5钢筋网，钢筋网间距20cm×20cm，锚杆为Φ22钢筋，长2.5m，排距2m，分两序，Ⅰ序3根，Ⅱ序4根。Ⅲ类围岩底板浇筑C20砼，砼厚度20cm。

Ⅳ类围岩设计开挖隧洞高3.8m，底宽3.167m，支护采用挂网喷C20砼，厚度10cm，采用φ6.5钢筋网，钢筋网间距20cm×20cm，锚杆为Φ22钢筋，长2.5m，排距2m，分两序，Ⅰ序3根，Ⅱ序4根。Ⅳ类围岩采用钢筋砼衬砌，衬砌厚度为底板40cm，边墙、顶拱30cm。引水隧洞错车道每隔300m一个（Ⅱ、Ⅲ类围岩处），位置与支护型式根据开挖揭示的地质情况确定。

（二）光面爆破

1.光爆参数

一般应通过试验确定，施工中可先按有关技术规范或工程类比法暂定光爆参数，总结每次爆破效果，测量炮孔残留率、围岩破坏程度及轮廓的不平整度，对光爆参数进行修正、优化，使选定的光爆参数较为合理。经试验，本工程光面爆破参数选定为（岩石坚固系数f=6～7）：周边孔间距a=50cm，最小抵抗线w=60cm，炮眼深度L=2.3cm，密集系数m=0.83，不偶合系数k=1.6，线性装药量g=150～200g/m.

2.布孔

采用JZY—3型激光指向仪定出隧洞轴线，根据高程定出掌子面隧洞中心点，再按设计孔位在工作面上布孔，用红色油漆标出孔位及编号。在无水或少水部位，先行导洞采用9孔中空槽法。涌水部位本也采用此法，但因涌水量较大，孔内压力较大，炸药容易被冲出，爆破效率差；又因涌水带分散且近1km长，采用常规的钻设超前排水孔或布设灌浆孔等方法，效果并不好。故在9孔中空法的基础上设计出13孔4空孔的掏槽方法，另在集中渗水点钻孔作排水孔，取得了良好的施工效果。

3.装药结构和起爆方法

（1）炸药

先行导洞采用粉状乳化炸药，在有水部位，装胶状乳化炸药，药卷直径为32；为获得良好的光爆效果，光面爆破炸药药圈直径按照不偶合系数确定。本工程采用40mm钻头，不偶合系数取1.6，选用药圈直径为25mm。炸药选用乳化光爆炸药，为克服岩体的挟制作用，炮孔的底脚部位装一支粗药圈—直径为32mm的粉状乳化炸药。

（2）装药结构

先行导洞采用连续装药结构，光面爆破孔采取间隔不偶合装药。

（3）起爆方法

先行导洞采用导火线和火雷管自内而外分层爆破。光面爆破层是采用毫秒导爆管实现辅助孔与光面爆破孔间的微差爆破，即先用导爆管爆除辅助孔，再用导爆管引爆光爆孔内的导爆索，使光爆孔同时起爆。

（三）模板工程

本工程模板主要有导流洞进水口进水塔、出水口调压室、洞身圆型衬砌、及浇筑仓面封头模板。导流洞衬砌采用定型钢模，调压室砼及进水塔砼主要用组合钢模，模板采用？12拉杆加固，辅以钢管脚手架支撑。不足模数尺寸空隙用等厚度的木模补充嵌缝，钢模背面用纵、横钢管组成围柃。用拉筋或支撑进行加固，横断面施工缝及支洞封堵，模板采用木模和组合钢模的结合型式。模板安装时，竖井门槽的埋件必须用模板一起固定好。模板拆除按《水工混凝土施工及验收规范》有关规定要求执行，拆除的模板应派专人维修，涂刷脱模剂保养堆放整齐，以方便周转，同时将破损严重，不能再用的模板清除施工区。

（四）混凝土工程

1.混凝土振捣

本引水隧洞混凝土衬砌采用钢模台车进行混凝土浇筑，根据不同洞段的施工需要，鋼模台车分为穿行和针梁两种，针梁台车又分为全断面针梁台车和底拱针梁台车，钢模台车上均配有附着式振捣器，用于振捣混凝土。但是附着式振捣器都安装在钢模台车的腰线上下部位，底部混凝土无法进行振捣，且由于引水隧洞部分洞段超挖严重，衬砌混凝土较厚，钢模台车自身配备的附着式振捣器根本无法满足混凝土的振捣要求，因此，在混凝土浇筑过程中根据不同的浇筑部位打开钢模台车相应的进料窗口（底部、顶部、腰线上下均有），在进料窗口采用软轴式振捣棒对混凝土进行振捣。

2.顶拱部位混凝土浇筑

引水隧洞部分洞段顶拱超挖严重，岩面起伏较大，钢模台车进料口距顶拱围岩距离最大的高达1.5～2m左右，若完全以钢模台车进料口进行混凝土浇筑顶拱部位是很难浇筑密实的，因此，在进行顶拱混凝土浇筑时采用的施工方法是预埋尾管，每一个浇筑仓至少预埋3根尾管，浇筑尾管埋设的原则是安装在顶拱部位超挖较高处，管口距围岩的距离为10㎝左右，浇筑顺序是从浇筑仓的一端向另一端逐步浇筑，并且要求浇筑施工人员在进行顶拱部位混凝土浇筑时加强对浇筑仓的观测，确保顶拱部位的混凝土浇筑密实。

3.下1/3底拱混凝土浇筑

水库引水隧洞由于前期开挖进度滞后，导致混凝土衬砌施工工期紧张，为了加快施工进度，采用分洞段增加工作面的方法交叉平行施工，因此，为了满足洞内的交通要求，部分洞段采用穿行衬砌台车先进行上2/3边顶拱衬砌，后期再采用针梁衬砌台车进行下1/3底拱衬砌。

（五）通风技术

隧洞施工中，由于开挖爆破炸药的分解不完全和内燃机运转时排放的大量有害气体，必须及时通风净化空气。同时，隧洞施工的作业人员需要不断补充新鲜空气，规范规定每人每分钟应拥有3m3/min新鲜空气。目前国内隧洞施工中的通风问题通常采用通风机械与风管压入的方法解决。当压人式通风难以满足要求时，根据国内外的施工经验，一般都采用压入式和吸出式两套风管混合通风。如我国目前单向掘进长度最长（5238m）的盘道岭隧洞，通风方式采用88—1型2×55kW轴流式通风机，风量为1OOm3/min，爆破后吸出污浊气体出碴时压入新鲜空气的交替变换通风方式；又如单向掘进长度为3666m的鲁布革引水隧洞，采用DF—lOOJW37型可逆式轴流风机，风量为1OOm3/min，爆破后逆向转动吸出污浊气体，其他时间则向洞内压人新鲜空气，在开挖面另加一台PF—60SW15型轴流风机，保证工作面通风良好。

本引水隧洞施工采用混合式通风。在隧洞进出口分别选用BI（J66—1）型矿井轴流通风机，吸风量为167m3/min。为保证掘进工作面作业人员平均拥有的新鲜空气不小于3.0m3/min，在两个工作面各配置一台I（J66—1）型矿井轴流风机向掌子面送风。

（六）监测方法

1.地质和支护状况观察

地质和支护状态观察。每次爆破后观察确认围岩名称、类别、岩层倾角，走向及变化情况与趋势，断层、节理、裂隙发育、发展情况、洞内渗水、涌水部位、里程、流量等作地质状况的观察作地质描述。观察频率每循环一次。

支护状况观察，对初期支护和二次衬砌的情况进行观察，并注意位移，变形发展趋势，以保证施工安全和反馈支护结构是否合理。

2.周边位移量测

II、III类围岩每50m一个断面，IV、V类围岩每30m一个断面，每个断面设两条水平测线，主要量测边墙，边墙与拱部相对位移，是判断围岩稳定性的重要手段，主要工具为收敛计。

3.拱部下沉量测

用以判断拱部稳定性，防止坍方，量测点布置与周边位移量测相同，每个断面拱顶部位安设一个观测点，在后面设一个固定水准点，用精密水准仪量测出拱部标高，计算出拱部下沉量。

参考文献：

[1]李志华.水电站建设中引水隧洞施工技术浅析[J].中国高新技术企业（中旬刊），2014年1期.

[2]万勝.大路梁子引水隧洞施工技术浅析[J].四川水利，2012年1期.