试分析水利工程隧洞施工技术及措施

崔佳CUI Jia

（葛洲坝集团第一工程有限公司，宜昌 443002）

（The 1st Engineering Co.，Ltd.of China Gezhouba Group Corporation，Yichang 443002，China）

0 引言

由于隧洞施工受到多种外界条件与因素的影响导致其具有相当的施工难度，也正因为如此，隧洞施工在水利工程中一直占据重要位置并备受重视，确保整个隧洞施工过程的安全与稳定是水利工程的关键之一。

1 水利工程中隧洞工程的类型和特点分析

按照隧洞功能的不同，可以将其分为泄水隧洞和放水隧洞。所谓泄水隧洞指主要用来从水库放出用水者所需水量，泄水隧洞是用来配合其他泄水建筑宣泄洪水或排沙等；根据隧洞输水时的水流性状不同可将其分为有压隧洞与无压隧洞。引发水电的隧洞通常为有压隧洞，而泄洪、排放水库泥沙以及施工导流等用途的隧洞一般是无压隧洞。有压隧洞通常采用马蹄形断面或圆形断面，而无压隧洞则常用圆形、马蹄形以及城门形断面等。无压隧洞在输水时通常水流不会完全充满，而是保持一定的净空，具有自由水面，而有压隧洞运行时，水流则会充满整个断面，其内壁受到一定的内水压力，无自由水面。隧洞由进口段、洞身以及出口段构成，进口段一般会通过设置塔式、竖井式或者斜坡式的拦污栅与闸门等；洞身则会结合具体工程的水流条件与地质条件、施工条件而定。无论哪种隧道类型，在高流速状态下均严禁其同一段隧洞出现有压与无压的明、满交替运行状态，以避免造成负面的震动与空蚀现象发生。

水利工程中隧洞的结构特性与工作条件决定了其深式过水建筑物特点和地下建筑物特点。蓄水枢纽中的隧洞进口一般在水下较深的部位，其具有较强的适用性，能够在不同高程处进行泄水与放水，进而满足不同的使用需求。地下建筑物特点则是指隧洞中一些临时性支护与永久性衬砌等，这是由于隧洞的开挖往往会改变岩层原来的平衡状态，为防止岩层某些部位以及进出口发生崩塌，通过这些支护与衬砌来保证其安全运行。

2 水利工程隧洞的选线原则

由于洞线选择与围堰的稳定性、施工进度以及安全运行等息息相关，所以必须充分重视工程所处地形。地质条件、水文条件等影响因素，通过经济技术对比来选择较为合理的洞线。通常隧洞选线时应注意以下原则：

首先要尽量避开地质条件较差的地段，这是隧洞工程的关键所在。隧洞的路线选择应尽量避开山岩压力大、地下水位高、漏水严重的岩层以及断层、破碎带和可能滑坡的不稳定地段，而尽量选择完整、坚硬稳定且地质构造较为简单的山体内，以充分利用围岩的自承能力，当隧洞轴线与岩层面及主要节理裂隙相交时应尽量成较大夹角，同时采取较为妥善的防御措施，以防围岩失稳发生并扩大，进而保证隧洞施工及运行安全。其次，在达到枢纽总布置要求条件下，隧洞路线应选择线路短且直、沿线地质构造相对简单的有利施工方案，减少工程费用以及水头损失的同时取得最后的水流条件。如有因地形、地质条件和枢纽布置原因而不得不转弯时，其转弯半径不宜小于5 倍的洞径或洞宽，其偏转角通常不大于以使弯道水流平顺。针对通过高速水流的无压隧洞则应力求在平面上设置尽量少的曲线段。再次，隧洞要保证由足够的围岩厚度。隧洞较深的埋置深度可以充分利用围岩的弹性抗力和减小地震力的影响以达到减小衬砌厚度的目的。洞身部分一般均埋置较深，其进、出口部位的围岩厚度一般应达到1 倍的洞径或洞宽。但在采取了合理的施工程序和工程措施之后围岩厚度还可以减小。对于相邻两隧洞间岩体的厚度一般应有3 倍的洞径或洞宽，岩体较好时可适当减小但最小不得小于1 倍的洞径或洞宽。

此外，还需要兼顾施工方便。针对长隧洞洞线的选择还应将设置施工竖井或支洞问题考虑在内，以便于增加开挖工作面增快隧洞施工的进度。

3 水利工程隧洞工程过程的要点分析

3.1 隧洞施工过程中，隧洞的开挖环节是重要环节之一，只有在此环节选择了合适的开挖方式才能够加快隧洞施工进度并确保隧洞施工质量。隧洞开挖的方式主要包括全断面开挖和导洞开挖两种方式，至于选择哪种开挖方式则是通过对围岩类别、隧洞断面规格和施工水平以及机械设备等进行综合分析来确定的。

全断面开挖法方式主要是通过一次性钻爆断面而形成洞，并待全洞贯通后根据实际施工安排和围岩所允许暴露时间来进行下一环节的衬砌与支护施工。由此可见，全断面开挖方式主要适合于围岩相对完整且坚固的情况。

导洞开挖方式指在断面上首先开挖导洞，并以此为中心扩大到施工设计所要求的规格。这种方式有效的解决了施工过程中的排水问题与洞内通风问题，并因扩大了临空面而大大提升了爆破效果。

3.2 由于在水利工程隧洞施工中隧洞塌方事故较为常见，只有做好预防工作才能使其得到控制。首先，要认真做好勘测与设计工作。通过详细了解并掌握工程所处环境的地质情况，结合对山体与地质情况的掌握，选择适宜的施工方法并做好施工组织设计，为工程施工做好准备工作。另外，隧洞通风防尘措施。应保证在隧洞施工中的作业环境符合国家卫生标准。并采取通风、洒水等防尘措施，搞好个人防护并定期测试粉尘和有毒气体的浓度。

3.3 隧洞锚杆施工环节。根据设计要求和围岩情况确定孔位，注明标记，然后采用“先注浆后插杆”程序，钻头直径应比锚杆直径大15mm 以上，而钻孔的深度则由不同的锚杆而有不同的规定；在钻孔结束后，应清除干净孔内的岩粉和积水；锚杆杆体露出岩面的长度应小于等于喷射混凝土的厚度。

3.4 隧洞喷射混凝土施工。结合工程量与工程进度要求以及工艺流程等条件选择喷射机，优先选用湿式喷射机，湿式喷射机所用的黄砂细度模数、含泥量及含水量要求较高，施工时应严格把好黄砂质量关。喷射混凝土前，应清除开挖面的浮石和墙角的石渣、堆积物，并用高压风或水把受喷面冲洗干净，对于遇水易潮解、泥化的岩层，应用高压风清扫岩面。

3.5 隧洞衬砌施工。根据周边位移的量测结果判断围岩的稳定性，决定衬砌施作时间。衬砌应在围岩和支护变形基本稳定并具备条件时再加以施工。隧洞衬砌形式与断面形状和尺寸、运行条件、内水压力、围岩条件、防渗要求、支护效果、施工方法等因素有着密切的联系，其衬砌一般为平整衬砌、单层衬砌、锚喷衬砌、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌和预应力混凝土衬砌。

3.6 隧洞回填灌浆施工。混凝土及钢筋混凝土衬砌的顶部，只有进行回填灌浆才能达到空腔并防止通水后拱部产生塌方，危及供水；而回填灌浆的范围、孔距、排距、灌浆压力及灌浆浓度等都和隧洞的衬砌结构型式、运行条件等有着十分密切的联系。

回填灌浆只能在衬砌混凝土达到70%设计强度后进行。另外灌浆压力要结合现场灌浆实验综合分析确定；土洞钢筋混凝土衬砌则宜采用低压灌浆，灌浆压力宜为0.1MPa～0.2MPa 就可以了。

另外，必须分区段进行灌注，且要分两个次序进行，通过较高的一段堆进，同一区段的同一次序孔可全部或部分钻孔后在灌浆，也可单孔分序钻金和灌浆。后序孔为顶孔，先灌一序孔，后灌二序孔，施工应从低段向高段进行。

综上，隧洞施工是水利工程隧洞的关键所在，施工技术通过工程的状况、环境、地质、围岩等不同情况的影响，其具体的施工技术也会有所不同，所以在具体的工程施工时，应结合工程的具体的情况和施工能力来采用具体的施工技术，进而提高施工技术发展水平。

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