深埋长大水工隧洞施工新技术研究

鲁满库

【摘要】本文首先分析了深埋长大水工隧洞的发展现状，然后介绍了水工隧洞的线路选择，接着介绍而来水工隧洞的构造设计，最后介绍了水工隧洞灌浆设计。

【关键词】深埋长大水工隧洞，施工新技术，研究

一、前言

随着经济社会的进一步发展，城市化进程的加快，将面临资源短缺，环境恶化和土地衰退的严峻挑战。深埋长大隧洞施工新技术的研究非常关键，因为无论是交通工程还是水利水电工程，深埋长大隧洞往往是枢纽工程中控制总工期的关键项目。

二、深埋长大水工隧洞的发展现状

1、我国深埋长大水工隧洞的回顾

追溯我国现代隧洞工程的历史，有据可查的是1890年在台湾基隆至新竹窄轨铁路上建成的216m长的狮球岭隧道。

1908年，由杰出的工程师詹天佑博士主持，在北京至张家口的铁路上修建了长1091m的八达岭隧洞，在中国近代隧洞建造史上写下了重要的一页。然而，大规模地修建各种用途的隧洞还是从新中国成立开始的。

我国建造10km以上隧洞的实践，始于1981年2×14.295km的大瑶山隧道，施工采用凿岩台车，衬砌模板台车和高效能的装运工具等机具配套作业，实行全断面开挖，是我国山岭隧道采用重型机具综合机械化施工的开端。

我国水工隧洞的建设基本符合社会发展的节拍，截止目前，已建成的水工隧洞长度总计约1100km。20世纪6O年代以前，我国地下工程施工以手风钻钻孔爆破开挖，人工出渣为主，围岩稳定性维护以架立支撑防止塌方的被动支护为主，致使施工速度慢、效率低、安全问题突出。1963年陆浑水库增建泄洪洞，开始研究光面爆破技术，采用锚喷支护设计，取得成效。随着“新奥法”概念的引进，我国水电建设者展开了锚喷支护推广性研究。1970～1985年，渔子溪一级水电站、白山水电站和西洱河梯级水电站等建设均采用光面爆破和喷锚支护技术，推动了我国地下工程开挖与支护技术的进步。在7O年代中期西洱河电站引水隧洞进行了TBM法施工的尝试，二十世纪八十年代以前，西洱河一级水工隧洞一直保持着洞长第1的位置。1985年以后，伴随着改革开放，鲁布革水电站率先使用世界银行贷款，引进国外的先进技术，先进设备和管理经验，使我国地下工程施工技术有了质的飞跃。鲁布革水工隧洞全长9.38km，开挖直径8.8m，使用先进的开挖、支护设备，创造了全断面开挖，支护月进尺373.5m的世界纪录。引水隧洞全断面针梁钢模混凝土衬砌技术的应用，极大地开拓了中国工程师的视野。天生桥二级水工隧洞开挖直径10.8m是当时国内第一条采用TBM技术挖掘的隧洞，从此以后，我国工程技术人员在引进、消化、吸收基础上再创新，拥有了一批具有自己特色的地下工程新技术。尤其是随着世界上规模最大的雅砻江锦屏二级水工隧洞工程的建成及厄瓜多尔CCS电站24.6km（～9.10m）长引水隧洞的建设，将推动我国深埋长大水工隧洞的施工技术水平步人世界前列。

2、国外深埋长大水工隧洞简况

根据有关文献报道，世界上最长的引水发电隧洞是挪威的伦达恩隧洞，全长28.5km，建成于1922年。在已建隧洞中，最长的是芬兰的赫尔辛基和佩扬奈引水隧洞，长120km。

三、水工隧洞的线路选择

1、地质条件

隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整坚硬的地区，尽可能避开不利地质构造，尽量避开地下水位高、渗水严重地段，以减少隧洞衬砌上的外水压力。洞线要与岩层、构造断裂面及主要软弱带走向有较大的交角。在高地应力地区，洞线应与最大水平地应力方向尽量一致，以减少隧洞的侧向围岩压力。隧洞应有足够的覆盖厚度，对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度≥3倍洞径。

2、地形条件

洞线应尽量短直，如因地形、地质、等原因需要转弯时，对于低流速的隧洞弯道曲率半径≥5倍洞径或洞宽，转弯转角≤60°，弯道两端的直线段长度也≥5倍的洞径或洞宽。高流速的隧洞设弯道时，最好通过试验确定。

3、水流条件

隧洞进口应力求水流顺畅，出口水流应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建筑物保持足够距离，防止出现冲刷。

4、施工条件

洞线选择应考虑施工出渣通道及施工场地布置问题。设置曲线时，其弯曲半径应考虑施工所要求的转弯半径。对于长洞，应利用地形、地质条件布置施工支洞、斜洞、竖井。以便进料、出渣和通风，改善施工条件，加快施工进度。此外，洞线选择应满足总体布置和运行要求，避免对其它建筑物的干扰。

四、水工隧洞的构造设计

1、止水设计

无防渗要求的无压洞衬砌的环向施工缝可不设止水；对有防渗要求的无压洞（水面线以下）和有压隧洞，应设止水铜片或止水带。

2、排水设计

泄洪洞进、出口边坡应设置地表排水沟、渠，以排除地面水和岸坡渗水。无压洞水面线以上设排水孔，以排除山体水，减小外水压力。出口消能反弧段可设排水设施，排除泄流后反弧段积水，以利于检查、维修的交通。

3、结构分缝、分块设计

泄洪隧洞洞身与进口段、出口消能工段，应设伸缩缝；洞身段地质条件有明显变化处（如通过较大断层、软弱破碎带等），应设伸缩缝；围岩地质条件均一的洞身段，只设施工缝。洞身段环向施工缝，底拱、边墙和顶拱不得错开；浇筑块长度一般6～12m。无防渗要求的无压洞衬砌，环向施工缝钢筋可不穿过缝面，混凝土可不凿毛处理。有压洞和有防渗要求的无压隧洞，衬砌的环向施工缝面必须凿毛，钢筋应穿过缝面，相邻块混凝土浇筑间歇期应在14d以上。当先浇顶拱时，应做好反缝结构设计，使边墙混凝土和顶拱混凝土紧密结合。

五、水工隧洞灌浆设计

1、固结灌浆设计

按照结构设计的原则和对围岩处理的要求，对固结灌浆洞段及参数进行确定，通常对围岩地质条件差或有特殊要求的洞段，一定要进行固结灌浆。在对洞身段需要进行固结灌浆时，每排≥6孔，对称布置，排距2～3m，压力0.5～1.0MPa。进、出口部位一倍洞径（或洞宽）范围内，必须进行固结灌浆，孔、排距2～3m，压力0.5～0.8MPa。灌浆材料，宜采用普通硅酸盐水泥，水灰比2∶1～0.5∶1。灌浆质量检查，采用声波检测和压水相结合。

2、回填灌浆设计

隧洞衬砌结束后，在顶拱90°～120°范围内进行回填灌浆，灌浆压力一般为0.2～0.5MPa，孔、排距4～6m，以水泥砂浆或水灰比0.6～0.5浆液回填，粉煤灰掺量为水泥重的50%～100%。对有压隧洞的回填灌浆，粉煤灰品质应达到一、二级标准。

六、结束语

随着城市发展以及各种项目开发建设进程的加快，水工隧洞建设作为一种施工难度大、技术层面要求高的工程项目，在质量的要求上提出了更高、更强的要求。选择科学合理的施工技术才能保证工程的质量。

参考文献

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[2]赵精让.低压深埋水工隧洞衬砌结构分析[D].西安理工大學，2007.

[3]冯永冰.水工高压隧洞性状分析[D].浙江大学，2004.

[4]刘建强.水工隧洞衬砌结构限裂计算分析[D].大连理工大学，2009.