大跨度水利水电工程隧道或隧洞施工方法研究

赵向波

【摘要】隧道或隧洞及地下工程是指在岩体或土层中修建通道和各种类型的地下建筑物，应用于交通运输、工业和民用市政采矿、军用国国防坑道以及水利水电工程等用途，本文主要从水利水电工程主要功能角度，以水利水电工程隧道隧洞复杂性和独特性为切入点，以实践经验探索分析大型隧道隧洞的施工方法和对策建议。

【关键词】水利水电工程；隧道隧洞施工；施工方法

大跨度水利水电工程隧道或隧洞施工过程即按照设计图纸实施隧道掘进、衬砌和安装作业的过程。水利水电工程施工对象多为土方、石方、混凝土、金属结构和机电设备安装等，工程期间为了输水或泄洪，常需要穿过山石挖掘建成封闭式的输水道，称为水工隧洞。主要分为两类，其中为配合检修枢纽建筑物、战备需要、溢洪道泄放洪水、泄放水电站尾水等而放空水库以及排沙等称为泄水隧洞；而从水库中放出水量用于灌溉、发电和给水需求则是放水隧洞。隧道隧洞施工应该以精确的勘测设计为前提，通过对隧道隧洞所处地形、地质、水文等要素测绘、勘测、测试及综合评定，设计正洞和明洞的长度和结构，决定施工方法，设计辅助坑道、排水系统和附属工程。

大跨度水利水电工程施工特点独特性决定了隧道隧洞施工方法必须注意技术性专业性。

1、水利水电工程任务特征决定隧道隧洞施工考虑因素

1.1 水利水电工程任务的特殊要求

水利水电工程承担挡水、蓄水和泄水的任务决定了对水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲、耐磨、抗冻、抗裂等性能都有特殊要求，因而隧道隧洞需按照水利工程的技术规范，采用专业施工方法和措施，确保工程质量。

1.2 隧道隧洞施工考虑因素

综合考虑建筑物长度、结构类型、断面尺寸及施工技术条件等，预先多重假设地质条件变化如何应对。

1）隧道施工环境差，不安全因素多，因此需要制定完善的安全技术措施预防生命财产威胁，安全意识贯穿始终；

2）优先采用最先进的技术工艺，对于工期和质量都是后盾；

3）施工方法的选择是关键，严格按照设计方案、地质水文条件、围岩类别、隧道长度、断面尺寸等规范技术，同时适应工期需要，考虑施工人员技术水平等。

4）因地制宜，对于地质变化大的隧道施工环境，仔细勘察，如开挖过程中遇到的地下暗河、溶洞突泥突水、断层塌方、古河道流砂冒顶等地质难题时要谨慎选择施工方法，规避打乱工序拖延进度。

5）开挖方法上，推崇机械化作业，条件允许优先考虑全断面等可以减少施工次数和难度，利于施工安全。

2、水利水电工程隧道隧洞复杂性及基本施工方法

因工程跨度大，常处于崇山峻岭间，地质水文条件复杂性不言而喻，处理不好就会留下隐患，事后工程难以补救，需要在过程中细节针对性注意。

2.1 大跨度隧道的施工主要应解决掌子面的稳定与合理化施工这两大问题，保证安全快速。现使用多种安全快速有效的施工方法如台阶法、CD法和CRD法、眼镜法等，突破了过去的小块分割多次分割断面挖掘方法，有利于围岩及掌子面稳定。

2.2 大跨度隧道的基本施工方法

基于隧道工程的经验积累、实地调研及目前的施工技术，大跨度隧道常處于软弱围岩状态，针对实际情况，施工方法选择上要考虑施工技术能力，更重要的是隧道和洞室的特定形状，据此确定开挖次序利于抑制土层松动，优化断面闭合时间。现介绍三类基本施工开挖方法。

（1）上半断面台阶法

包括短台阶法、上半断面临时封闭台阶法，该类方法适用于大部分围岩条件，其施工空间大便于大型机械开挖，进而施工速度快。

（2）双侧导坑开挖法

包括双侧导坑超前开挖法、眼镜法，该类方法适用于重力和承载力不足的地段，尤其是围岩条件特别差、地表沉陷要求严格、浅埋的状况。具体如断层破碎带、散落的围岩、洞口处，地表水及地下水丰富、施工困难容易塌方处。采用辅助工法，缩短进尺和分割掌子面等来稳定围岩，同时施工时宜先修洞外，如天沟、边沟等排水工程，使边坡稳定便于隧道顺利挖掘。

（3）中壁法

包括CD法、CRD法，适用于掌子面不稳定，围岩条件差、地表沉陷等要求严格的工程施工。

3、大跨度隧洞或隧道的辅助施工方法

水利水电工程区域常遭遇河道、湖泊、沿海施工，需根据水文自然条件及工程建设的要求进行施工导流、 截流及水下作业。大跨度隧洞或隧道辅助施工方法为施工质量提供双重保障。

3.1 大跨度隧洞或隧道的辅助施工方法举例

辅助工法的应用主要在隧道洞口地段、软弱围岩地段，可起到事半功倍效果。目前，辅助工法大体分为两类，一般的辅助工法和超前支护，在此详细叙述超前支护。超前支护包括预衬砌、超前加固等四类方法。

（1）预衬砌： 超前长度一般小于5m，如预切槽法等。

（2）超前加固：超前长度为5m以下，如插板、超前锚杆等，古代遗址常见。

（3）注浆法： 超前长度可达几十米，如围岩化学注浆等。其中注浆范围、浆液配合比等都需按照实际情况考虑。

（4）管棚： 主要适用于围岩软弱、砂砾地层或破碎地层带等。根据地表、地质条件及施工精度布置管棚，确定管间距及施工区间，在钢管周围和内部，可使用灌入水泥浆、砂浆方式强化密贴，增强管棚作用，有效防治地表下沉，维系地中及地上结构稳固。

4、大跨度水利水电工程隧道隧洞施工应充分注意季节性

利用枯水期施工，弱化季节影响因素，确保工程质量，特殊条件下人工温度控制措施，精心抓住天时地利，及时解决施工中的防洪、渡汛等问题。

5、大跨度水利水电工程隧道施工方法新技术举例

大跨度水利水电工程隧道隧洞施工需要以前瞻科学的施工方案理念为指导，切合实际，全面评估施工能力水平、后续效益及带来的负面问题。充分考虑工程地质，施工动力和原材料来源，施工技术支撑和装备能力，施工安全注意事项和社会保险，工程投资的经济和社会效益，以及地面沉降、环境污染等衍生问题。

同时，不断巩固已有施工技术，时刻关注国际国内新技术并投资使用，以缩短工期，降低人力物力财力成本，提高施工效率。

例如，为应对大断面的隧道工程，喷混凝土的厚度增加和喷射量增多的问题，需要采用大容量机械和高强度混凝土施工作业；又如，隧道下半断面和仰拱的开挖部分，有一定的难度，有必要开发使用光面爆破技术，使得装药作业更省力；为加快施工速度，需要大型出渣机械和连续出渣系统，缓解土方量增多造成的困境；因大型机械投入施工，造成废气排泄增多，需要改良通风环境。另外，隧洞施工测量难度系数高，需要先进的测量技术和仪器提高控制测量精度和隧道贯通精度，减少野外测量工作。

以专业施工方案和成熟技术应对大跨度水利水电工程隧道或隧洞施工艰难系数。

参考文献：

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[2]向帝北.超大断面隧道的设计与施工[J] 地下空间与工程学报，1991（4）.浅谈大跨度水利水电工程隧道或隧洞施工方法

[3]窦世涛，刘慧群. 大跨度水利水电工程隧道或隧洞施工方法研究[J]大陆桥视野月刊，2011