水利隧道工程洞身开挖与衬砌施工方法的应用

2017-03-02张正

黑龙江水利科技 2017年10期

关键词：洞身水利隧道

张正

(宁夏回族自治区水利水电工程局，银川 750000)

水利隧道工程洞身开挖与衬砌施工方法的应用

张正

(宁夏回族自治区水利水电工程局，银川 750000)

为了改善隧道施工过程当中因受到地质环境、自然条件、施工条件等多方面因素而造成隧道发生变形、裂缝等，应从洞身开挖和衬砌施工这两个关键技术环节入手，进行严格的施工质量把控。文章结合实践应用着重对洞身开挖、衬砌施工进行了技术分析，并采取科学有效的控制方法确保水利隧道工程的安全性，最终提升水利隧道工程的施工质量。

水利隧道工程；施工方程；洞身开挖；洞身衬砌

0 引言

随着2015年中央1号文件的发布，国家对水利工程建设愈加重视，水利工程是一项造福子孙、利国利民的工程，具有深远意义。隧道施工是水利工程中的重要组成环节，因受到地质环境、自然条件、施工条件等多方面因素影响，导致隧道发生了裂纹、变形、坍塌等破坏现象，造成了严重的不良影响。洞身开挖和衬砌施工是隧道工程中的主要施工过程，做好这两项施工程序可以较好的延长水利工程使用寿命和减少后期运行维护费用。因此应加大对洞身开挖与衬砌施工的重视力度，并对洞身开挖与衬砌施工技术进行全面深入了解，采取改进措施以促进水利工程的稳定发展。

1 水利隧道洞身开挖施工技术分析

1.1 台阶开挖技术分析

台阶环状开挖施工中，应采用预留核心土挖掘形式，在施工中始终遵循“安全第一、质量至上”的方针进行操作。水利隧道工程施工前，施工单位应实地进行勘测，根据施工地点、地质环境以及周围自然环境进行全面分析，并做好施工计划和施工方案。尤其对特殊的施工区域应进行区别对待，可采用台阶开挖技术形式进行针对性施工。由于台阶开挖形式挖掘速度缓慢，应对该施工地点做好相应防护措施，并对施工台阶的高度、长度等进行有效控制，一般台阶长度要求为50-80m，使之封闭成环来提高施工质量。

1.2 光面爆破技术分析

在水利隧道洞身开挖过程中会受到地质环境等多方面因素影响，会严重影响到隧道施工质量，因此在隧道工程施工前对隧道洞身开挖施工技术进行分析。在水利隧道开挖过程中主要利用爆破和机械设备施工，首先在光面爆破过程中应注意对岩石面进行打磨；其次施工中要对隧道洞身进行有效保护，特别是从中心地进行的光面爆破工作，在爆破挖掘时应预留适当的土层岩柱，一般要求土层岩柱高度不低于5m。再次在洞身开挖时应预留70-100cm的保护厚度,再使用人工光面爆破技术形成闭环形式。

1.3 洞身开挖注意事项

对隧道围岩进行开挖施工时首先需做好支护工作，对于特殊软弱地质应采用人工作业和机械挖掘机作业相结合的方式。①针对人工作业方式无法开挖的区域应利用台架手持风钻进行钻孔，再对水利隧道洞身进行松动爆破施工。②一般出渣方式为上台阶出渣，需要通过人工翻渣处理；下台阶出渣要利用挖掘机等机械处理。③洞身土石开挖应采用循环进尺方式，应能够立起1榀钢架，直至架立隧道洞身的拱部钢架全部结束后再对缩脚锚杆进行设置，确保钢架不出现悬空或沉降问题，检查完毕后对系统锚杆进行喷网支护。另外在隧道上级围岩拱部支护完毕后，可以利用弱爆破施工和风镐施工相结合进行开挖作业，避免施工环节破坏初期支护设施。需要注意的是隧道洞身上、下台阶之间需按照施工图纸预留一定坡度。所有开挖工作结束后，要结合自身地质情况设置好临时仰拱。对于隧道洞身下台阶开挖方式，也需要利用人工作业及挖掘机作业相结合的作业方式进行钻孔爆破作业，要注意检查防止出现拱角悬空的现象。洞身开挖施工后，要随着开挖进度做好下部钢架以及钢筋网锚杆等结构布置，以便进行混凝土喷射施工以及混凝土灌注施工等，从而使其与洞身拱墙构成完整支护整体。

2 衬砌施工技术在实际施工中的应用分析

2.1 衬砌施工常见问题分析

衬砌施工是隧道工程中的一项重要施工程序，一般采用的施工方法为利用钢筋混凝土材料在隧道洞身周边修筑起坚固的支护结构，达到预防围岩变、坍塌的目的。实际施工中，在衬砌施工中出现了一些质量问题，严重影响了隧道工程的稳定性和运行安全性，必须加以重视。常见问题和原因分析主要有以下方面：

1)表面缺陷：包括起拱线以下墙体出现局部麻面、蜂窝等现象，造成这种状况的原因很多，主要原因多为水泥与骨料配比不合理或是砂石颗粒度过大；还有就是一次振捣混凝土太厚、振捣未达到指定层或未进行振捣、用过的模板清理不干净、以及未到标准强度过早拆开模板等原因造成的；再有就是振捣过程中未排净混凝土中的气泡或掺水过多，水分蒸发后出现气孔现象。

2)衬砌沉降变形：由于地质环境以及周边水脉条件等形成复杂，且变化较大，造成基础与隧道发生一些沉降变形，整体均匀下沉应保持在规定范围内，但不均匀沉降就会造成衬砌混凝土出现变形、裂缝，而出现渗漏水现象，治理难度较大。应遵循“疏堵结合”的原则，根据断层、岩体、地下水等条件设置排水沟，将涌出的水疏走来减少对衬砌的破坏。

3)衬砌错台：在施工过程一般需要进行二次衬砌施工，很容易在衬砌接缝处出现错台现象。主要原因有以下方面，首先台车制造时自身存在前后断面尺寸存在误差；其次是在使用过程中台车受损变形或是因混凝土压力作用下致使台车模板出现变形，也会使衬砌接缝处出现错台问题；再次就是台车支模时，曲线支顶过程中台车与衬砌混凝土搭接部分稍长，也会导致接缝处漏浆出现错台问题。

4)地下水腐蚀：由于在山脉中有大量地下水存在，环境水中的钾、钠、镁等硫酸盐与混凝土中氢氧化钙反应后生成硫酸钙，硫酸钙与混凝土熟料矿物水生成高硫型水化硫铝酸钙，俗称钙矾石，由于钙矾石的沉淀结晶会造成混凝土胀裂，发生裂缝或是塌落，应做好针对性防范措施。

5)混凝土裂纹：主要发生在衬砌混凝土与喷射混凝土黏固不牢时，导致出现分层现象，衬砌混凝土因承受应力不均易产生裂纹问题。

2.2 施工中放线的应用分析

在衬砌施工前要进行测量放线，测量放线的准确度直接影响隧道工程质量。因此在测量过程将渠坡建成后，再进行全面测量，应保持各个测量线间水平程度控制在2.6m，并将9m的范围做为测量线之间的间隔距离，同时施工人员要利用有关设备设施对渠坡高度进行标记。另外，施工人员在隧道工程测量放线时应当做好与之对应高程点，以便科学合理使用。

2.3 水利隧道工程养护过程中的应用分析

在衬砌施工中主要以混凝土材料为主，施工过程中要对混凝土支模、振捣等施工工作进行严格监督，同时水泥混凝土后期养护也特别重要。因此在水利隧道混凝土施工后应做好后期养护工作，混凝土凝固后达到施工最终目的，进一步科学养护才能达到最佳强度。一般养护不低于28d，可适量覆盖草帘、苫布等遮盖物，特别注意混凝土内外温度差，为了降低温度梯度影响，每天至少两次喷雾或洒水湿润来保证混凝土质量，科学养护可以提高衬砌施工后期防水性能。

3 一次支护中的应用分析

在整个水利隧道工程施工中一次支护十分重要，施工人员采用相应施工设备才能做好铺设工作。隧道工程一次支护中施工人员应对工膜进行裁剪，再对其进行土层碾压，一次支护过程中应加强重视压实支护边缘的工作，一般可以利用沙袋等重物进行碾压，碾压工作结束后收集剩余工膜以备下个环节使用。

一次支护完成后，还需要进行重复压实工作，一定要保证隧道土层的压实平整性能。在一次支护过程中要对每一个土层面间的距离进行测量，一般要求土层面间距离为10cm，避免发生相互干扰。在一次支护过程中还要由专业人员对每一个土层进行双缝连接，在双缝连接施工结束后应当对所连接部位进行打孔检验，确保质量合格。

4 施工中质量管理

1)一般所用原材料在选购和使用前都需要有关部门质检人员进行全面检查，审核完毕后才能投入使用，但实际当中由于部分人员责任心不强导致不合格材料进入施工现场，势必会造成混凝土强度降低，甚至出现“豆腐渣”工程。

2)因混凝土施工人员因学历、综合素质、作业习惯不同，而且施工中涉及多道工序的衔接问题,上一道工序不合格致使下一道工序也会返工,甚至出现质量问题导致事故发生。因此引入“点检”制度,在施工前由技术人员对重要关键点进行标注划分,当施工到某一节点必须由专业负责人员验收合格后方可进行下一道工序。通过此制度把控每一细小节点的合规性,确保工程质量符合要求。