简析水利隧洞工程的开挖施工与塌方处理

余全英

【摘要】隧洞工程开挖是水利工程建设中的重要内容，并且隧洞工程在施工过程中受到环境、地质、围岩等多种因素的影响，因此在施工前需要结合施工实际，选择合适的施工技术，从而提高水利隧洞工程的质量。结合小断面隧洞的特征，本文阐述了水利隧洞工程的主要开挖施工技术，对水利隧洞工程的开挖施工要点及其塌方处理进行了简要分析。

【关键词】水利隧洞工程；开挖施工技术；施工要点；塌方处理

一、水利隧洞工程开挖施工技术的分析

当前水利隧洞工程开挖施工技术主要有：全断面开挖、台阶法、正台阶环形开挖法、中隔壁法、交叉中壁法等，以下就常用的两种进行分析。（1）台阶开挖施工技术。台阶开挖施工技术适用于稳定岩体、土层及不稳定岩体，有正台阶法和反台阶法之分。按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种，近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，施工时应根据洞室大小，围岩情况进行方法的选择。正台阶环形开挖法、中隔壁法（CD法）、交叉中壁法（CRD法）、双侧壁导坑法等开挖方式适用围岩地质条件差和软弱围岩开挖中应用，选择时应根据施工安全、洞室大小等因素考虑选择。（2）全断面开挖施工技术。全断面开挖技术主要应用于一些地质条件好、岩体较坚固的隧洞中，通过一次性钻爆使其成为隧洞，随后在对洞室进行支护施工。其优势在于保障施工安全与质量的情况下，工序少，施工速度较快。严格按照施工组织的要求来开展工作，施工期间也不会受到太大的干扰，有条件时可以充分利用机械，减少人力资源投入，并一次开挖成型，对围岩的扰动小，有利于围岩的稳定。施工过程中，针对隧洞开挖效果（残孔率）有特殊要求、地质状况不明、解决排水、通风等情况时，可先行开挖导洞，根据施工方案的要求来将导洞设计成所需要的尺寸和形状，而后扩挖完成隧洞开挖。

二、水利隧洞工程的开挖施工要点分析

1、水利隧洞工程的开挖施工准备。水利隧洞工程土方开挖施工准备需要对施工作业人员进行技术交底；并且结合水利隧洞工程施工图要求，采取测量放样工作，测量人员根据设计图纸进行测量放样，测量放出开挖轴线、边线和开挖深度、坡度等控制线和控制桩，而后针对工程的施工现场水源、流量、地形、地貌和地质条件，结合永久排水设施布置排水系统。在开挖区域外侧设置截水沟、开挖层面上设置临时排水沟和集水坑，开挖面保持一定的坡度，把雨水、施工生产废水、围岩渗水及工作面内积水引排或抽排到工作面外。同时在开挖施工时，关注及监测边坡稳定情况，当边坡发现裂缝、掉块、滑动等迹象时立即停止开挖，第一时间进行围岩的加固。此外为了保证施工的连续进行，所有机械设备必须确保良好的运行状态，每次开工前对所有的进场设备均进行施工前的保养，维护，以确保机械设备的良好运行状态。

2、隧洞工程开挖钻孔施工的要点分析。水利隧洞工程钻孔施工过程中，施工技术人员需要严格按照测量定出的腰线、中线、测量布孔以及开挖轮廓线进行钻孔作业。湿式风钻钻孔时，首先进行卡套、机身、螺栓、弹簧和支架的检查，以确保其正常完好运行。若出现钻杆不直、带伤，供水异常，钻孔堵塞等现象，需对其进行及时修理或更换。为了避免出现超挖现象，须将周边孔的外偏角嚴格控制在设备所能达到的最小角度内。掏槽孔以及光爆孔的偏差应在 5cm 以内。

3、隧洞工程开挖爆破施工的要点分析。（1）科学设计爆破方案。爆破方案必须确保开挖断面以及洞壁保持平整性。（2）爆破试验分析。在进行施工过程中，根据岩石出覆状况，制定初步爆破设计方案并上报，待监理工程师审批后，方可实施爆破试验。观测现场爆破效果从而选择合理的爆破参数，并结合现场岩石性质与级别的变化程度对设计方案进行调整。（3）爆破关键点。针对不同的围岩以及开挖断面，选择适宜的爆破设计，钻孔直径在 38～42mm之间，依据钻孔设备以及围岩类别来确定炮孔深度。为保障周边光面爆破效果，同时减少爆破震动而引发的对围岩的振动，周边孔最好使用不耦合装药，以线性布置方式在周边孔布置炸药。按操作规程进行钻孔作业，严格依据设计要求确定炮孔的深度、角度以及间距，确保除掏槽孔外的所有炮孔孔底都位于同一垂直面上。（4）危石清除要点的分析。水利隧洞工程在爆破工作完成后，需要及时清除爆破产生的危石，同时对已开挖洞段的围岩稳定情况进行多次检测，对可能塌落的松动岩块进行清除。施工时，边顶拱以及掌子面上残留的危石及碎块需使用反铲清除，确保施工人员以及现场设备的安全，安全处理岩面破碎洞段后，可在隧洞上先喷一层厚度为5cm的混凝土，完成出渣工作后，再次进行安全检查及相应处理。

三、水利隧洞工程开挖施工的塌方处理

水利隧洞工程中的开挖施工塌方处理一般按“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的原则进行。“小塌清、先支后清”是指当塌方量不大时，可采用将塌方全部清除的处理方法。清除塌方前，需将塌方顶部支撑牢固，避免继续塌落，防止洞顶掉块砸伤施工人员。因为当隧洞发生第一次塌方后，自然拱范围内的土石还有继续坍塌的可能，塌方坑道的两侧边坡常不稳定，先清除塌碴可能会使侧壁失去平衡而松动塌落，塌方坑道进一步增宽，自然拱进一步增高而再次塌方。如此反复，极有可能引发大塌方。若围岩地质条件较好，塌方只是局部的松软夹层，且范围不大，经分析不会继续塌方时，也可对塌方进行清除处理，再进行支撑或不支撑。所谓“大塌穿，先棚后穿”，就是指当塌方量很大，一时难以清除，塌穴形状和大小无法查明时，可将塌方体视为松散破碎的地层，采用超前支撑、开挖导坑的方法穿越塌方体。穿越前必须将塌方部为的两端支顶牢固，防止塌方延伸。

结束语：

综上所述，水利隧洞工程开挖施工需要结合隧洞的的围岩种类、隧洞的断面尺寸及大小、围岩渗水情况，选择合理的开挖方式。根据施工现场实际，从施工造价、施工进度以及施工安全等多方面进行考虑，选择合适的开挖施工技术。

参考文献：

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[2]保积凯.小型水利工程隧洞开挖施工技术探讨[J].现代农业科技，2013（12）

[3]李健.浅谈小断面隧洞工程开挖爆破施工控制[J].科技视界，2016（09）