浅析水利工程隧洞施工技术及措施

林旭东

水利工程的发展对我国社会主义现代化建设有极其重要的作用，其不仅可以保证人民群众用水的安全性，同时也保证了我国农业用水的稳定性和长久性，所以确保水利工程建设的安全发展至关重要。对于现阶段的水利工程要结合实际的工程情况来进行专业化的工程预先设计，选择先进的施工技术以此来保障各项水利工程的顺利开展和不断完善。由于不同地区的地质环境和实地情况，影响到隧洞施工技术的因素有很多，因此做好隧洞支护是保证水利工程质量和安全的重要保障。隧洞施工技术是水利工程建设的重要环节，其施工质量的好坏直接影响着整个水利工程能否正常开展。在现实的水利工程建设中，隧洞施工技术时常受到地质环境等因素的影响导致施工困难，所以不断发展和完善隧洞施工技术是当前水利工程建设要面临的主要问题。对于隧洞施工而言，支护是保证隧洞施工质量与安全的先决条件，要采取科学合理的支护技术来保证隧洞施工不出现塌方等严重问题。根据水利工程建设的实际情况，采取有效措施保障隧洞施工安全,确保工程顺利实施。本文以山西省中部引黄工程为例，深入探究了水利工程建设中隧洞工程的类型和特点，进一步研究隧洞施工中可能出现的支护问题，从而提出预防塌方和解决侵限的办法，提高隧洞施工的安全性，促进我国水利工程建设的不断发展。

一、水利工程中隧洞工程的类型和特点分析

隧洞一般是由进口段、洞身和出口段三部分构成，进口段常设置塔式、竖井式或者斜坡式的拦污栅与闸门；洞身的构建主要是结合工程的具体情况，比如具体的水流条件与地质条件、施工条件。在不同的水利工程建设中，隧洞在输水时的水流性状有所不同。一般来说引发水电的隧洞是有压隧洞，通常采用马蹄形断面或圆形断面；无压隧洞的主要功能是泄洪、排放水库泥沙以及施工导流，常用圆形、马蹄形以及城门形断面等；两种隧洞的水流量也有很大差别，有压隧洞在运行时其水流会充满整个断面，它的内壁会受到水流的压力形成一定的内水压力，无自由水面，而无压隧洞则刚好相反。为避免出现空蚀现象或地址震荡，在高流速状态下严禁同一段隧洞出现有压与无压的交替运行状态。

二、隧洞施工中出现的问题及原因分析

1.工程概况

山西省中部引黄工程08标施工引水主洞起点里程为总干3#隧洞61+676.88，终点里程为总干3#隧洞77+040.90，全长15364.02m。沿线共设5个施工支洞，即18#～22#支洞，支洞布置为斜井形式。支洞进口底高程为1089.50～1205.41m：之间，引水主洞底高程位于1041.72～997.73m：之间。其中，18#支洞承担总干3#隧洞起点里程61+676.88，终点里程为总干3#隧洞64+513的施工任务，支洞长1213米，支洞进口底高程为1204m，支洞与主洞交叉点洞底高程为1002.34m。18#支洞位于兴县魏汾镇新业村南700m处，支洞口布置于山坡上，洞口向西约30m处有一小溪，溪沟平常季节无流水，只有汛期下雨时才会有水流过，属于季节性小溪。

2.工程地质

隧洞沿线地表大部分被上第三系、第四系松散堆积物覆盖，基岩出露于冲沟沟底或冲沟两侧。线路涉及基岩地层由太古界至石炭系，覆盖层涉及上第三系、第四系中更新统、上更新统、全新统。引水线路隧洞沿线地下水为寒武系、奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶水(区域及层间水)，太古界变质岩类裂隙水，碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙水与松散岩类孔隙水五种类型。岩溶地下水存在层间水,隧洞开挖时有可能会遇到溶洞。

3.问题及原因分析

隧洞一直采取了超前地质预探，且按“管超前，短进尺、弱爆破、强支护，勤观测”的原则进行施工。18#支洞开挖至主洞下游桩号62+597时，从主支洞交叉点向下游10m，桩号为62+454起32m内已施工的钢结构左侧拱脚向内侧突然发生不同程度变形和移位，无法满足二次衬砌的施作条件。拱顶和右侧拱架没发现明显偏移，但喷射混凝土出现裂缝。

根据设计地质描述，该段洞身穿过的地层为奥陶系中统下马家沟组上段及下段。实际开挖时遇到一条由主支洞交叉口处至隧洞下游左侧的断层破碎带，破碎带含有粘土且有少量裂隙水渗出，该段为V类围岩。变形原因应为断层破碎带的松弛变形，同时在地应力作用下，泥灰岩也可能产生变形，另一重要原因是围岩还未进行二次衬砌。

三、隧洞施工的预防和改进措施应用

预防隧洞塌方是保证水利工程建设顺利开展和完成的必要前提，也是保证隧洞施工安全和质量的重要因素。预防隧洞塌方可以分为几个阶段：首先在施工开始之前，要结合工程施工地的实际情况与施工的具体细节设计一套完整科学的施工方案，保证施工组织设计方案的可行性；然后是在施工过程中，要根据施工过程中出现的问题适当地修改和调整施工方案，并严格按照施工方案对隧洞内部的施工情况进行动态跟进与收敛观测，保证施工的安全性和施工质量；最后是在施工完成之后，要对隧洞内的支护措施进行定期的检查和维护，保证支护措施的安全性，这样能有效地预防工程出现塌方的情况。

针对以上钢拱架变形侵限的改进措施如下：

1.对已发生位移的62+454～62+486段将拱脚采用I18的工字钢进行横撑，必要时可在起拱部位多加一根工字钢横撑进行加固，从而防止在施工过程中发生大的坍塌。

2.对还未发生位移的62+444～62+454段，62+486～62+597段全断面用5m长，φ25系统锚杆加固围岩，环间距为0.5m，排间距为1m，打完后焊接在拱架上，加大混凝土喷砼厚度，在该段部位再喷一层20cm厚混凝土，防止该段出现变形。

3.主洞下游变形侵限一侧半幅断面径向布设φ42小导管进行固结注浆；其中拱部小导管长度采用5m，环间距为0.5m，排间距为0.5：m，第一排小导管由新立工字钢中间做好导向孔内打入变形面，其后各排依次打入变形面，焊接在新立拱架上，打好导管后进行注浆，浆液采用水泥浆，水灰比0.5。

4.围岩注浆固结稳定后，将已变形的62+454～62+486段按2m一段拆除横撑和左侧已变形损坏的拱架（从起拱线接头向下处撤除），拆除后并将围岩和底板清理40cm，再将左侧拆除部分拱架重新立好并加横撑和φ42小导管一同焊接。安好锁脚锚杆、纵向连接筋、钢筋网进行围岩和底板回填浇筑40cm的C25混凝土达到密实要求，最后对钢拱架及钢筋网进行20cm的混凝土喷射。

5.该方案实施过程，必须加强现场量测、严谨施工，确保围岩初期支护的蠕动满足二次衬砌的施工条件。

四、结语

山西省中部引黄工程施工08标段出现的围岩变形支护措施改进并非个例，在很多水利工程隧洞施工过程中都会出现围岩支护变形等问题。水利工程建设有利于我国社会主义建设的不断推进与完善，有很好的社会效益和生态效益，而隧洞工程的质量直接决定着整个水利工程的建设能否成功。由于每一个施工地段环境的复杂性和不确定性导致在实际的施工过程中会出现各种问题，为此在正式施工之前应做好详尽的地质勘探工作并制定完善的施工计划，力求把握好每一个施工的细节。加强对隧洞施工的重视程度，不断提高和完善隧洞施工技术，把每一个隧洞支护措施细化完美，保证水利工程的质量。隧洞施工作为整个水利工程建设的关键阶段，受环境状况、设备材料、地质围岩等因素的影响比较大，所以要不断提高隧洞施工技术，预防塌方滑坡等问题的出现，从而促进我国水利工程建设的不断完善。