水库引水隧洞开挖与支护施工方法

尚琰

摘 要：在水库引水隧洞施工过程中，开挖和支护是非常关键的施工环节，对工程施工质量有较大的影响。文章以实际工程为例，对工程施工过程中遇到的重难点进行了多方面的分析，并对水库引水隧道开挖和支护施工方法进行具体的探讨，保证了工程的顺利进行。

关键词：水库引水隧洞 洞身开挖 洞身支护

1.工程概况

资中县城北水资源综合利用开发工程A2隧洞长度2140.3m，桩号为A1+579.7～A3+720，根据设计施工图，A1+579.7～A1+640、A1+760～A1+880、A2+000～A2+120、A2+520～A2+720、A3+460～A3+540、A3+660～A3+720为Ⅴ类围岩F型支护，开挖段面尺寸为5940×3838mm（宽×高，含预留围岩变形量10cm），A1+640～A1+760、A1+880～A2+000、A2+120～A2+520、A2+720～A3+460、A3+540～A3+660为Ⅳ类围岩D型支护，开挖段面尺寸为5760×3728mm（宽×高，含预留围岩变形量8cm）。对应管道布置隧洞形式为双孔隧洞。

2.工程重点及难点分析

（1）交通条件差：本工程处在山地、丘陵地带，大量借用资安路及村村通公路作为进场道路。现状道路等级较低，路况较差，尤其村村通公路弯多路窄，大型设备需拆卸成几部分才能转运至作业面。

（2）隧洞围岩级别低：根据本工程地质勘察报告，隧洞围岩以粉砂质泥岩为主，岩石坚硬程度为软岩，围岩划分主要为Ⅳ～Ⅴ类，围岩较破碎，自稳能力差，安全隐患大。

（3）隧洞断面小，超欠挖控制难度大、出碴及通风散烟困难：本工程隧洞断面小，出碴无法应用大型设备，采用小型机械出碴效率低；隧洞通风散烟困难，排烟时间长，施工效率低。

（4）雨季防排水是本工程的重点：隧洞进出口在原地表以下，洞口埋深达到7～9m，施工排水难度大，雨季易发生洪水倒灌隧洞。

3.隧洞开挖和支护施工

3.1洞口开挖和支护

（1）开挖施工

隧道进出口位置在开展开挖施工前，首先应该进行清坡和护坡工作，根据设计图纸要求，清坡范围通常设置为开口线以外5m；然后进行洞口顶部护坡施工以及基坑周边浆砌石截水沟施工。完成截排水系统的施工后，开始进行开挖支护工作，在支护施工过程中，最常用的支护方法为：分层开挖和分层支护，支护的顺序通常是自上而下。在进洞段自稳能力较差的围岩地段，通常应用超前中管棚进行支护。

（2）洞口超前中管棚

因为隧道进出口的位置埋深位置较浅，应先对围岩进行处理，旨在提高其整体性和稳定性，防止围岩变形的现象发生，进而保证隧道开挖过程中的稳定性。

隧道拱部应用壁厚为6mm的Φ76mm无缝钢管用作注浆支护辅助施工，总计共需设置21环，相邻环之间的距离为0.39m，控制外插角处于1～3°范围之间，然后開始注水泥浆。通过对施工实际情况进行调研和分析，一旦地下水存在发育的情况，可添加适当水玻璃，进行水泥-水玻璃双液注浆，在隧道开挖轮廓线意外施工通常采用套拱进行。

在超前中管棚施工过程中，一般应用壁厚为6mm的无缝钢管，钢管节长一般为6m。应用壁厚约为6mm的套管联接，控制其长度约为40cm。在钢管接头的过程中，尽量将奇数和偶数相互错开，控制纵向同一断面内的接头储量≤50%，相邻接头之间的距离约为1m。在开展超前中管棚施工时，除了路线纵坡，控制其仰角为处于1～3°范围之间。中管棚施工具体过程如下：钻机作业平台开挖→测量放线→施作导向墙、安设导向管→钻孔→棚管制作→棚管安设→封闭工作面或作止浆墙→注浆材料及机具准备→注浆→洞身开挖及支护。

3.2洞身段开挖和支护

（1）洞身开挖

该工程隧道围岩种类为砂岩和粉质泥岩，属于软质围岩。因为隧道埋深程度较浅，在隧道上方存在民房、电缆等建筑结构，为了降低施工过程给周围建筑带来的影响，隧道在开挖的过程中，应用EBZ318悬壁式掘进机，同时配置一台液压破碎头作为辅助施工。通过对设计图纸进行分析和研究，隧道在开挖时需预留围岩变形量，通常情况下，Ⅴ类围岩预留的变形量为10cm，而Ⅳ类围岩预留变形量为8cm。为了保证在工期内完成施工，隧道在施工过程中，在进出口位置同时配备一台掘进机，利用双向掘进的方法进行掘进。

在隧道施工过程中，为了判断断面超差和欠挖情况，一般会应用激光导向仪进行定位。将激光导向仪安装在隧道的墙上或顶部，为了避免开挖施工会造成一些损坏，应控制其和掌子面之间的距离≤20m。

随着掌子面开挖深度的加深，为了方便工作人员检查，在规定的位置需要将桩号和高程清晰地标示出来。在开挖断面的过程中，及时进行测绘工作，方便在验收和混凝土喷射施工中应用。在开挖施工过程中，为了保证测量质量，需定期对控制点进行反复全面的测量。为了防止洞内的测量点遭到设备破坏，埋设必须隐蔽，同时尽可能做好保护。

隧道开挖的位置一旦出现超强渗水的现象，为了防止渗水持续进行，应及时将此情况报送监理处，确定最佳的应对方案，一般采用的方案为掌子面超前加固。通过超探技术对孔渗水量的大小进行检测，适当增加超前固结灌浆，掌子面施工应使用超前固结灌浆施工进行。促进围岩形成帷幕圈，降低洞身受到各种压力，同时增强围岩稳定性，增加围岩防渗性能，优化隧道受力条件。

（2）洞身支护

该工程隧道的初期支护内容通常为超前小导管施工、挂钢筋网以及喷射混凝土施工，如果遇到围岩稳定性较差的地段，需通过架设钢架进行支撑。隧洞洞身拱部V类围岩段预支护通常应用超前小导管注浆施工。超前小导管一般使用热轧无缝钢花管制作而成，控制环向间距50cm，每一根超前小导管的长度约为3.5m，控制两组小导管纵向搭接长度必须>100cm。小导管通常在现场完成加工，应用热轧无缝钢管制作而成，呈梅花形布置，控制尾部长度必须>30cm，前端加工成锥形，同时焊接Φ6mm加劲箍。具体如图1所示。

选择全站仪进行孔位的测定，控制环向孔距50cm，相邻两环搭接长度需≤1m。钻孔应用YG40导轨式凿岩机，钻孔直径通常比钢管直径大3～5mm，控制钻进过程中的角度在5°～15°之间。完成钻孔施工后，使用钻进进行扫孔，将浮渣清除干净，保证孔径以及孔深等参数符合相关指标要求。

按设计要求，将Φ42mm超前小导管插入孔内，控制打入长度必须>其自身长度的90%，钢管的尾部需和钢架稳定焊接，形成稳定的预支护体系。完成小导管的设置后，为了避免漏浆的情况发生，需用塑胶泥浆孔口封堵。

在注浆施工前，必须对施工设备进行检查，保证其可正常工作。首先将管内杂物清洗干净，自上而下地进行。控制注浆压力处于0.2～0.3MPa范围之间，如果单孔注浆量已达到设计注浆量，方可结束注浆过程。根据现象实际情况以及实验结果对注浆参数进行适当调整，保证注浆结果。注浆通常按自下而上的顺序进行，如果遇到跑浆的现象，应使用间隔注浆的方式，最终完成注浆过程。完成注浆施工后，将注浆接头拆除，为了避免还未凝固的浆液发生外流的现象，应使用水泥药卷将注浆管口封堵住。

4.结束语

综上所述，在水库引水隧洞施工过程中，隧洞的开挖和支护十分重要。文章以实际工程为例，对水库引水隧洞开挖和支护施工方法进行了分析和探讨，取得了良好的施工效果，值得类似工程借鉴和参考。

参考文献：

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[2]郑强，徐鹏飞.乌弄龙水电站引水隧洞开挖施工技术[J].人民长江，2017（S1）：196-198.

[3]刘榴.分析水利工程引水隧洞开挖支护施工技术[J].科技创新导报，2018（10）：31-32.