水利工程中的引水隧洞施工技术研究——以太子河干流某水库工程为例

高 月

(辽宁省汤河水库管理局有限责任公司，辽宁 辽阳 111000)

近年来，地下工程开发和地下空间利用逐渐引起社会各界的高度重视，将隧洞工程建于矿山资源、水利水电、交通等领域的案例不断增多，由于复杂的地质环境，非常有必要深入研究隧洞施工技术。引水隧洞属于组成水利工程的重要部分，其施工质量在很大程度上决定了工程的安全性及其投资效益，因此必须有效总结重点施工技术，积极引进新型技术以保证工程整体质量。此外，如何在设施、气候、地质等外部因素的作用下实现隧洞的安全、高效的建设，这是引水隧洞施工技术的难点以及保证水利项目正常运行的基本条件[1-5]。

1 引水隧洞施工技术

1.1 开凿技术

目前，比较常用的引水隧洞开凿技术有全面开凿法、导洞室开凿法，应在综合分析断面面积大小、隧洞围岩、机械设备及地质条件等因素的情况下，合理选择开凿方式，并为后续隧洞施工提供技术保障[6-7]。其中，全面开凿法比较适用于地质围岩坚硬的一次断面爆破隧洞，贯通整个隧洞后应考虑施工要求进行支护施工，在引水隧洞开凿中利用该方法可以加快施工进度，有利于隧洞施工范围的拓宽；导洞室开凿法是先对围岩断面导洞，然后结合形状设计有关要求以及隧洞施工大小开凿隧洞，该方法能够有效降低排水施工难度以及全面了解隧洞内的地质情况。隧洞开凿后应结合施工设计要求，按自上而下的次序沿边坡防线支护、开凿洞口，在开凿洞口时若出现开裂或滑动的情况，为保证边坡稳定性可以采用放缓坡度的方法；此外，要严格按照要求使用土钉支护洞面，并保证土钉倾斜角度处于5°～25°、水泥浆强度不低于25 MPa。

1.2 排水技术

一般地，在施工之前要组织开展隧洞顶部、辅助坑口、洞口的地面排水作业，以防出现地表水冲刷或下渗的情况。施工过程中要及时分析出水量、出水位置和水质等因素，准确的记录分析结果并为排水施工提供数据支持。此外，对渗水较多的隧洞口或辅助坑口，要及时组织排出地表积水，针对自下至上或自上至下的工作面，可采取抽水处理或顺坡排水的方法。

1.3 锚杆技术

在完成开凿作业的基础上，应按照喷-锚-喷的支护流程开展锚杆支护施工，喷射混凝土与锚杆操作之间的时间间隔不得少于3 h，并保证喷射厚度不低于4.5 mm；控制锚杆孔径要大于杆体直径1.5 cm以及不同围岩的钻孔距离位置偏差不超过14.5 cm，钻孔深度约为5 cm；保持孔底部距离插入的灌浆管5～10 cm，灌入砂浆后从孔中均匀拉出灌浆管并快速插入杆体，若孔口未冒出砂浆应将杆体拔除并再次灌浆，直至孔口冒出砂浆停止灌浆。

1.4 混凝土喷射技术

根据防渗漏级别、回弹值限值标准、现场养护与维修条件、施工实际需求、喷射混凝土强度标准等因素，合理选择喷射方式。一般地，喷射混凝土应符合以下技术要求：碎石粒径<1.6 cm；粗砂和硅酸盐水泥细度值≥2.5；碱性速凝剂选择时应避免使用含活性二氧化硅的石料；拌合水不得选用pH<4的酸性水和污水；依据规范技术要求，经多次试验验证合理确定喷射混凝土配比。

1.5 衬砌技术

工程中，反映围岩稳定性的重要参数是隧洞周边的位移值，应按以下有关要求开展衬砌施工：其一，水工隧洞支护表面未形成裂缝和四周位移减慢，隧洞的标高、断面尺寸、中线等复核设计要求；其二，脱模操作时的混凝土强度不得低于5.0 MPa。

1.6 回填注浆技术

在完成两次衬砌作业的基础上开展注浆试验，获取隧洞顶部有关注浆参数，并结合注浆参数值进行回填注浆施工。通过分析现场注浆试验合理确定注浆压力，同时保证低压条件下进行土洞钢筋混凝土的注浆作业，维持岩洞衬砌的注浆压力在0.25～5.0 MPa之间。

1.7 塌方预防与处理

塌方预防与处理施工技术涉及的内容如下：其一，为了排除因位置、地质因素所引起的塌方，隧洞施工前应开展现场勘测，隧洞施工过程中要尽量避开溶洞、软弱易碎围岩、断层等不适合开凿的地层，严格要求利用专业的技术开展施工作业；其二，加大检查力度，特别是对极易产生塌方的位置要加强检查。若隧洞施工时出现塌方现象要先保护作业人员的人身安全，及时采取加固措施对塌方位置进行处理，以防发生二次塌方的现象，然后勘察周围与塌方位置，明确引起塌方的原因并制定行之有效的解决方案。

2 研究区隧洞施工技术应用

2.1 工程概况

以太子河干流某水库工程为例，总库容21.68亿 m3，控制范围2 795 km2，以1 000 a一遇洪水设计，10 000 a一遇洪水校核，枢纽工程为一等，并与下游水库形成太子河干流梯级开发，该水库承担着城市供水、防洪排涝、水力发电、农田灌溉、水产养殖等任务。结合现场踏勘及施工总平面布置图，工程拟布置三块施工场地(A、B、C)，布设于支洞洞口、隧洞出口和隧洞进口周边的空地处，混凝土拌合系统、加工厂及仓库主要布置于A、B、C生产区。

2.2 施工总平面布置

布置的临时设施有风水电、通讯系统、场内施工道路、停车场、机械修理厂、钢筋加工厂、模板加工厂、生活及办公用房等。遵循便于施工管理的原则，在现场搭建活动板房作为生活及项目经理部办公用房，利用活动板房的形式搭建工人生活住房；在不影响施工的条件下施工机械靠边停放于施工孔底、堤顶处，现场不设停车场。

2.3 施工现场管理

充分考虑现场实际情况，科学合理的设置隧洞布局方案，切实提高工程改造效率和水域资源规划，最大程度的降低传统管理模式产生的影响。工程管理模式坚持“质量为先、以人为本”的原则，其中保证施工质量的关键就是贯彻落实引水隧洞施工技术。对现有管理体制及时做好优化调整，考虑管理制、监督制、责任制等特点逐项落实技术管理体系，这是体现发展目标、项目规划的重点以及加快施工改造效率的关键。同时，要贯彻执行安全管理制度，避免重伤、因工死亡等事故发生，控制无洪灾、火灾、重大机械设备事故的发生和年工伤率不超过0.5‰。

2.4 分项工程施工方案

2.4.1 导流方案

隧道工程、进水渠、应急抗旱泵站等建筑物易受水位的影响，所以汛期施工时要填筑挡水围堰，对进出隧洞发挥挡水功能。在枯水期安排进水渠、应急抗旱泵站的施工，将挡水围堰填筑于泵站进口处，以发挥挡水作用。结合现场实际情况和设计要求，可不设置导流工程，采用72 kW推土机、10 t自卸运输汽车、1 m3反铲挖掘机等设备完成围堰填筑施工。

2.4.2 土方开挖方案

采用以人工为辅、机械为主的土方开挖方式，所应用到的机械有60 kW碾压推土机、10 t自卸运输汽车和1 m3挖掘机，人工开挖时用胶轮车运输土料。针对施工现场出现异常的情况，及时组织专业人员检查处理以防运行后出现安全隐患，保证隧洞结构的整体稳定。

2.4.3 石方开挖方案

(1)隧洞石方开挖：一般采用新奥法开挖隧洞，以全断面钻爆的开挖方式，主要工艺包括乳化炸药爆破、电雷管引爆、人工装药连接、直眼掏槽、手风钻钻孔等，出渣和运渣车辆为扒渣机、5 t农用车。

(2)石方明挖。石方开挖用8 t自卸汽车运渣，1 m3挖机直接挖桩或转载机配合装车、72 kW推土机集喳，以浅孔小型松动爆破、YT28手风钻造孔的方式为主；针对商鼎难度大、地形突兀的位置，采用下部装载机装车、上部挖掘机甩喳或者推土机集料的作业方式。

(3)土方填筑施工：充分利用建筑垃圾进行土方回填施工，相关机械有HW60蛙式打夯机、60 kW平料推土机和10 t自卸运输汽车等；采用人工安装、人工转运入仓、10 t自卸运输汽车、钢筋加工厂制作等方式进行钢筋加工；异型部位用竹胶模板、木模板，其它部位则以组合钢膜为主；在出口、支洞、进口附近分别设置3个混凝土拌合区，混凝土现场搅拌机型号为JS500型。

2.4.4 隧洞工程

混凝土水平运输方式为3 m3砼运输车，采用地泵实现泵的入仓。按照人工平仓、1.1 kW插入式振捣器振捣、溜槽垂直运输、5 t农用车水平运输的方式进行应急抗旱泵站施工，采用人工平常、1.1 kW插入式振捣器振捣、砼地泵入仓、3 m3砼运输车水平运输的方式完成进水口及出口箱涵、消力池的施工，以人工手推车入仓、5 t农用车水平运输的方式实现河道工程及出口明确的施工。

2.4.5 灌浆工程

(1)回填灌浆。灌浆管位置应符合设计要求，合理采用BW250/50灌浆泵、YT-28人工手风钻机和钻孔台车作业平台，以填压式灌注法进行回填灌浆作业。

(2)固结灌浆。回填灌浆完成7 d后，采用YG50型导轨式分动钻机和钻孔台车作业平台按设计方向、已标好的灌浆管位置，钻孔至设计深度，用高速搅拌槽及BW250/50型灌浆泵进行固结灌浆施工。

2.4.6 砌石工程

采用10 t自卸运输车辆将浆砌石石料输送至仓面周边，并利用人工的方式转运至砌筑面；然后用0.25 m3拌合机拌合浆砌石砂浆，人工转运并采用人工铺浆法砌筑，用匹数杆岸一顺一丁挤浆法砌筑砖砌体。

2.4.7 混凝土道路工程

以1 m3反铲挖掘机与人工配合的摊铺方式进行碎石垫层施工，首先利用自卸汽车将碎石垫层运输至工作面，然后用人工与挖掘机配合的方式摊铺。采用槽钢模板和自拌混凝土浇筑路面砼，人工铺滩、人工收面，所应用到的机械有1.1 kW插入式振捣器和3 m3混凝土运输车。

3 施工质量保证措施

3.1 组织管理

充分考虑财力、物力、人力等要素做好引水隧洞施工管理各项工作，全面落实各项管理制度，并提出行之有效的管控方案，保证引水隧洞的质量验收合格。在接到中标通知书后应立即组织项目领导班子，抽调行政、经济、工程技术等专业人员组建项目经理部，选派经验丰富的高级管理人员负责现场各方面工作。

3.2 技术管理

规范化、标准化现场施工流程，严格按照技术标准保证引水隧洞施工效率，为充分发挥工程可利用价值和水资源调度的最优化提供技术保障。结合现场情况，对分项施工方案和施工组织设计进行认真的编制，应充分考虑现场条件制定施工计划表，对计划的落实情况进行定期的检查，发现问题时及时分析原因、上报，并制定有效的解决方案，以防出现结构病害并对引水隧洞造成安全隐患。

4 结语

总体而言，在水利工程建设时应高度重视引水隧洞施工技术，施工单位及有关部门要充分认识施工技术的重要作用，贯彻执行施工方案和技术标准，保证引水隧洞施工的有序开展，进一步加大施工技术创新以促进水利事业及国民经济的快速发展。