大断面导流隧洞开挖施工技术探讨

2022-10-27宋少敏

大科技 2022年40期

关键词：下层隧洞导流

宋少敏

（安能西藏建设发展有限公司，西藏拉萨 850000）

0 引言

合理选择施工技术、施工方法，对于大断面导流隧洞的开挖施工有着重要的影响。具体施工期间，应当结合现场地层岩性、水文气象等因素，统筹协调，制定可行科学的开挖工艺与技术方案，切实做好隧洞开挖、支护等关键环节的质量控制，提高开挖的安全性和高效性。

1 断面导流隧洞分类及施工难点

上游水流在经过围堰挡水、导流隧洞等设施后，可以有序、平稳的流向河流的下游。对于导流隧洞而言，根据其断面形式的不同，可将其分为城门洞形、马蹄形以及圆形等等。有压、无压导流隧洞主要采用的是圆形、城门洞形或者是马蹄形断面[1]。此外，根据断面尺寸的不同，可将导流隧洞分为特大断面、大断面、中断面以及小断面4 种不同的类型，具体的尺寸界定如表1所示。

表1 导流隧洞断面尺寸情况

一方面，受施工现场地形地貌、地层岩性、地质特征等因素的影响，使得导流隧洞的施工难度不尽相同。另一方面，导流隧洞所处的围岩级别，也将对施工技术、处理方法的选择产生一定的影响。鉴于此，在开展导流隧洞的施工开挖工作之前，应当结合现场的工程地质等因素，明确施工难点，合理选用施工技术与工艺。首先，开挖之前，应当对围岩地质条件做出分析，开展超前支护、排水以及探测等相关准备工作。其次，开挖钻爆期间，应当严格遵循“少扰动、控爆破、勤量测”的基本原则，积极做好工程地质预报，对现场的地质情况进行全面掌控，确保施工期间的安全效果。此外，考虑到大断面导流隧洞施工期间可能遇到复杂地质问题，施工时应提前制定科学、可行的开挖支护方案。尤其在导流隧洞穿越不良地质段的情况下，如果不能预先了解地质情况，或选用的开挖工艺技术不合理，都将导致施工受阻，甚至威胁到施工人员的安全。另外，施工环节中应重点加强对裂隙较为密集区域、轻微风化区域的围岩施工质量控制，以免发生塌方问题。除此之外，导流隧洞开挖还受到降雨、地下水渗透等因素的影响。随着雨水的不断下渗，围岩可能出现软化、强度降低以及松散性增大等问题，施工时应采取针对性措施，防止坍塌、工期延误等问题的发生。

2 大断面导流隧洞开挖工法

首先，大断面导流隧洞开挖之前，技术人员应当对工程的概况、特点进行全面的了解，并选用合理的施工工艺与技术，确保后续工作的有序开展。其次，开挖期间结合现场情况，可以选用上、中、下层开挖方式。在进行上层开挖施工时，又可采用上层中导洞开挖、上层两侧扩挖的施工方式[2]。对于中层开挖施工，需要采用合理的爆破工艺，并对两侧位置进行爆破施工，以此提高施工效率。再次，导流隧洞施工期间，可以结合上一层开挖施工情况，对下一层开挖施工技术与工艺进行适当调整。最后，大断面导流隧洞开挖环节中，中层两侧预裂爆破施工有着一定的难度，且工艺流程相对复杂。为确保施工安全性效果，可以预先开展生产性试验，进而合理进行爆破参数的设计。导流隧洞开挖如图1 所示。

图1 导流隧洞开挖

3 大断面导流隧洞开挖施工技术要点研究

3.1 不良地质段处理技术

针对不良地质段开挖施工期间可能存在的溶洞、软弱岩层问题，应进行预加固处理，以提高围岩结构的整体稳定效果。处理期间，可结合现场实际情况，采用悬吊锚杆、固结灌浆技术等，对不良地质段进行处理。除此之外，还可通过排水措施，提高不良地质段的强度。比如，导流隧洞施工过程中可能发生河水倒灌、涌泥以及涌水等问题，施工时可以采用加密配筋、混凝土回填等方式，为隧洞开挖提供作业条件[3]。

3.2 破碎围岩、断层开挖技术

在开展大断面导流隧洞施工时，应当遵循“弱爆破、多循环、浅钻孔”的施工原则，施工期间要制定合理的开挖程序与方法，采用自上而下的开挖施工工艺，并配合超前支护、注浆加固等措施，提高破碎围岩、断层部位的处理效果。另外，还可结合现场具体情况，采用分布开挖技术。具体开挖过程中，应重点加强对左右半洞、中部预留岩柱以及中导洞的开挖质量控制。如果采用自上而下三层开挖的方式，需要加强对保护层开挖质量的控制。

3.3 软岩及岩溶区开挖技术

一方面，受风化等因素的影响，软岩区构造面切割严重，且含有大量的膨胀性黏土矿物。同时，软岩区的孔隙度大、强度较弱，土体中含有大量的泥质矿岩、粉砂岩等成分。在进行大断面软岩段导流隧洞开挖工作期间，应做好支护处理，并采用多循环、弱爆破的施工技术。针对现场的具体情况，软岩区主要采用多层开挖的方式，施工时应当对分层开挖的厚度进行严格控制[4]。如果软岩区的岩层较薄，可以采用多层分布开挖技术，并满足“早封闭、弱爆破、短进尺”的施工要求，开挖完成后要及时进行断面验收。另一方面，针对岩溶地区导流隧洞的开挖工作，主要受到岩溶发育所导致的溶槽、溶滤带以及溶洞、落水洞等因素的影响。具体施工期间，应当采用“拉、封、堵”的施工技术，按照自上而下的顺序进行施工。需要注意的是，溶洞空腔底板施工期间应加强对回填质量的控制。隧洞开挖现场如图2 所示。

图2 隧洞开挖现场

3.4 导流隧洞支护技术

3.4.1 断层及复杂地质构造区导流隧洞支护技术

首先，如果导流隧洞施工期间遇到卸荷带、断层带等不良地质情况，容易出现开挖变形等问题。为确保开挖施工的顺利开展，应采用喷钢纤维混凝土、锚杆配合格构梁等方式好做支护。具体施工期间，可采用初喷、挂网、复喷、锚杆支护、挂网、再喷等施工工艺。其次，对于隧洞交叉段、进出口等位置，如果存在地质条件较为恶劣的问题，可以采用喷射混凝土、挂网、锚杆支护等措施，提高开挖工作效率与质量。此外，如果导流隧洞需要穿越断层破碎带，施工期间可以采用格栅钢架锚杆系统进行支护。

3.4.2 岩溶、软岩地段导流隧洞支护技术

导流隧洞施工时，如果存在突水、涌水或者穿越破碎带、软岩地段的问题，可以采用超前支护的方式进行处置[5]。为确保施工环节的安全性，还需要进行围岩加固、地下水封堵等措施。超前支护技术应用期间，需要结合现场情况，选用大管棚、小管棚或者是小导管锚杆进行处置。对于大管棚钢管的设置，上仰角不能侵入设计断面，上仰角控制在2°～5°为宜。钢管中心间距应当控制在25～30cm 左右，直径应控制在80～128mm 左右，长度以10～80m 为宜。施工期间，小管棚、小导管锚杆的支护参数值如表2 所示。

表2 支护参数

4 案例分析

4.1 工程概况

某水利枢纽项目临时工程一标段内的导流隧洞全长768.93m，开挖断面面积为117.32m2左右，结合洞室规模划分标准，属于大断面隧洞。由于受到前期施工进度的影响，洞身开挖、支护工期相对紧张。在本标段中，施工主体是导流隧洞施工。导流隧洞分布于大坝左岸的山体内部，总体呈曲线型布置，曲线段的转角是61°42′。该导流隧洞的断面形式采用的是城门洞形，进口底板的高程达到了337.0m，出口底板的高程达到了335.0m，洞底坡为2.6‰。

4.2 开挖技术要点

导流隧洞使用两头掘进的方式进行开挖，开挖期间采用上下层开挖方式。施工时上下层同时作业，下层分左、右两区开挖。Ⅲ类围岩洞段开挖期间，采用上下层两层开挖方式，上层的高度为7.4m，下层的高度为6.35m。其中，上层主要使用全断面光面爆破开挖的方式，并利用手风钻造孔，一次开挖深度能够达到3m。除此之外，上层支护与开挖工作面的距离为20m。Ⅳ类、Ⅴ类围岩洞段采用上下两层开挖的方式，上层高度为7.4m，下层高度为6.75m，并使用全断面光面爆破的开挖方式，具体的断面施工顺序如图3 所示。在上层洞段开挖50m 时开展下层开挖工作。下层开挖期间，采用左右侧交替开挖的方式。当上层开挖长度达到40m，开始进行下层一侧开挖，另一侧主要用作施工道路。

图3 开挖分区

4.3 施工技术及质量控制要点

首先，开挖之前做好测量放线。测量人员采用激光全站仪等设施，对开孔位置使用红油漆标注在掌子面上，严格根据测量放线标记点进行钻孔。当爆破工作结束后，对开挖边线进行复核。同时，每间隔一周的时间，进行一次洞轴线、坡降的复测与检查，确保开挖精确满足要求。其次，在进行钻孔工作期间，炮眼直径设计为φ42，使用手风钻钻孔的方式，钻孔结束之后，经检查合格才能装药。此外，爆破施工期间，严格控制掏槽孔、主爆孔以及底孔的装药量，并借助毫秒延发雷管对微差爆破质量进行控制。装药环节中，采用每2 人一组的方式，根据钻爆设计图控制装药量，使用自上而下的装药方法，起爆网路主要采用复式联结网路的形式。此外，施工时注意通风降尘工作。洞室内部启用专业的通风设备，提高洞室内部通风效果。当爆破散烟结束之后（30min），对开挖面存在的爆破渣堆进行洒水除尘处理。另外，爆破施工结束后，开展安全检查工作，尤其要做好危石、盲炮等问题的检查，发现问题及时进行处置。当确保爆破地点安全之后，并征得当班爆破负责人的同意后，才能允许施工人员进入施工现场。最后，导流隧洞开挖环节产生的废渣，使用3m3装载机进行装载，并利用25t 自卸车降废渣运输到指定的弃渣场。整个开挖过程重点加强爆破技术、施工质量以及安全防护工作的管控，以免出现安全事故。