水利枢纽工程中引水隧洞的施工技术

陈燚刚 李全

摘要：本文笔者结合某工程实例，通过分析施工组织，对隧洞流砂段支护及开挖的施工技术进行探讨。可供同行参考！

关键词：引水隧洞；支护；进洞；出口

一、工程概况

某水利枢纽工程设置目标是主要是为了缓解大路梁子隧道水沟排水压力而设置，其中引水洞进口与隧道进口的距离为缓坡地带，大约为170m。引水洞断面为城门洞型，引水洞全长780m，断面净尺寸为3.5m×3.65m（宽×高），纵向坡度为0.8%。引水洞主体穿越三叠系石灰岩地层，该地段基岩积压破碎，岩层接近直立，裂隙水及岩溶水发育，节理、裂隙发育。地质存在突涌、断层、岩爆、膨胀岩、瓦斯、流沙、岩溶、滑坡等不良地层情况的可能性极大，隧道穿越地层存在玄武岩、砂岩、石灰岩、页岩和泥岩；洞身范围内有煤层、断层。所以在分析该引水洞地貌的基础上，因地制宜，在洞口附近设置拌和站及砂石料堆放场，设置生产区、生活区房屋；工程施工期间，充分利用山上的水来作施工及生活所需要；生活用电将通过将电接至施工驻地来解决，具体是安装变压器，为预防意外情况，备用内燃发电机。

二、施工技术组织概况分析

1.施工技术方案选择

本工程施工道路布置、开挖出渣方案、坝体填筑施工工艺和特殊段处理等，是本工程施工布置设计的重要及关键技术问题。本工程大路梁子隧道引水洞设计全长780m，围岩基本情况：二类围岩，占全隧道长度为13.8%108 m；三类围岩444m，占全隧道长度为56.9%；四类围岩228m，占全隧道的长度为29.3%。

2.进洞方案

通过各方面的探究和分析，确定最后的进洞方案：首先，依据设计图纸的需求，进行洞顶排水沟、截水沟以及水沟；然后上一个工序检测合格后，进行坡度刷坡的施工。开挖工序方面，一般采取人工开挖方案，以确保工程稳定施工，比如使用工具对边仰坡及洞口处进行开挖，顺序从上到下进行施工，完成后对其进行适当防护。

3.出口方案

方案设计的出口端方案为柱式洞门，施工时根据设计图纸需求对洞顶进行截水沟施工；接着，进行边坡锚喷防护工序；最后，待前面工序经检测合格后，进行按二类围岩浅埋段进行洞顶的施工。初支完成后，要及时进行二次衬砌施工工序，完成这一工序后，再进行洞门端砌筑。

三、隧洞特殊地段超前支护施工技术

这一阶段的施工技术，重点在于掌握围岩地质的情况下，应配置好有经验的管理人员和施工技术人员，同时备足钢格栅（或型钢拱架）、喷浆机、注浆机、高标号水泥、高标号水泥、水玻璃、稻草、方木、花管、焊管、钢轨等材料。

1.超前探孔工序

在钻眼前应打入6m 长焊管作超前探眼；且要求每次探眼应做到直墙腰部2 根、起拱线位置2 根、顶拱1 根，数量不得少于5 根，以确保洞穴流砂在开挖爆破过程中不会造成

坍方。在探眼掘进过程中如果发现围岩比较松软的现象，或从焊管中涌出裂隙水、流砂等现象，要及时采取处理措施，如台阶法施工处理，或采取短进心、早封闭、强支护、弱爆

破等施工处理措施，同时要做好施工前一些预防方案的拟定，如为了最大限度引排流砂体内的积水，涌水量较大时可多打花管。

2.超前支护工序

在设计开挖轮廓线基础方面，待确定流砂层长度后，轮廓线径向放大20m～40m，同时将焊管、花管超前支护打入起拱线位置；并要求将超前管棚纵向严格按平、顺、直等原则要求打入，且横向不宜留有空隙，以避免发生流砂渗出缝隙的质量问题。

四、隧洞特殊地段开挖及支护技术

1.台阶法开挖工序

本工程主要是在施工方案筛选过程中，考虑到隧洞流砂的流动性非常明显，如果进行全断面开挖容易发生质量问题，所以决定选取台阶法，且先进行上半部人工开挖，每环进尺宜<0.5m；开挖完成上半部后，将共管打入渗水位置，且要注意不适宜对其进行封堵处理，还要排放地下渗水；如果实际情况确实需要封堵流砂位置，可采用管棚（颗粒比较大的情况下）或稻草（流砂内渗水的情况）进行处理。根据已掌握的工程实践经验，在充分了解流砂体流动性和涌水、渗水量的情况下，宜对台阶长度进行适当控制在3～5m。

2.拱部纵向支护的加强工序

超前管棚在施工过程中，往往不容易控制在同一平面，这容易造成管棚无法承受流砂体的垂直压力、挤压力，或拱部开挖后出现流砂、渗水渗漏等现象的发生，若不及时解决，

最终会导致拱部沉降、位移。所以，随上半部开挖地不断深入，为避免质量问题的进一步扩大，必做根据实际情况及时将超前管棚打入，可适当增加超前管棚的数量，直至其进入

非流砂岩层，第二环达不到继续第三、第四环等，使其拥有足够支撑流砂体垂直压力、挤压力的质量保证；至此，处理完后，还需要及时封堵流砂，引排渗水，确保工程进度顺利展开。

3.拱部横向支护的加强工序

加强工序，主要是考虑到超脱管棚支护已是支撑流砂体挤压力、垂直壓力的重要组成部分，尤其是纵向超前管棚支护在拱部短进尺开挖加强后；接下来，就要考虑喷身砼支护、挂设钢筋网的处理，有必要及时进行钢格栅横向支撑施工或拱部型钢拱架的加强施工。通过收敛量测，准确掌握其水平位移速度、洋洋得意位移、沉降速度、沉降量等相关重要指标参数的状态；在施工过程中，为保证拱部对流砂体的支撑质量，如有必要可在钢格栅超拱线、型钢拱架处加设横支撑。

4.下部台阶施工工序

在施工过程中，因为流砂自稳能力非常不好，所以在下部台阶施工时，应采取短进尺、强支护施工技术对下半部进行施工，且控制每次进尺在0.5m 左右。同时，下部宜采取先开挖右侧或左侧下半部的方法，即分左右两侧边挖边护的施工方法，以保证拱部的支撑效果比较可靠；然后按设计要求完成相关工序，如喷身砼、打设锚杆、完成挂网、焊接下半部型钢或钢格栅，施工下半部的另一侧。此外，为确保后期施工安全，最大限度避免内水外渗或外水内渗等渗透现象，有效防范进一步发生较为复杂的位移、沉降、变形、挤压力等工程质量问题，可考虑使拱部、边墙、底板在二期支护断面外形成完整的封闭圈，通过在进行二期支护断面的设计阶段时，会首先作基底换填、设计钢格栅或横向钢拱架、浇筑底板仰拱砼等施工处理。

五、其它方面施工工序技术要点的处理

（21）隧洞砂岩地段涌水、涌砂、岩溶的处理方案：采用梁跨、板跨或拱跨等跨越措施处理不能堵塞水流，或溶洞较深的情况；采用支撑墙、支撑柱、支撑拱以及嵌补加固等工程措施进行支顶加固；采用砼、浆砌片石堵塞、填实停止发育的干、小溶洞。对岩溶水或暗河的处理时宜疏不宜堵，在处理泥水、暗河突涌时，宜在施工时采取超前地质钻孔探测，且预备足够的抽水设备。（2）隧洞流砂坍方处理方案：为确保拱部坍孔出砂体自身稳定，可采用钢材或木材横向将坍碴截断；可采用隧洞流砂段开挖支护、超前支护处理坍孔封闭。此外，基于洞穴填充物通常会存在稳定性差、下沉量大、易坍塌、松软等情况，可采取桩基处理、超前注浆加固地层、换填人工基础或浆砌、干砌片石基础等处理措施。

六、总结

综上所述，笔者通过引水隧洞施工过程中积累的一些经验，由此看出引水隧洞施工技术涉及多个施工细节，在隧洞工程引水施工过程中，遇到过去没有出现过的问题，这就需要在今后的工程实践中不断丰富施工经验；同时各个工序的衔接对于工期的进度、工程质量都产生不同程度的影响，在本次工程施工中也体现了这一点，所以要保证工程质量，需要加强施工技术各个施工阶段的质量控制。

参考文献：

[1] 袁永定.天花板水电站引水隧洞施工技术[J].水力发电，2011，（06）.

[2] 秦庆红.海甸峡水电站库区薄济渠进水口引水隧洞堵漏工程的施工技术[J].水电站设计，2009，（02）.