水电站引水隧洞开挖及支护方法探究

李月琴

（四川洲桥水电工程有限公司成都市金牛区　610000）

水电站引水隧洞开挖及支护方法探究

李月琴

（四川洲桥水电工程有限公司成都市金牛区610000）

由于施工场地受限、地形地质、施工环境等原因，水电站引水隧洞的施工难度一般而言都相对较大，而作为隧洞施工中最主要的两个施工过程，隧洞开挖和隧洞支护的好坏，对引水隧洞的施工质量及施工效率起到了决定性的作用。本文就水电站引水隧洞的相关概念做出了基本的概述，与此同时，对于引水隧洞洞身面的开挖，本文对其基本的开挖方法进行了一定的探究，在此基础上，本文还对水电站引水隧洞的主要支护方法进行了一定研究。

引水隧洞；平洞；开挖；支护

开挖和衬砌（支护）是平洞施工的两个主要施工过程，也是水电站引水隧洞施工中的难点所在，做好引水隧洞的开挖和支护工作，不仅能有效地提高水电站单项工序的施工及生产效率，还能大幅度提高水电站的施工进度、降低工程成本。

1　水电站引水隧洞概述

引水隧洞是指为了将上游的流水引入到水轮发电机组中进行水利发电而在山体内部开挖出一条专门的引水道路而形成引水隧洞。[1]一般来说，根据水电站引水隧洞内部的水流情况，引水隧洞可以分为有压引水隧洞（隧洞无自由水面）和无压引水隧洞（有自由水面）两种。在进行水电站引水隧洞洞线选择时，一般要求要方便于引水隧洞上下游的水流相互衔接，并且引水隧洞的洞线应当尽可能短、隧洞转弯面要尽可能少。与此同时，水电站引水隧洞的布置地区要求隧洞沿线的岩体要完整稳定、地质构造要比较简单、地下水位要相对较低。

水电站引水隧洞一般有较大的施工难度，其主要是因为其施工有如下特点：①引水隧洞施工的场地一般会受到较大的限制，隧洞施工过程中也会受到较多的不定因素的干扰，并且，隧洞的施工组织一般比较复杂；②引水隧洞施工的地质地形条件比较复杂，施工场地及环境的变化较大，围岩的安全稳定性问题也比较突出；③引水隧洞中的通风、采光、除尘等要求相对较高，隧洞施工的劳动强度较大，施工条件相对较差；④水电站引水隧洞的施工规模及施工难度一般较大。因此，要想做好引水隧洞的开挖及支护工作，应当仔细分析研究引水隧洞的施工环境及施工特点，并在此基础上探讨出最为经济合理的施工方案。

2　水电站引水隧洞开挖方法探究

引水隧洞洞身面的施工，不仅影响到施工进度及施工工序的安排，还与隧洞的施工布置紧密相联，一般来说，引水隧洞洞身面平洞的开挖至少要有两个工作面，即：进口面和出口面。[2]并且，如果引水隧洞的洞线较长，工期十分紧迫，则在考虑到施工进度的基础上，还应当采用合理开挖施工支洞或竖井等的方式来增加引水隧洞的施工工作面。与此同时，在确定施工工作面的数目及位置时，应当结合隧洞沿线的地形地质条件、洞内外的运输条件、支洞或竖井的施工量及施工造价、隧洞施工场地的布置情况等，同时，要根据这些具体的情况，采用适当的技术经济比较来选择最佳隧洞施工及开挖方法。一般来说，平洞的开挖有以下方法：

2.1全断面开挖法

全断面开挖是指将隧洞洞身段平洞的整个断面一次开挖形成隧洞的方法，就目前而言，国内外运用全断面进行隧洞洞身段开挖的开挖方法，其开挖高度一般为8～10m，所用的隧洞开挖机械一般为多臂钻机或全断面掘进机。利用全断面开挖法进行隧洞开挖不仅能实现隧洞的同时掘进开挖、加快引水隧洞的开挖速度，还能有效地提高隧洞开挖的施工工效、缩短隧洞施工工期；然而，当隧洞的断面过大、岩体的性能较差、机械化水平有待完善时，全断面开挖隧洞的开挖方法则不能完全满足水电站引水隧洞的开挖要求，因此，全断面开挖的隧洞开挖方法一般适用于围岩十分稳定、十分坚固的地区。

2.2断面分部开挖法

断面分部开挖法是指将整个隧洞洞身段的断面分成以若干层或若干块形式存在的小型断面，然后在小型断面的基础上以分层分块的方式进行隧洞的开挖。一般来说，断面分部开挖法可为分为台阶开挖法和导洞开挖法：台阶开挖法是指利用台阶的形式，将隧洞自上而下（正台阶）或自下而上（反台阶）进行分层开挖的方法，台阶开挖法的隧洞开挖高度一般在10m以上，普遍用于大型的平洞开挖中；而导洞开挖法则是指先在引水隧洞洞身段的断面开挖一个小型导洞，然后再在开挖的小型导洞的基础上扩大开挖面积直至开挖整个断面的开挖方法，导洞开挖法的小型导洞的开挖尺寸及开挖形状一般应根据导洞的位置、岩体类型、通风及排水等情况来确定，与此同时，根据不同导洞所适应的围岩稳定情况以及小型导洞在断面中的相对位置，导洞开挖法还可以分为上导洞开挖法、下导洞开挖法、上下导洞开挖法。一般来说，断面分部开挖法不需要运用大型的机械设备，其比较适用于围岩稳定性较差，洞径过大的地区的隧洞开挖。

3　水电站引水隧洞支护方法探究

在水电站引水隧洞的开挖过程中，由于隧洞开挖地区的地质条件或施工环境等因素的影响，在进行隧洞开挖、贯通隧洞之前，往往要对挖好的地段进行衬砌支护工作以保持围岩的稳定、保证施工的质量及施工安全。在进行隧洞支护工作的方法中，主要用到的有：

3.1混凝土泵隧洞支护法

混凝土泵隧洞支护法是指利用冲天尾管、排气管、导管、脚手架等有关装置进行混凝土浇筑从而达到支护作用的办法，这种办法主要是将导管的末端与冲天尾管相连，待垂直穿过模板深入到仓内后，再进行混凝土浇筑工作的一种支护方法。在运用混凝土泵隧洞支护法进行混凝土浇筑支护的过程中，在混凝土浇至顶拱仓面时，应当撤出仓内的各种器材并尽可能的将两端的混凝土筑高；当混凝土与人孔齐平时，应撤离仓内人员、封闭进人孔洞，与此同时，待进人孔洞封闭后，应当尽快加大混凝土的坍落度，加快其泵送速率，实现仓拱的浇筑密封。

3.2新奥法隧洞支护法

新奥法的核心思想是：要充分考虑岩石自身的承载能力，并且，在此基础上，要根据岩体的特性，因地制宜地做好隧洞的开挖支护工作。新奥法有三大支柱，即：光面爆破开挖、锚喷支护和围岩稳定状况检测。一般来说，新奥法是利用锚喷支护的方法来进行隧洞支护的，即：在进行隧洞开挖及支护时，将围岩视为具有弹性、塑形及粘性的连续介质，利用岩体开挖中隧洞变形时的时间及空间效应，[3]适时适量地采用一些同时具备柔性和刚性的支护结构来加固岩体，从而使围岩的变形受到抑制并与围岩共同形成具有抵抗外力作用的承载拱圈的复合支护系统，进而达到增加隧洞围岩稳定性的目的。

4　结束语

引水隧洞是指为了达到引水发电的目的而在山体内部开挖出一条专门的引水道路从而使上游的水引入到水轮发电机组中所形成的水工隧洞。一般来说，水电站引水隧洞的开挖方法主要有：全断面开挖法和断面分部开挖法；而对于水电站引水隧洞的支护方法，目前主要用到的为混凝土泵隧洞支护法和新奥法隧洞支护法两种。因此，做好引水隧洞的开挖和支护工作，不仅能有效地提高水电站单项工序的施工及生产效率，还能大幅度提高水电站的施工进度、降低工程成本。

[1]柴海.浅析小断面引水隧洞开挖及支护设计[J].河南水利与南水北调，2013，16：50～51.

[2]杨忠华.引水隧洞开挖对既有铁路隧道的影响研究[J].路基工程，2015，01：167～171.

[3]陈学雁.黑河大孤山水电站引水隧洞设计与施工要点[J].甘肃水利水电技术，2014，11：53～54+64.

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2015-3-6