水电站引水隧洞开挖及支护施工技术

张朝磊

中国水利水电第八工程局有限公司（410004）

1 水电站引水隧洞

引水隧洞具有提高水电站的工作效率、降低成本、避免浪费等特点，是水电站水工构筑物的关键，而其主要作用是缩短引水的距离。水电站的发电原理是通过水位的高低形成的落差，将水流产生的重力势能转化为电能，促使水轮机运作，以此推动发电机发电。引水隧洞则是将水流上部引入水轮机的密闭空间，而隧洞又分为有压引水隧洞和无压力引水隧洞，将水流引入水轮机的密闭通道时，路线设计必须要短而简单，即洞线要短并且设计路线不能太复杂，同时，水流要能够顺利对接。水电站引水隧洞工程实施之前要对选定实施工程区域的岩石及地质结构进行分析，并要远离地下水区域。

2 引水隧洞开挖步骤

1）要依据水电站建设的基本规章制度，在其进程中必须要同时进行平行作业，同时，在准则基础上保证每一天平行线都能够有间隔地进行开挖任务，此目的是为了保障隧洞工程的稳固性。以此提高通风的需要，保证进水区混凝土的施工量。2）水电工程引水隧洞挖掘的任务进程中，首先针对工程的下平行端和上下弯道端进行挖掘支持保护任务，其次再开展竖井段的任务。上弯道端的开挖任务要安排在上平行段的交面工程任务之后；下弯道段的工程任务要安排在帐幕注浆的任务之后。所以不管是哪一部分的开挖任务都必须依据分步序原则，这样才能能够确保竖井段能够得到充分的利用，保证工程全周期良好的通风性，而针对下平行段也具有很好的改善作用，对于整个施工环境较为重要。3）平洞阶段的混凝土喷射和锚杆工程任务要确保在挖掘任务完成之后立刻进行，还要着重把握工程当中避免超前锚固，需要在整个工程进程中随时随地对喷锚进行支持保护，确保其稳定性和稳固性。

3 施工布置

水电站引水隧洞开挖及支护的施工布置主要包含两大类：机械布置和道路布置。首先，机械布置任务是由混凝土垂直传输机进行工程任务。依据水电工程任务的特征，需要通过综合考察，利用塔机和汽车吊等工程机械进行灌注混凝土任务。塔机和汽车吊在使用方向上有所不同。塔机不利于局部部位的灌注混凝土任务，因其具有不稳定、不好把握的特点，汽车吊则能够进行局部位置的灌注混凝土。道路布置任务是以混凝土为原材料进行道路铺置。道路铺置的原则是要严格依据实地状况进行操作，各个设备设施要满足工程标准，还需要提高工作效率和设备利用率，设备的使用应该利于产品生产，保证施工现场秩序的稳定。

4 开挖技术的特点

水电站引水隧洞开挖技术的选择要与隧道实际情况相结合。水电站工程开挖技术方式有支洞开挖和竖井开挖两种，二者都可以提升开挖的效果，以此来弥补功能上的缺陷。当工程项目得到确认后，专业人员就必须对施工场地的周围环境及山川地貌进行分析，利用科学有效的开挖技术进行开挖施工。

4.1 全断面开挖

此开挖技术是利用多臂钻机开掘出8～10 m高度的隧洞。而多臂钻机的优势在于能够实行多钻机共同运行，因此，大大缩短了工作时间，保障了工作效率。而它的缺陷在于：首先对地质岩体的构造、机能有较高的要求；其次是此开挖技术挖掘的隧洞断面巨大，不易控制；最后是开挖技术操作要求甚为严格，对工艺要求严格、精细。因此，使用这种全断面开挖技术会受到多方面的限制。而全断面开挖技术只限于岩石，地质结构必须稳固。

4.2 断面分部开挖

断面分部开挖技术的工作原理是将隧洞断面分批次分成多个部分，然后分层级逐步完成工作任务。不同水电站还会根据挖掘方式将断面分部分为导洞方式和台阶方式。这两者是依据断面进行划分的，根据地质、跨度、选取方式的不一致，把断面又分成三部分：左、中、右。首先导洞方式的开挖技术会运用到大型隧洞工作中，其工作原理是向地面下部进行开凿，其必须要用在开凿工程大于10 m的隧洞中。其开挖对岩体构架、排水系统和通风设施有着极高标准。实际施工的方法主要是：首先通过选择适合施工区域，在引水隧洞断面的上部开凿一个小洞，其次使用挖掘机器把小洞进行扩张。而导洞挖掘手段又可以分为上洞与下洞。由此可见，这类的挖掘方法比较细化，选择方式也较为宽广，也就意味着比全断面挖掘方式运用更加广泛，难度系数相对较低。因此，断面分部开挖技术可以适用于岩体结构和地质不稳定的环境中，即使隧洞洞径狭小也不影响[1]。

5 支护施工的特点

任何工程竣工后，都会受到外部因素，如自然因素、人为因素等，从而导致坍塌现象。所以，水电站引水隧道的施工团队必须做好后期的支撑保护举措。对岩体结构进行加固稳定，对地质进行再次勘探，保障技术人员的安全，以此保障施工后期进程的顺利开展。实施后期支撑保护的途径有两种：混凝土泵支护和新奥法支护。

5.1 混凝土泵支护

此支护方式又可以称为混凝土传输泵。工作原理是使用设备把混凝土以持续不断的方式进行传输，传输通道的结构由两大部分组成：冲天尾管和导管。结束混凝土的传输任务之后，再利用压力将混凝土传输到模板的内部，到此阶段浇筑任务结束。这个过程中需要注意的要点较多。首先是工作人员的安全和工程的质量，传输混凝土到仓内，要及时撤出内部的工具，当浇筑到与工作人员身高平齐时，工作人员需要离开施工地方。想要加快任务进程，结束浇筑任务后，应选择加大混凝土泵的功率，提高效率。除此之外，混凝土泵使用过程中必须确保管道内部的畅通，将开挖任务和支护任务同时运作，避免混凝土泵发生故障，导致窝工现象，对岩体结构造成破坏。

5.2 新奥法支护

此方法在国内被称为“锚喷构筑法”。新奥法隧洞支护法是在混凝土泵隧洞支护法的基础上进行创新和改进，使其稳固和保护效果提高一个台阶。而其工作的原理是根据岩体的结构特点形成稳固且密闭的空间，具有约束作用，再使用混凝土喷锚，使得周围岩体、混凝土及锚杆构建出稳固结构。对此，新奥法隧道支护法对混凝土的机能要求严格，对岩体结构稳定性也有较高标准。锚喷构筑法的施工特征有：时效性、封闭性、黏结性、柔性。四种特点相互结合，相互作用，使得整体结构更加稳定，施工更加便利。

锚喷构筑法又称新奥法隧洞支护法，由光面爆炸开凿、锚喷支持保护和围岩稳固情况监测三部分构成。其工作流程是隧洞开凿和支持保护过程，开凿挖掘时岩石会产生形变，从而提高岩石的稳定性，使得周围的岩体都进行加固、强化来抵挡外来的冲击，这就为内部环境提供保护作用[2]。

6 水电工程运用现状

在水电工程建设初期，它与运行管理机制是相互独立的两个整体。施工队在水电建设过程中拥有独立的话语权。建设完成后的运行管理就和施工队的建设相脱离。这使得运行管理的人员完全没有发挥出该有的作用。这种建立机制持续了较长的时间，而到20世纪后期才打破了旧有的管理机制和建设模式。从相互独立的两个个体到现代建制建设的运行机制，很多方面都进行了改进。虽然这只是一个小小的改变，但在当时却带来了可观的效益。现如今，各个国家面对水资源问题都在寻找适合本国的解决方案。我国高速发展的过程中很多东西已经焕然一新，面对水电工程的建设也从未有过懈怠。不断摸索和改进的过程中也发现了很多不适合的地方。所以，完善建设机制还是比较重要的任务。

7 水电工程运行机制的意义

水电发力、资源循环利用、减少污染等都是水电工程建设必须考虑的问题。而水电工程能否发挥出最大的效益，则需要关注的是后期的运行维护方面。运行机制建立和实施的目的在于能够用较少的投资换取最大的工作效率和成果。这是一项利于提高我国实力和增强建设自信的工程，也是一项利于百姓生活的工程。水电工程建设的目的在于造福百姓。在国家大力投资的情况下，势必会出现管理人员浑水摸鱼，将利益装进自己口袋的状况。因此，只要加大控制水电工程后期的运行机制才能真正有效地将服务于百姓。

8 有效措施

8.1 互相监督

想要达到最好预期的成果或者是超过预期的设想，就必须让前期的建设团队与后期的运行维护团队进行合作。两个不同的管理团队互相制约，相互监督。在建设过程中，监督人员需要认真严肃地处理建设中出现的问题，及时沟通、及时汇报、及时调节；配备水电工程建设方面专业的人士进行指导；实施建设的各项指标是否符合规定，建设过程中是否能保证人员的安全性等都是必须考虑的问题；对于违规的环节必须进行修整。在管理方面，首先要确保管理机制中的成员都符合要求，其次则要在管理时要审时度势。根据具体的情况改进措施，以此达到效益最大化的目的。

8.2 做好连接点

建设前期要仔细地考虑建设与管理二者结合能够带来的好处。如在建设中要考虑建设过程是否扰民，建设方案是否能够降低对环境的污染甚至是不污染。后期的维护运行过程要注意与前期建设人员及时沟通。要求后期的运行管理人员要对整体的建设有详细的了解。而在那些极容易出现的问题上应做到能够冷静应对，做到建设与管理同步进行。

8.3 保证资金

在水电建设中，保证资金是建设全生命周期顺利开展的重要前提。这就要求在建设前期先进行工程预算，对建设过程中各个环节的资金投入进行明确的记录。资金发放也要到位，杜绝一切贪污腐败的现象，从而有力地监督各个部门使用资金的整个过程，保障水电工程顺利开展。除此之外，还要尽可能地保证筹集到的资金比预算多，以保证在建设过程中避免出现因突发事件而导致资金不足的情况。为了更好、更快地完成建设任务，各个部门需要严控资金的流向。

8.4 加强资源管理意识

建筑项目的资源管理是审核工程质量是否优良的一个重要指标，也是建筑工程竣工时必备的条款。我国已经下发了相关法律，其中也明确规定了与此相关的法律条文。因此，政府部门需要重视、整顿建设企业中资料管理的相关内容，提高工程验收的标准，强化工程验收的程序。这里也包含资源档案管理部门对竣工之际的验收和考察工程技术的标准程度，保障建筑物的安全性，保证资料的真实。同时，应该设立独立的资料管理岗位，安排有专业素养的人员进行负责，从而保证在出现问题时可以直接找到源头。除此之外，建筑企业的领导和负责施工的人员应认识到资料的重要性，以保证资料管理和施工同步进行。

8.5 科学完整的方案

建筑团队的前期考察工作不容忽视，团队人员需要提前实地了解状况，根据地理特征、气候条件及人文风俗等方面进行分析。除此之外，工作人员还要充分考虑方案的实践性、经济成本等的基础参考要素。通过制订一套规范、科学的施工方案，为建筑项目的进程提供必要保障。

8.6 专业人才的培养

水电工程是一项涉猎很广泛的项目，并且其关乎着人们生活的方方方面面及我国的国际地位。专业人才的引入对于工程项目来说非常重要。由于引水隧洞施工环境比较狭小，所以，要充分考虑在此条件下的施工带来的安全隐患。那么对于专业人才的培养可以从这几点着手。首先，提高水电工程内部的工作人员的业务水平，对工作人员进行定期的培训和考核。其次，企业可以邀请专业教授进行指导和讲解，让员工及时学习到相关专业的最新知识和技能。最后，不论是有经验工作人员还是初学者等学习相关专业的求学者，都需要通过线上、线下进行自主学习，扩大自己的知识面。

8.7 强化设备的保护及检查

根据引水隧洞工程的特点，水电工程施工过程中易出现机器发生机械故障的现象，那么就必须加强对设备的维修与保护。首先，隧洞内部湿润，其裂缝表面干燥，因此，要保证设备干燥剂的充足。其次，要定期进行检查，发现有故障的机器时及时进行维护或更换，从而减少设备损坏的可能性。因此，保证工程顺利开展的维修及保养工作必不可少。

9 结语

现代化进程逐渐成熟，社会文化建设不断发展，丝绸之路的步伐稳定而又坚实，这一切都代表着我国的经济水平和文化素养在进一步提高，更标志着人们生活质量逐步提高。水电站引水隧洞的工作虽然有了很大的提升，但依据当下实际情况，仍然存在较多的隐患。因此，对于水电站引水隧洞的每一个环节都要严格把关，对存在的问题要及时进行解决，以科学、有效、环保的理念进行工程建设。