水利工程输水隧洞施工开挖与衬砌技术研究

范世运，王 赫

（吉林省节水灌溉发展股份有限公司，吉林长春130000）

开挖衬砌技术是水利工程输水隧洞施工中的关键技术，技术水平直接影响工程整体质量和输水隧洞的使用寿命。在实际施工中，应严格按施工技术的规范性与标准性进行操作，避免出现各类质量问题，影响输水隧洞的正常使用。

1 开挖施工技术

1.1 洞口

首先，根据现场情况选择合理的开挖工艺，如采取土石方明挖工艺，按照自上而下顺序分层分段开展洞口土石方开挖作业，使用挖掘机等机械器具将洞口土方保持特定坡势，以此来改善洞口开挖排水效果，积水在重力作用下朝指定方向排放，避免在坑底形成积水。同时，在保证施工安全的前提下，可选择采取光面爆破技术，使用TY26型手风钻机等设备，在隧洞洞口处钻设若干孔洞，在洞内装入药包，确定无误后，同时起爆药包，全断面一次爆破成型，对欠挖部位开展人工凿除作业。其次，提前清理现场地表植被与障碍物，做好超前支护，为后续洞口开挖作业的开展营造良好施工条件，避免洞顶受到施工扰动与地下水作用影响出现坍塌事故。最后，合理选择洞口施工时间节点，洞口围岩结构受雨水渗透侵蚀易出现松动脱落与洞顶塌方事故，尽量避免在雨期组织洞口施工。在雨季进行隧洞开挖施工时，提前对围岩结构进行加固处理，如采取注浆加固法，在围岩孔隙裂缝中高压灌注水泥砂浆，待砂浆凝结硬化起到堵塞渗水通道与稳固围岩的作用。同时，在施工现场设置截水沟与集水井等排水设施。

1.2 洞身开挖技术

根据现场情况、地层结构稳定系数与围岩种类，选择适当的洞身开挖技术，常用技术为台阶开挖法、全断面开挖法以及支撑法，不同技术的适用范围、工艺流程及操作要点存在明显差异。其中，全断面开挖法适用于围岩等级为I、II类的水利工程，在现场配置多功能作业台车，施工人员使用手风钻机等设备在隧洞内部钻设若干数量的楔型掏槽，在槽内放入药包与塑料导爆管，采取毫秒微差技术按顺序起爆药包。而台阶法是采取机械开挖方式在现场挖设台阶，依次挖设上中下台阶，搭设支护结构来封闭成环，必要情况下使用风钻钻孔爆破。例如，应用三台阶临时仰拱法时，使用铣挖设备开展洞身开挖作业，依次挖设上中下台阶，将单个台阶的长度控制在4.0m左右，台阶挖设完毕后，在限定时间内封闭掌子面，采取锚杆、钢筋网、混凝土喷射层的联合支护技术，在现场搭设钢架横撑。

1.3 输水隧洞开挖支护技术

输水隧洞开挖期间受到施工扰动影响，容易破坏洞口与洞身部位围岩结构的稳定状态，进而出现围岩松动脱落与隧洞坍塌等安全事故。因此，为保障施工安全，同步开展隧洞开挖支护作业，根据现场情况选择支护技术种类，在隧洞洞口与洞身部位搭设支护结构来固定围岩。例如，应用喷锚支护技术，在洞口与洞身部位钻设若干数量孔洞，在孔内插入特定型号的螺纹钢筋，合理设定锚杆长度与间隔排距等参数，在孔洞内灌注水泥砂浆，待浆液凝结固化后形成全长黏结性水泥砂浆锚杆。随后，在锚杆上挂靠高强度钢筋网，将钢筋网与锚杆进行固定连接，搭设钢拱架，要求钢拱架紧贴岩面，在拱部边缘处设置超前锚杆。最后，在钢筋网表面均匀喷射混凝土，对混凝土层表面进行压实抹平处理，做好混凝土养护作业，在混凝土凝结硬化后，与锚杆、钢筋网共同构成支护体系。此外，为减小地下水渗漏与压力作用等因素对隧洞支护效果造成的影响，避免出现支护结构变形失稳问题，提前做好相关准备工作，如清理隧洞洞口与洞身周边分布的散碎土石块，采取高压灌浆加固技术对隧洞围岩结构中的孔隙裂缝进行封堵处理，在现场设置排水沟与截水沟等排水设施。

2 衬砌技术

2.1 锚杆施工

1）锚杆选择。综合分析围岩结构及种类、钻孔方法、钻孔机具型号等因素，合理选择锚杆的材质种类，设定锚杆长度与直径等参数，要求将锚杆的插孔长度控制在锚杆总长的35%以上。

2）锚杆预处理。在正式施工前，对锚杆的规格尺寸与外观质量进行检查，退回存在明显质量缺陷的锚杆。随后，清除锚杆表面附着的灰尘污渍与残留锈迹，对轻微弯曲的锚杆进行校直处理。

3）成孔质量控制。施工人员使用手风钻机等设备，在现场钻设若干数量孔洞，对成孔质量进行检查，如检查相邻孔洞间距、成孔位置、孔径、深度、孔壁垂直度等，确定成孔质量达标后，将锚杆插入孔内，对锚杆插孔深度进行测量调整，将注浆管插入孔内75mm左右，匀速注入水泥砂浆，待砂浆凝结硬化后，即可完成锚杆施工。

4）确定锚孔施工顺序。在一般施工条件下，依次开展锚杆施工与混凝土喷射作业，在隧洞洞身形成锚喷支护体系。而在现场分布IV、Ⅴ类围岩或是特殊围岩时，需要紧跟开挖面，选择向喷后锚再复喷施工顺序，提前在洞身围岩结构表面喷射一层适当厚度的混凝土层，再开展锚杆施工与混凝土喷射施工，以此来强化围岩结构的稳定性能。

2.2 混凝土喷射

在混凝土喷射环节，为减小材料因素对输水隧洞衬砌质量造成的影响，应提前做好混凝土试拌作业，制备小批量的混凝土，将混凝土试样送至实验室检测，根据检测报告与混凝土材料性能指标的对比结果，对混凝土配合比方案进行优化调整，对应变更水泥、集料、拌合水等原材料的用量比重，调整拌合水pH值，更换水泥品种。随后，对隧洞围岩进行清理，清除现场分布的障碍物与松散围岩，在后续混凝土喷射过程中，避免松散围岩受混凝土冲刷作用力影响而出现掉落事故。严格控制混凝土喷射速度、喷射压力、混凝土层厚度等参数，将参数偏差值控制在允许范围内，并对混凝土喷射成果质量进行检查，对局部脱落开裂的混凝土层进行补喷。最后，对混凝土层表面进行压实整平处理，开展混凝土养护作业，避免在混凝土凝结硬化期间受自身与外部环境影响而出现裂缝。

2.3 衬砌施工

首先，为保障施工安全，提前对隧洞喷锚支护体系进行检查，判断喷锚支护质量是否满足施工要求，在必要情况下对喷锚支护体系进行加固处理。例如，检查混凝土喷层表面是否形成裂缝，根据裂缝宽度和深度，采取表面封闭法或是内部修补法进行处理。其次，开展测量放样作业，以施工图纸为参照，使用水准仪等设备，对输水隧洞衬砌结构的中线、断面与标高进行测量标记，并采取排堵水措施，确保衬砌表面无渗水现象。随后，以隧洞底板为起始点，向顶板与拱顶部位延伸浇筑混凝土，严格控制混凝土浇筑速度，如果浇筑过快易在表面形成裂缝，尽量一次性完成衬砌浇筑作业。最后，开展混凝土养护作业，在表面淋洒适量水分，将内外温差控制在25℃以内，待达到养护时间，且试块强度达标后，开展脱模作业。

3 结语

综上所述，在水利工程输水隧洞施工中，应确保隧洞开挖与衬砌施工规范化操作，根据工程情况合理选择技术工法，严格控制各施工环节质量，预防和减少衬砌裂缝、围岩松脱滑落、隧洞坍塌等施工问题的出现，提高输水隧洞整体建设质量，保障工程顺利开展。