水利工程隧洞开挖施工技术研究

王飞虎

摘 要：在水利工程建设过程中，隧洞开挖是非常关键的一个环节，保证隧洞开挖质量尤为重要。但是，在实际施工过程中，仍存在诸多不确定因素影响隧洞开挖质量。基于此，本文首先分析水利工程隧洞开挖施工要点，然后探讨隧洞开挖施工技术的运用，以供参考。

关键词：水利工程;隧洞开挖;施工要点;施工技术

中图分类号：TV52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0063-03

Abstract： In the process of water conservancy project construction， tunnel excavation is a very key link， and it is particularly important to ensure the quality of tunnel excavation. However， in the actual construction process， there are still many uncertain factors affecting the quality of tunnel excavation. Based on this， this paper first analyzed the key points of water conservancy tunnel excavation construction， and then discussed the application of tunnel excavation construction technology for reference.

Keywords： water conservancy engineering;tunnel excavation;construction key points;construction technology

水利工程隧洞是水利樞纽中的重要组成部分之一，其开挖线路务必要和整个水利枢纽的建设相符，同时能结合具体工程地质、水文环境、地形条件等情况确定。隧洞开挖极易受到地质环境、作业条件等因素的影响，因此成为水利工程施工的一项难题。为了保证水利工程隧洞开挖质量，必须要注重相关工艺技术的运用。

1 水利工程隧洞开挖施工要点

1.1 施工测量要点

在水利工程隧洞开挖过程中，需要开展大量的测量作业，并要严格保证测量精度。因此，在实施测量作业时，要安排专业的测量人员来进行操作。在具体操作过程中，工作人员要严格根据设计图纸来确定相应孔位与作业参数，确保测量过程及测量结果的可靠性与规范性。另外，在具体测量过程中，相关工作人员还要定期按照设计图纸以及测量间距对洞的轴线进行测量和复测，以确保工程测量的准确性与有效性。

1.2 洞线选择要点

在选择隧洞线路时，首先要考虑地质条件，尽量选择在坚硬的岩基内设置隧洞，避免将其设置在地下水丰富及存在严重破碎带的地段。而且应尽可能选择在山岩平稳、没有滑坡的部位设置隧洞进出口。其次，洞线在平面上应力求短、直，这样不仅可减少工程量、降低造价，而且可减小水头损失，便于施工。若因地形、地质、枢纽布置等原因而不得不转弯时，其转弯半径不宜小于5倍的洞径或洞宽。再次，对于相邻两隧洞间岩体的厚度一般应有3倍的洞径或洞宽[1]。

1.3 钻孔施工要点

通常情况下，由合格钻工严格按照测量定出的中线、腰线、开挖轮廓线和测量布孔进行钻孔作业。若利用湿式风钻钻孔时，工作人员应先检查机身、螺栓、卡套、弹簧和支架是否正常完好，管子接头是否牢固，有无漏风;钻杆有无不直、带伤以及钻孔堵塞现象，供水是否正常[2]。如果设备出现异常，要及时进行更换或修理。除此之外，为了避免出现超挖现象，还要把周边孔的外偏角严格控制在设备所能达到的最小角度范围内。通常需要控制光爆孔、掏槽孔的偏差不超过5 cm，其他炮孔孔位偏差则在10 cm以内。

2 水利工程隧洞开挖施工技术的运用

2.1 全断面开挖施工技术

全断面开挖施工技术主要是把整个断面一次钻爆开挖成洞，等全洞贯通后或是掘进一定距离后，结合围岩可暴露的时间与实际作业情况来开展衬砌与支护作业。这种技术通常应用在围岩情况良好的路段。如开挖处的岩石比较坚硬，这样就能对其实施一次性钻爆，进而再进行支护操作。该项技术具有施工组织容易、掘进速度快、工序作业干扰不大等特点。在运用该项技术时，可根据隧洞断面面积大小和设备能力采用垂直掌子掘进或台阶掌子掘进[3]。其中，台阶掌子掘进是将整个断面分为上下两层，在进行上层掘进时需要比下层超前一定距离。为了便于出渣，上层超前距离不应超过2～3.5 m，而且需要同时对上下层实施爆破，通风散烟后需要立即将上台阶清理干净，同时往下台阶扒渣，在下台阶出渣时，上台阶可以实施钻孔作业。因为下台阶爆破是在两个临空面情况下进行的，能够减少炸药使用量。在水利工程建设中应用该技术可以进一步加快其完成速度，在一定程度上提高隧洞施工的整体效率，确保施工质量的基础上对整体施工周期进行有效控制。

2.2 导洞开挖施工技术

导洞开挖法就是在平洞的断面上先开挖小断面的洞室（导洞）作为先导，然后扩大至整个设计断面[4]。该技术在具体施工过程中具有较强的灵活性，可以将采集的施工现场地质特性作为依据，以便为后续的排水、地质处理等施工带来便利，大幅度提升隧洞的通风性。根据导洞与扩大部分的开挖次序，可分为导洞专进和导洞并进两种方法。导洞专进主要指的是全部贯通导洞后，再将部分位置扩大，以更好地掌握地质情况并改善洞内通风环境，但是，通常要对洞中作业设施实施二次铺设，往往会消耗大量的人力、物力、财力和时间，除了一些复杂地质情况外，通常不选用该种方法。而导洞并进法主要是开挖导洞10～1 5m后，接着在开挖导洞和开挖断面的过程中同时进行。通常情况下，导洞开挖施工技术用于地质环境较为恶劣、断面尺寸大且难以实施全断面开挖的情况下。

2.3 锚杆支护施工技术

锚杆支护通常用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，并将其打入地表岩体预先钻好的孔洞内，再利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板，或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的[5]。由于隧洞开挖方式存在差异性，所以其支护方式也各不相同。若开挖的围岩质量较好，可以直接在锚杆外挂设钢筋网片，进而再进行混凝土喷射;当开挖岩石、土层及断面不稳定性时，则需要通过随机锚杆或超前锚杆来对其实施支护操作，再实施混凝土衬砌支护施工。

2.4 钻孔灌浆施工技术

在进行钻孔灌浆施工过程中，工作人員要严格根据隧洞施工设计要求，采用回填、固结等方法实施灌浆，防止出现隧洞漏水的情况。在进行顶拱回填灌浆过程中，要将其划分为不同区段，且各个区段间的距离为45 m。灌浆施工是在钻孔作业之后进行的。在灌浆过程中，要严格把控灌浆压力，回填灌浆完毕后方可实施固结灌浆，但要控制其间隔时间在7～14 d，且应当采用梅花型来布设固结灌浆孔，并根据孔序编号来开展灌浆作业。

2.5 混凝土衬砌施工技术

衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。水利工程隧洞衬砌结构如图1所示。在进行混凝土衬砌施工时，要注意以下问题。首先，在具体施工前，要实施勘测施工，了解和掌握岩石的属性，只有这样，才能更好地实施混凝土衬砌施工。在输水隧洞周边位移速度不断减缓，而且水平收敛速度与拱顶位移速度等能够达到混凝土衬砌的要求，同时确保支护表面不存在明显裂缝，再开展衬砌施工作业。其次，在进行混凝土衬砌施工作业时，要连续浇筑混凝土，先进行底板浇筑作业，再进行顶板浇筑与拱顶建筑作业[6-8]。

2.6 排水施工技术

在进行水利工程隧洞开挖过程中，如若排水工作不到位，就会对水利工程隧洞的施工产生较大影响，甚至还会导致隧洞坍塌，因此需要充分考虑排水问题。通常来说，隧洞中的水主要来自钻孔用水与岩石裂隙水，其中要重点考虑岩石裂隙水，尤其是具有丰富植被的山体以及降水量较大的区域。在进行排水施工时，可从如下两方面进行。①平洞与上坡洞排水。在施工前，需要制订科学的隧洞排水方案，通常可将排水沟设置于隧洞中部或一侧，具体要根据隧道中风水电管路等设备布置情况确定其位置，确保其不会互相干扰。②下坡洞排水。如若在施工过程中排水正常，则可使用普通的机械方式来将水排出洞外;如若突发大量涌水，则需使用大流量设备来进行排水，确保洞内施工人员及设备的安全。

2.7 爆破施工技术

爆破施工技术是水利工程隧洞施工中较为常用的一种技术，其工艺流程如图2所示。在爆破前，工作人员要对施工现场的岩石厚度、开挖量等进行全面、系统性的研究和分析，从而最大限度地减少爆破施工所造成的危险性。与此同时，在实施手风钻打孔爆破作业时，要确保岩石覆盖厚度控制在6 cm之内，这样可以有效地降低钻头的磨损程度。另外，在具体操作前需要制订科学合理且具有可行性的施工方案，并以此为依据来展开施工作业。在隧洞侧墙和底部预留一定的保护层，当完成爆破以后，再展开相应的修缮施工;修缮结束后，要对该保护层实施整平施工，全面保证隧洞表面的平整度和光滑度。此外，在具体爆破施工前，还要严格按照相关标准及规定来确定爆破参数，并开展试验，对相关参数进行优化处理，最大限度地避免施工过程中可能出现的问题，保证施工作业人员的生命安全。

2.8 岩爆施工技术

在实施岩爆作业时，要事先做好断面的喷水处理工作，并沿着轮廓做好锚杆孔洞开挖施工，对孔深、循环间距等多项参数加以控制。同时，还要确保二次循环超前锚杆孔与前一排孔洞处于错位状态，且方向与掌子面呈60°～75°夹角。随后再向超前锚杆孔洞内进行注水作业，并确保注水时间，只有这样，才能更好地保证岩石得以软化。最后，要对超前锚杆进行安装，且需要在孔洞外预留一定的位置，以便对锚杆和钢筋片实施焊接作业，进而有效地避免岩爆碎片发生崩落的问题。

3 结语

在对水利工程隧洞进行开挖过程中，极易受到多方面因素的影响，严重的还可能会引发安全事故，这不仅会对工程施工质量、进度等造成影响，甚至还会对人员的生命安全造成严重的威胁。因此，在具体施工时，要充分结合现场的实际情况，尽可能选用与之相适当的施工技术来开展施工，进而更好地保证工程施工质量和进度，最大限度地减少施工事故的发生率。

参考文献：

[1]丁建军.水利工程引水隧洞开挖及支护技术探析[J].中国周刊，2020（8）：92.

[2]李林伟.水利工程隧洞开挖施工技术与质量策略[J].写真地理，2020（11）：102.

[3]武正壮.浅析水利工程输水隧洞施工技术[J].农业科技与信息，2017（7）：127-128.

[4]成利强.水利工程隧洞开挖施工关键技术与质量控制[J].农业科技与信息，2019（7）：121-122.

[5]张旭林，冯杰.水利隧洞工程开挖施工技术与塌方处理研究[J].科技·经济·市场，2018（2）：22-23.

[6]肖俊聪.水利工程隧洞施工技术综述[J].山西水利，2019（1）：41-42.

[7]成利强.水利工程隧洞开挖施工关键技术与质量控制[].农业科技与信息，2019（7）：121-122.

[8]樊文林，万光义，卢远富，等.某水利工程隧洞开挖支护施工方案浅析[].黑龙江水利科技，2019（8）：195-197.