无压城门洞形引水隧洞施工技术浅析

林 鸣，王修春，左伟俊

（1.湖南省水务规划设计院有限公司，湖南 长沙 410005；2.中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075）

引水隧洞是水库工程中的重要组成部分，具有导流和调节水资源的功能。而引水隧洞的施工难点在于受地形、气候、设施等外部影响因素较大[1]，为了确保引水隧洞能够安全、高质量完成建设及水利工程的正常运行，对引水隧洞的施工技术难点进行总结归纳便显得尤为重要[2]。本文将结合椒花水库中的引水隧洞工程，对引水隧洞的施工技术进行探讨总结。

1 工程概况

湖南省浏阳市椒花水库的引水隧洞工程，计划从新建达浒河坝左岸下游30 m 处引水至椒花水库大坝右岸下游430 m 处，长3.236 km，设计引水流量为2.5 m3/s。采用无压城门洞形式，断面净宽2.4 m，高2.8 m（直墙高2.2 m、顶拱角度为106°），进口底板高程为115.6 m、出口底板高程为114.6 m。

2 地质条件

引水隧洞石方洞挖施工范围为桩号隧0+000～隧3+228 m 段，其中桩号（0+000～0+010）段，隧洞埋深（2～14）m，围岩以弱风化黑云母英云闪长岩为主，围岩以Ⅲ、Ⅳ类为主；桩号（0+010～0+220）m，隧洞埋深（14～95）m，围岩为微新黑云母英云闪长岩，为中硬～坚硬岩，围岩以Ⅱ类为主；桩号（0+220～0+240）m，隧洞埋深（90～100）m；围岩为黑云母英云闪长岩与浅变质岩接触带，围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主；桩号（0+240～3+200）m，隧洞埋深（30～150）m，围岩为中元古界长城系冷家溪群浅变质砂岩、砂质板岩、泥质板岩，围岩以Ⅲ类为主；桩号（3+200～3+228）m，隧洞埋深（10～30）m，围岩为中元古界长城系冷家溪群浅变质砂岩、砂质板岩、泥质板岩，围岩以Ⅳ类为主，局部为Ⅴ类。综合分析，隧洞围岩Ⅱ类占7%，Ⅲ类占90%，Ⅳ、Ⅴ类占3%。

3 引水隧洞主要施工技术

3.1 准备工作

引水隧洞具体动工前要做足准备工作。首先就是要对隧道沿线的地质状况进行勘探，通过钻孔取芯确定隧道沿线的岩层状况及其水文地质，绘制相应的地质施工图；其次在对隧洞的施工工序进行安排时，应对工程的地质条件、施工工法、工期进度安排、工程特色进行统筹考量。对每个施工工序指定专项负责人，明确其施工责任并落到实处。做好“三通一平”，为良好的隧道施工提供先决条件；最后，安全是施工过程中不容忽视的重大问题，在进行施工前，必须集中对全体工人进行安全教育培训，提升工人安全防范意识。工地中危险地方必须进行安全标识，施工中的危险步骤，必须做好安全防护措施。

3.2 开凿技术

引水隧洞建设的关键在于合理开凿洞口，开凿前应对隧洞围岩岩性、现场的水文地质条件、现有的施工设备以及隧洞断面尺寸大小等进行详细调研，在此基础上选择最优的开凿技术[3]。当前主流的引水隧洞开凿技术有全面开凿法和导洞室开凿法[4]两种。

全面开凿法适用于围岩坚硬的地质状况，该方法可以大面积施工，加快施工进度，但由于在爆破过程中，会有大量的能量释放，可能会对工程结构的稳定造成影响，因此需要进行相应的支护施工。

导洞式开凿法不同于全面开凿法，首先在围岩断面开设导洞，随后依据隧洞形状和断面大小开凿隧洞。导洞式开凿法相较于全面开凿法，施工进度较慢，且施工工序较多，但其优势在于可根据开凿的导洞提前知悉隧洞内部水文地质状况，减低隧洞的排水施工难度，随着导洞隧洞贯通，隧洞内通风状况也会得到改善。

3.3 排水施工技术

施工中防排水主要采用“以排为主，结合截、防、堵”的施工方案，并要考虑隧洞内的永久防排水。根据实际地形在洞口段洞开挖截水沟，将坡面流下来的水通过截水沟及时排走，防止洞口上方的雨水对隧洞造成危害，针对地面存在的洞穴要及时进行封堵，确保排水畅通无阻。洞身防水采用排水孔结构，排水孔布置在水面线以上，孔深1 m，间、排距均为2 m，可根据地质条件进行相应调整间、排距及孔深。孔内塞土工布做反滤结构，对施工缝设置橡胶止水带止水。在进行隧洞施工时，应对洞中每处出水位置进行标记，同时记录分析这些出水位置的水质成分、出水量，基于上述调查研究提出符合实际情况的排水措施。如若在施工过程中出现降雨，要防止地下水与地表水结合，做好防水排水工作。尽量避免在雨天开展防排水工作。面对从上往下或从下往上施工的工作断面，可采用顺坡排水或直接抽水的排水法。

3.4 地下水环境保护技术

隧洞施工会产生较多废水，废水中泥沙等小颗粒悬浮物占据污染物成分的比重较大，其SS 浓度范围处于（800～10 000）mg/L 之间。因此，隧洞施工产生的废水无法直接排出，应在隧洞进出口设沉淀池处理，将隧洞施工产生的废水先进行沉淀处理，使废水中的泥沙颗粒悬浮物沉淀到底部，沉淀后的上方水体可重复利用，底部的弃渣进行堆存处理。隧洞施工期应根据废水产生量决定沉淀池、事故池的大小及数量，对废水进行处理后再使用，禁止直接排放，降低隧洞施工产生的废水对周边生态环境的影响。

隧道排水系统排出的地下水应采取清污分流。生产污水必须经过一定的处理后方可排放，防止对地表水、地下水水质产生影响，清洁水则可以作为施工用水循环使用。在特殊情况下，经过一定的处理达标后，还可以作为工程区的应急备用水源或直接排入当地原有输水渠道。

3.5 锚杆施工技术

引水隧洞开凿完成后便可以进行锚杆施工，进行锚杆施工前，施工人员应使用全站仪等仪器对钻孔进行明确标注。在选择钻孔设备时，应结合钻孔规格和施工区域的岩层状况科学合理选择钻孔设备。钻孔完成后要及时清理孔洞内的残渣，并及时封闭孔口，保持孔内清洁。进行插杆施工时，工作人员应对插杆插入围岩的垂直度及长度进行合理把控。朝注浆孔进行注浆时，整个过程应连续不断，且应恰当把控注浆速度，确保整体操作流畅连续，并在注浆完毕后尽快插入锚杆[5]。局部地质条件不良地段，采用注浆小导管、管棚等方式进行支护。

3.6 混凝土喷射施工技术

在混凝土喷射施工前，要对喷射面进行清理，保证受喷面的干净整洁。同时因为受喷面没有设置锚杆，所以应该自插钢筋进行标记，自插钢筋位于喷射混凝土下方（3～5）mm，同时应控制自插钢筋外露头高度。为提高混合料配比的科学性，工作人员应当根据技术规范需求在现场进行配比试验。根据施工要求、施工状况条件、混凝土强度、回弹值限制选择合理的喷射方法。进行喷射混凝土作业时，应从下往上螺旋喷射，控制在半径15 cm 范围内，且喷射施工应确保连续进行，保障混凝土的施工质量[5～6]。

3.7 衬砌施工技术

衬砌的施工时间是由围岩的稳定性所确定的，而体现围岩稳定性的重要指标是隧洞周边的位移值。衬砌施工的开展需要符合以下两点：隧洞周边位移增减幅度变小和支护表面无新裂缝产生；隧洞标高、断面尺寸、中线等均满足设计规范要求[7]。衬砌施工开始前必须对隧洞净空尺寸进行查验，应严格按隧洞中线位置控制准确并满足设计标准。在短隧洞衬砌时，由于隧洞断面和长度均不大，模板一般采用普通钢模板。本工程隧洞长度为3.268 km，单个工作面施工长度达1.6 km以上，为加快衬砌立模速度，可采用钢模台车进行混凝土衬砌施工。为保证衬砌具有足够的和易性和密实性，混凝土的坍落度应控制在设计规定范围内。在立模前应查验衬砌中线、水平、断面尺寸和净空大小是否符合尺寸。持续观察衬砌施工完成区域隧洞稳定状况，时刻警惕衬砌开裂、形变、侵入净空等现象，及时记录、分析并上报给相关主管技术人员。

3.8 灌浆施工技术

为提升引水隧洞承受内、外水压力的能力，隧洞围岩与混凝土衬砌间的裂隙须进行注浆回填，进而使隧洞围岩与衬砌形成整体，两者共同作用充分发挥围岩的承载作用，改进衬砌的受力条件。同时为提高隧洞围岩的力学性能，将隧洞围岩开挖施工中形成的松动圈进行补强，增强围岩承载能力和减少渗漏，对衬砌施工后的围岩还应进行固结灌浆，灌浆包括回填灌浆、固结灌浆。

回填灌浆：现浇钢筋混凝土衬砌段的顶拱必须进行回填灌浆。无压隧洞预留的回填灌浆孔在顶拱范围，呈梅花形布置，排距3 m。回填灌浆孔深入围岩10 cm。

固结灌浆:无压隧洞对IV、V 类围岩隧洞段全断面的50%进行固结灌浆，灌浆孔预留在二次衬砌中，并结合回填灌浆孔一同布置，孔深深入围岩B/2（无压隧洞B为洞宽），环向夹角45°，无压隧洞6 孔，排距2 m，梅花形布置。孔内灌入水泥净浆，灌浆压力为（0.3～0.5）MPa。

4 结 语

引水隧洞作为水库修建中的重要水工构筑物，其施工质量和效率会大大影响水库的施工。由于引水隧洞的施工技术要点多，安全隐患大，因此对于引水隧洞的施工，有关部门和施工单位要充分认识施工技术的重要性，结合实际情况合理选择施工技术，确保引水隧洞的施工质量。促进我国水利工程事业迈向一个新台阶。