水电水利工程隧洞开挖施工技术与质量控制

徐俊杰，李 磊

（浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122）

在水电水利工程建设中，隧洞施工质量对整个工程的成功与否起到了决定性的作用。通过优化水电水利工程隧洞的施工管理，可以显著地降低施工中的问题和风险，从而确保隧洞工程的质量达标。然而，隧洞施工在水利项目中往往面临诸多挑战。由于开挖过程中易受到各种内外部因素的干扰，隧洞施工时常遭遇各种不可预测的质量问题。为应对这些问题，建议在施工前，根据工程的具体环境和隧洞的开挖特性，仔细选择合适的施工方法。同时，加强施工质量的监控，确保每一个施工细节都满足标准要求，不仅能够保障隧洞工程的安全和稳定，还能充分体现隧洞施工在整个水电水利工程中的重要价值[1]。

1 水电水利工程隧洞开挖存在的问题

1.1 安全性问题

隧洞开挖中的安全性问题是工程中重要的关注点之一。由于地下环境的复杂性，施工人员可能会遇到各种不可预知的地质条件，如断层、孔洞、水压和地下水渗透。这些不稳定的因素可能导致隧洞坍塌、水害、火灾和有害气体的积累。隧洞的深度和长度也可能影响到通风、排水和应急疏散的难易程度。此外，由于地下空间的限制，施工设备和人员的操作空间受限，容易引发事故。如果没有进行充分的地质勘查和风险评估，或者没有采取适当的预防和应对措施，任何一个环节出现问题都可能对施工人员的生命安全构成威胁。

1.2 施工质量问题

关于隧洞工程开挖施工质量，主要从“半孔率、超欠挖、平整度”三个方面进行考虑衡量。在隧洞的爆破开挖过程中，半孔率是体现爆破开挖外观质量最直观的指标之一，根据以往工程经验表明，半孔率在很大的程度上反映了爆破开挖工程的总体质量水平。超欠挖值是体现开挖爆破质量均衡性和局部极端差异的指标，结合线性超挖值可大致判断开挖面平整度，异常的最大超挖值可体现围岩是否有弱地质段或不利组合节理。如爆破开挖后设计轮廓面平整度达不到设计要求或产生爆破裂缝，将增加岩体的不稳定性或给后续支护施工带来难度，增加加固处理措施费用，同时，影响工程进度。[2]

2 水电水利工程隧洞开挖施工技术

2.1 爆破设计

隧洞爆破设计是隧洞施工中的重要环节。在水电水利工程中，隧洞的稳定性和安全性是至关重要的，因此选择合适的爆破方法和孔网参数是至关重要的。不断的优化爆破设计不仅可以有效提高隧洞开挖的效率，还可以最大限度地减少对隧洞岩面和周边环境的不良影响。

为提高地下洞室爆破开挖效果，爆破设计首先需要对施工现场的地质条件进行详细的勘察和分析，包括岩石类型、裂隙分布、应力状态等。了解地质情况后，可以根据岩石的物理和力学性质选择适合的爆破方式，洞室爆破开挖一般宜采用光面爆破工艺。经验表明，爆破设计中的炮眼深度、周边孔孔距、装药量、起爆顺序等参数直接影响地下洞室的爆破开挖质量，因此必须对爆破设计进行优化。首先根据现场岩性和开挖尺寸及工程经验，确定初步的爆破设计。然后，在现场进行爆破试验，通过爆破后半孔率、最大超（欠）挖值、平整度等结果不断优化相关爆破参数，同时还要根据爆破振动监测数据质点振动速度来判断爆破对周围结构的影响，最终确定最优的爆破设计参数。在开挖爆破施工过程中，还应根据工程地质条件的变化，不断调整爆破设计参数以取得最佳的爆破效果，合理的参数选择可以保证爆破的均匀性和连续性，可以有效提升洞室爆破开挖施工质量。

另外，在隧洞爆破工作中，由于涉及巨大的能量释放，安全问题是首要考虑的因素。在爆破设计过程中，必须全面考虑可能的风险和危害，如岩石飞溅、有害气体的释放、地震波的影响等，并采取相应的预防措施，以确保施工过程中人员的安全。此外，考虑到爆破后隧洞的用途和设计要求，特别是对于水利工程隧洞，需要确保爆破后的隧洞满足水密性、稳定性和使用寿命等方面的要求，以确保工程的可持续性和长期运行。

2.2 支护施工

隧洞开挖后的支护施工对于隧洞的稳定性和施工人员的安全至关重要。隧洞壁面的即时支护不仅可以确保工程的持续进行，还能减少隧洞的变形和移位，提高施工效率。尤其在复杂的地质环境中，如砂质土、黏土或有大量地下水的地方，支护施工的重要性更为凸显。

各种支护方法都有其适用的环境和条件。例如，锚杆支护适用于硬岩或半硬岩地质，它通过锚杆固定岩体，提供较好的稳定性。而钢支架支护多用于软土地质，它可以提供即时的支撑，防止土体的变形和移位。喷射混凝土支护则是通过喷射混凝土封闭裸露岩面，减少掉块坍塌风险，适用于各种地质条件，尤其是在紧急情况下，它可以提供快速而有效的支护。选择合适的支护方法需要考虑多种因素，如地质条件、开挖深度、隧洞用途等。

施工时，选择优质的支护材料和正确的施工方法也是至关重要的。支护材料需要有良好的力学性能、耐腐蚀性和持久性，以确保长时间的稳定性。施工方法则需要确保支护的均匀性和连续性，防止隧洞壁面的裂缝和渗水。此外，随着施工的深入，支护方法和材料可能需要调整，以应对不同的地质条件和施工要求。

2.3 隧洞掘进方法

隧洞的开挖方法在水电水利工程中具有关键性的作用，直接影响到工程的进度、质量和成本。不同地质条件和工程需求下，有多种隧洞掘进方法可供选择，其中常见的包括全断面掘进法、顶管法和盾构法等。

全断面掘进法通常适用于硬岩或坚硬地质条件下，其特点是以传统的开挖机械进行均匀的岩石开挖。这种方法在地质条件较好的情况下，能够保证较高的掘进速度和较好的施工质量，同时也具有较低的成本。

顶管法适用于相对较软的土壤或砂质地质条件，尤其在城市地区施工时常见。该方法从地表开始逐渐开挖，随着进展逐渐安装预制隧洞管段，从而实现地下空间的创建。这种方法能够最小化地表干扰，对城市交通和建筑物影响较小。

盾构法是一种适用于高度复杂地质条件的高技术方法，通常用于软土、泥浆、高水位等环境下的隧洞开挖。盾构机具有强大的土壤掘进和支护能力，能够减少地表沉降和地下水渗漏的风险。尤其在城市地区和水下施工时，盾构法被广泛采用。

2.4 环境保护和废料处理

在水电水利工程隧洞的开挖过程中，废料的产生是不可避免的。这些废料通常包括岩石碎片、泥浆和其他开挖产物。为了保护周边环境，必须采取有效的废料处理措施。废料的处理包括分类、运输和处置。分类是将废料分成可回收和不可回收的部分，以最大程度地减少资源浪费。运输废料需要采用合适的交通方式，并确保在运输过程中不会对环境造成污染。废料的处置需要遵循当地法规和环保标准，通常包括填埋、回收或重新利用等方法，以降低对土地和水源的不良影响。

此外，隧洞开挖可能对周边地下水资源、生态环境和社区造成潜在的影响。为了减少这些影响，需要采取一系列环境保护措施。例如，尘埃控制是重要的环境保护措施之一，可以通过洒水、覆盖和风帘等方法减少施工现场的粉尘排放。此外，噪声减少也需要考虑，可以通过降低机械设备的噪声、合理安排施工时间等方式来减少噪声对周边居民的干扰。废水处理是另一个关键问题，需要确保施工过程中产生的废水经过适当的处理后排放，以避免对水质造成污染[3]。

3 水电水利工程隧洞开挖施工质量控制对策

3.1 加强技术准备

水电水利工程隧洞开挖是一个复杂的工程任务，其中技术准备起着至关重要的作用。一个周全的技术准备阶段不仅可以确保施工计划的顺利执行，还可以为施工团队提供一个清晰的指导方针，帮助施工团队应对遇到的挑战。此外，适当的技术准备还能有效地降低项目的整体成本，因为预先规划和设计可以减少在施工过程中出现的延误和错误。反观，如果仅依赖传统的或过时的施工方法，可能会遭遇各种预料之外的困难，从而增加项目的风险和成本。

以某具体的水电水利工程为例，其中的技术指导明确规定了采用“新奥法”施工技术，这种方法为当前施工团队提供了一个结合现代技术和实践的操作指南。特别在处理软弱围岩时，这种方法的采纳可以确保施工的安全性和效率。对于这类地段，传统的施工方法可能无法达到预期效果，甚至可能引发安全隐患。因此，根据项目的具体需求和地质条件调整挖设策略，确保工程的质量和安全，是每个施工团队都应遵循的原则。

3.2 优化施工方案

随着国家的快速发展，各项工程项目的需求和挑战也日益增多。合理的技术方案选择成为项目成功的关键因素之一。在众多的工程项目中，可能会出现技术方案选择不当，从而导致施工过程中的各种困难和挑战。针对这些可能的问题，水电水利工程隧洞开挖施工中的技术方案选择应当考虑多种因素，如地质条件、现有的施工技术和工具，以及可能的外部干扰。例如，选择合适的爆破工艺、炸药类型和设备都是确保施工顺利进行的关键。

以某特定水电水利工程为例，充分体现了如何根据具体情况选择和优化施工方案。在这个项目中，光面爆破工艺得以应用，而这一决策是基于对地质条件的深入研究。利用专业设备如ZWL-80/47.2L 电动扒渣机，确保爆破后的清理工作高效且准确。为确保施工的安全性和质量，选用了先进的气腿式风钻和TK-961型湿喷机。此外，还遵循一系列严格的施工原则，如“管超前、严注浆、早封闭、勤量测”，这都确保了隧洞开挖施工的顺利进行，最大限度地减少可能的风险和误差[4]。

3.3 强化技术监督

在水电水利工程隧洞开挖施工中，技术监督的角色不可或缺。透过对技术应用的细致监控，确保工程的施工质量达到预定标准，避免可能的失误。首先，确立明确且可执行的技术标准是前提，这些标准应基于工程现场的实际情况，确保各施工环节均能够准确对接。为了实现这一目标，每一步施工都应进行详细的记录和监测，不仅为施工团队提供了宝贵的参考信息，同时也确保了每个工程环节都能按预定的方向前进。技术监督也能促进工程中的创新与进步，使得整个工程能够更加符合现代技术的要求。

随着施工的推进，技术监督应具备一定的灵活性，以应对不可预测的施工挑战。尤其是在大规模的施工项目中，可能会遇到各种预料之外的情况，如环境变化、设备故障或人员配置的问题。在这些情况下，技术监督应迅速识别问题，并采取必要的措施进行纠正。例如，对于出现的偏差，应进行深入分析，找出根本原因，并采取措施进行调整，确保施工的连续性和稳定性。技术监督不仅要保持对施工的严格监控，还要具备灵活应变的能力，确保整个水电水利工程隧洞开挖施工都能在预定的轨道上稳步前进。

3.4 加强过程管理

在水电水利工程隧洞开挖项目中，每一个细节都可能影响到最终的施工质量，尤其是当涉及关键材料如混凝土的处理时。混凝土的质量直接关系到工程的稳定性和耐久性。冬季施工时，由于温差，材料的性质可能发生变化，因此混凝土拌合的时间和方法需要特别关注。为保证混凝土的质量和性能，施工方需要考虑环境因素，确保混凝土在搅拌时得到充分的混合。延长拌合时间不仅可以确保混凝土中各个成分得到充分的混合，还能减少因材料温度差异而可能引发的施工问题。适当的拌合时间还能避免混凝土出现离析、沉淀等不良现象，从而确保工程的结构强度和施工质量。

此外，导流洞内的混凝土应由专用的混凝土罐车进行运输，并采用泵送入仓的浇筑方法。为防止混凝土在冷季温度下受到冷却，罐车外部需要使用泡沫板进行保温，同时还应采取适当的措施缩短运输时间，确保混凝土保持良好的状态。在混凝土泵送的过程中，泵送管道也应该用泡沫板包裹，以避免混凝土在运输过程中出现离析或温度下降的现象。此外，工地的专业人员还需要定期对混凝土的表面状况进行检查和测量，以确保其质量符合标准。通过这种严格的过程管理，不仅可以维持混凝土的高质量标准，还能进一步提高整个水电水利工程隧洞开挖的施工质量。

4 结语

水电水利工程隧洞开挖施工是一项复杂的任务，其涉及的施工步骤众多，且隧洞本身的结构也相对复杂，这无疑增大了施工的挑战。为确保工程的顺利进行与高质量完成，每一阶段，从前期的准备到实际施工，再到后续的检查，都需进行细致的规划与管理。特别是在施工之前，充分的准备和科学的管理策略是关键。通过对每一步骤和每一细节的精确控制，不仅可以最大程度地减少施工过程中的质量问题，还能确保整个水电水利工程隧洞开挖施工的安全与稳定。因此，对于任何涉及此类工程的团队或者组织，高度的专业性、责任感和对技术的尊重都是成功的关键[5]。