导流隧洞施工技术在水利枢纽特大断面工程中的应用

摘 要：以某水利枢纽工程的导流隧洞为例，探究爆破开挖、临时支护与混凝土衬砌等施工技术的应用。洞身以Ⅱ～Ⅲ级围岩为主，使用液压凿岩台车钻孔后进行爆破作业。钻爆结束后立即进行喷锚作业加固围岩，局部挂钢筋网，再次喷射混凝土进行二次衬砌，营造安全的施工环境。二次衬砌结束后进行养护，养护完成后回填灌浆和固结灌浆，从而保证围岩稳定。

关键词：导流隧洞;水利枢纽;临时支护;回填灌浆;特大断面工程

中图分类号：TV554 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）34-0180-04

Abstract： Taking the diversion tunnel of a water conservancy project as an example， the application of construction technologies such as blasting excavation， temporary support and concrete lining is explored. The tunnel body is mainly composed of Grade II～III surrounding rock， and blasting operations are carried out after drilling with hydraulic drilling jumbo. Immediately after the drilling and blasting， shotcrete and anchor operations are carried out to strengthen the surrounding rock， partially hang steel mesh， and spray concrete again for secondary lining to create a safe construction environment. Maintenance is carried out after the secondary lining is completed， and backfilling grouting and consolidation grouting are completed to ensure the stability of the surrounding rock.

Keywords： diversion tunnel; water conservancy project; temporary support; backfilling grouting; extra-large section project

在水利枢纽的特大断面工程中，由于开挖工程量大，加上开挖期间对岩土结构产生扰动，很容易出现临空面坍塌事故，不仅严重影响工程进度，而且对现场施工人员的健康安全构成严重威胁。因此，在水利枢纽导流隧洞等特大断面工程施工中，一方面要在开展地质勘察的基础上选择科学的开挖方式，采用爆破作业时必须合理设计炮眼深度、炮眼间距等爆破参数;另一方面又要做好洞内临时支护，防止拱顶、侧壁出现落石、坍塌等安全隐患，为现场施工人员提供一个安全的作业环境。

1 工程概况

某水利枢纽正常蓄水位398 m，总库容44.7 m3，兼有防洪、发电、灌溉功能。导流隧洞是该水利枢纽的重要临时建筑物（Ⅳ级），整体呈斜墙马蹄形断面，顶拱圆心角155°，顶拱半径6.6 m，上覆山体厚度133～236 m，使用期6年，共2条。一条靠近山体，隧洞全长1 091.4 m;另一条靠近河流，隧洞全长990.6 m。导流隧洞的设计最高水流速度为22 m/s，最大坡度为9.8%。地质勘察结果表明，洞身以Ⅱ～Ⅲ级围岩为主。

2 导流隧洞施工技术的应用

2.1 洞身开挖

以起拱线为界将隧洞分为上、下两部分，考虑到Ⅱ～Ⅲ级围岩的稳定性较好，选择钻爆法进行洞身开挖。作业顺序为先上后下，使用液压凿岩台车钻孔后进行非电毫秒雷管光面爆破，侧卸式装载机装碴后由自卸汽车将碴石运出。洞身开挖作业流程如图1所示。

在施工准备阶段，使用全站仪、水准仪、激光准直仪等仪器设备进行现场测量放样，确定导流隧洞的开挖轮廓线，防止出现超挖、欠挖情况。结合围岩情况和洞身开挖要求合理设计爆破参数，以便于获得理想爆破效果[1]。本工程中爆破参数设计如下：上半洞的炮眼深度为3.5 m，采用直眼中空孔掏槽，共布置6个掏槽眼，28个周边眼，38个辅助眼，炮眼布置如图2所示。

掏槽眼的装药密度为0.6 kg/m，周边眼的装药密度为0.25 kg/m，辅助眼的装药密度为0.48 kg/m。周边眼的光面爆破参数见表1。

下半洞的炮孔直径为70 mm，炮孔深度10.2 m，孔间距1.8 m，排间距2.1 m，单位耗药量0.7 kg/m3。在完成爆破参数设计后，凿岩台车进场到达指定位置，参考炮眼布置图按照顺序依次完成钻眼。检查炮眼质量确定不存在超钻、欠钻以及裂缝等问题后使用高压空气枪吹孔，将孔内杂质清理干净后装入乳胶药卷。其中，周边眼的装药方式为不连续装药，其他炮眼为连续装药，并密集堵塞炮眼。检查装药情况，使用导爆管毫秒雷管复式簇联网络进行爆破。爆破结束后启动轴流式通风机，驱散爆破场地内的烟尘，在开挖面上使用喷水机喷射水雾辅助降尘。进行安全检查，发现危石后及时排除，营造安全作业环境。联合使用装载机和自卸汽车完成隧洞内碴石的清运工作，将碴石卸载到指定的碴场[2]。

2.2 洞身临时支护

2.2.1 锚杆作业

爆破作业后尽快采取喷锚措施，保证隧洞围岩稳定。按照围岩级别的不同，采取2种临时支护方式：对于Ⅱ级围岩，分2次喷射15 cm厚的钢纤维混凝土，第一次喷射厚度为6 cm，第二次喷射厚度9 cm。分别在隧洞顶部和侧墙上打入砂浆锚杆，锚杆长度3.8 m，直径22 mm，插入围岩长度3.7 m。对于Ⅲ级围岩，分2次喷射C20混凝土，第一次喷射厚度5 cm，第二次喷射厚度5 cm，在隧道顶部以下10 m内布置长度为3.8 m、直径为2 cm的砂浆锚杆。局部需要挂网，在锚杆上挂直径为8 mm、网眼尺寸为16 cm×16 cm的钢筋网，钢筋网与锚杆接触位置采用焊接方式固定[3]。砂浆锚杆的作业流程如图3所示。

施工人员参照施工图纸在现场标记钻孔位置，钻机就位后调整钻头方向与作业面垂直，设定好参数后开始钻孔，要求孔位偏差小于100 mm，垂直度偏差小于1°，成孔质量检查合格后清理钻孔内的杂物。本工程使用胀壳式锚杆，现场组装锚杆后将其插入钻孔内，重点检查两方面：其一是锚杆插入孔内深度需要达到施工要求;其二是楔子能够在胀壳内顺利滑动。经检查无问题后拧紧杆体，完成锚杆的固定。为了提高锚杆的抗拔力，在锚杆固定后向钻孔与锚杆的间隙中灌注水泥砂浆，本工程中按照水泥、砂、水为1∶1∶0.5的重量比配置水泥砂浆，在水泥砂浆凝固后方可开展下一步作业。

2.2.2 喷射混凝土作业

初喷混凝土在爆破后立即进行，目的是尽早封闭岩面，保证围岩稳定。喷射混凝土前需要清除岩面上的松动石块以及表面的岩粉。在喷射混凝土作业时注意观察隧洞内有无涌水现象，如果有局部涌水现象需要在配制混凝土时加入适量的速凝剂和抗渗剂。混凝土喷射作业流程如图4所示。

喷射混凝土需要掌握的技术要点有：第一，合理控制喷嘴与岩面之间的距离，通常维持在50 cm左右。如果距离太近容易出现明显的回弹现象，难以保证混凝土厚度的一致性;如果距离太远则浪费太多材料。第二，喷射混凝土要严格遵循分段分块、自上而下的顺序，预防混凝土流挂情况。保证喷嘴移动速度均匀，喷射纵向第二行时注意与第一行进行适当搭接。第三，灵活控制不同区域的喷射厚度，侧墙第一次喷射厚度一般在8～10 cm，顶拱第一次喷射厚度在4～5 cm。在第一层混凝土终凝以后再开始复喷作业，复喷结束后进行养护[4]。检查喷射厚度，保证表面平整。第四，遇到漏水地段，首先使用直径为50 mm的塑料软管将水排出，必要时可以设置过滤层或隔水层，在解决渗漏问题后再喷射混凝土，提高混凝土与岩面的结合效果。

2.3 洞身混凝土衬砌

对于断面较大的导流隧洞，常用的衬砌形式有钢筋砼衬砌、喷钢纤维混凝土衬砌以及底板钢筋混凝土衬砌等。在综合考虑工程造价、技术难度、施工周期等因素后，本工程中选择喷钢纤维混凝土衬砌方案，在洞身全断面开挖成型后进行洞身混凝土衬砌，作业流程如图5所示。

为保证现场作业的连续性，在准备阶段对衬砌所用的设备、材料进行质量检查，要求设备工况良好、材料质量合格，同时做好技术交底。同时进行测量放线，检查中线、高程、断面尺寸等各项参数是否符合要求。本工程中所用混凝土由附近拌合站制备并且经过质量检验后，使用砼车运送到施工现场。导流隧洞施工现场铺设轨道，注意控制轨面标高和轨距，台车就位后进行固定。检查模板，存在缺角、变形、翘边或者表面凹凸不平的不得使用，在模板内侧涂刷脱模剂，方便后期脱模。按照顺序依次拼接模板并进行临时固定，检查模板拼接部位有无明显裂缝，对于缝隙宽度超过5 mm的要更换模板，对于缝隙宽度小于5 mm的可以通过夹塞止水胶条的方式处理，避免浇筑混凝土后发生渗漏问题[5]。依次安装泵管、止水管和挡头板，检查混凝土坍落度符合施工要求后可以进行泵送操作。泵送混凝土时注意保证泵管顺直，泵管的出口端与混凝土液面之间的距离维持在50 cm左右，避免泵管出口入模高度太高出现混凝土离析情况。同时，现场浇筑作业应连续进行，本工程中为了提高施工效率、缩短施工周期，采用了2台灌浆机同步作业的方式，在左右两侧对称布置、同步注浆，保证两侧混凝土的高度差在30 cm以内。在混凝土浇筑高度达到设计值后，拔出注浆管并进行振捣，本工程使用插入式振捣棒，坚持不漏捣、不过捣原则，经过充分振捣后进一步提高混凝土的密实性。振捣完毕后进入养护工序，养护时间不短于30 d，在混凝土实际强度达到设计强度的70%后可以拆模。

2.4 回填灌浆与固结灌浆施工

在拆模后进行回填灌浆，本工程中利用预留灌浆孔进行灌浆。预埋管中钻孔，要求钻孔末端伸入岩石的长度至少达到20 cm。将预埋管插入孔内与衬砌台车模板顶紧以便于固定预埋管位置，然后按照顺序进行灌浆。将奇数排作为第1序，偶数排作为第2序，完成第1序的回填灌浆后等待48 h，再开始第2序的回填灌浆，目的是防止相邻钻孔之间出现串浆情况。在全序孔灌注结束后进行质量检查，确定符合标准后进行不少于7 d的养护，养护结束后进行固结灌浆，具体方法如下：施工人员使用风钻在预留孔中钻孔，使用清水冲孔方式清理孔内的岩粉等杂质。观察孔口返出水，当水中无杂质后停止清孔，并从第1序孔随机选择10个孔进行水压试验，根据试验情况设计固结灌浆参数。在固结灌浆中采取逐段加密原则施工，把间隔排上的全部孔作为一序，施工人员从最低的孔开始，向两边对称灌注，直到到达最高处的孔。在灌浆完毕后，注意要先关孔口闸阀以防止孔内浆液回流，然后再关停注浆设备。在孔内浆液完全凝固后再拆除孔口闸阀以及注浆管等设备。

3 结束语

在特大断面导流隧洞施工中，施工单位应结合前期的地质勘察结果，在掌握围岩情况的前提下设计合理的施工方案。当围岩强度较高时，需要采取先爆破后开挖的作业模式，合理设计爆破参数能够取得更加理想的爆破效果，从而减轻后期开挖难度。考虑到爆破会对原来的岩土结构产生破坏，因此需要采取喷锚挂网联合支护措施保证隧洞拱顶、侧壁的稳定性，保证导流隧洞内部施工的安全和顺利进行。

参考文献：

[1] 王俊华.TSP技术在高坡水库工程导流隧洞中的应用研究[J].中国水能及电气化，2023（5）：23-29.

[2] 郑长洲，张采贤，龙玉女.浅埋小断面隧洞开挖技术在白乃水库中的应用[J].云南水力发电，2023（2）：160-163.

[3] 陶林，杨月凤.广西玉林抽水蓄能电站上水库大坝施工导流方案比选[J].红水河，2023（3）：22-26.

[4] 梁皓.乌东德水电站导流隧洞上游段顶层开挖支护技术[J].云南水力发电，2022，38（1）：6-8.

[5] 贺志攀.导流隧洞混凝土衬砌施工技术[J].河南水利与南水北调，2022（11）：55-56.

作者简介：赵建华（1972-），男，高级工程师。研究方向为水利水电及市政工程。