水利工程隧洞开挖施工关键技术与质量控制

邓昌奇

中国安能集团第三工程局有限公司 四川成都 611130

摘要：水利工程隧洞施工随着我国水电施工技术和施工经验的不断增加，目前已基本成熟。本文主要对水利工程隧洞开挖施工关键技术与质量控制做具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：水利工程；隧洞开挖；施工；关键技术；质量控制

引言

为了对水利工程隧洞开挖的地质信息详细获取，超前水平钻孔的应用，取得了理想的帮助作用。超前水平钻孔，属于探测方式中非常传统并且可靠的方式，可将掌子前方15－30m的地质特征进行揭示，其精准性非常高。可利用水利工程隧洞前方没有开挖的岩体，直接实施钻孔施工，利用岩芯、钻速以及钻进产生的压力等，对前方岩体的地质特征实施判断，此外还可以融合钻孔声波水压力等相应的预测技术，对涌水量以及压力实施预测。

1水利工程隧洞开挖总体程序

从施工支洞与主洞交叉口位置分别朝上、下游方向进行施工，两条施工支洞连接8个工作面平行施工。各层按分序循环作业，其中上层两侧扩挖滞后导洞10m跟进施工，下层开挖在上层贯通后进行，下层全断面开挖。出渣采用3m3侧卸式装载机装渣，20t自卸车按照有用料和无用料分别运至监理工程师指定渣场。下层施工支洞施工总体程序：下层施工支洞采用全断面法进行开挖，出渣采用3m3侧卸式装载机装渣，20t自卸车运至指定渣场。

2超前地质预报

为使隧洞浅埋段施工能够得以顺利实施，确保其施工的安全性能，对隧洞施工地段的相关情况要做好提前的准备工作，对岩土的种类、中间是否有无断裂带、有无溶洞、水文条件等方面做好细致的分析工作，只有做到这些，才能准确选择具体支护方式及参数，在施工过程的管理与控制方面有一个质的飞跃。目前国内外常用的超前预报方法有常规地质法、超前导坑预报法、超前钻探预报法和物探方法四种。随着计算机运用的发展，物探方法在工程实践中得到了广泛的应用，它通过采用地震波等地质勘测方法，通过一定的计算机软件进行处理，就可以对前方岩层的物理力学参数及含水情况进行预测和判断。但是对于隧洞浅埋段来说，由于其覆盖层多为砂砾石层，地震波传播条件差，预测精度不能满足工程要求，因此在实践中多采用超前钻探预报法，利用水平钻机在隧道水利工程隧洞进行水平地质钻探，根据钻进速度、岩粉、冲洗液的情况综合判断获取前方的地质信息，但是其一般预报距离短，预报耗时长，预报结果不能反映整个工作面的整体情况。为避免上述不足，在施工中将超前大管棚与地质预报相结合，不影响施工工序，管棚布置于拱顶180°范围内，长度选择20~30m，从而延伸了预报的空间范围，提高了预报的准确性。

3预报基本原理

在隧道当中，针对水利工程隧洞实施的超前水平钻孔，需要利用钻进的速度、岩芯采取率统计、钻孔岩芯检定实验等，进行综合分析之后，可对隧道施工水利工程隧洞前方岩体的岩性进行确定，并明确含水的具体情况、地层岩石的实际软硬程度以及完整性等，还可获取断层以及空洞的具体位置。利用钻进，可对水利工程隧洞前方的地质情况进行有效的判定和揭露:钻进花费的时间，可以对围岩的具体坚硬程度进行反映，如果为硬质岩石，那么不会有较快的钻进速度。如果为软质岩石，那么速度会快一些。如果有空洞，那么转速会非常快。在断层破碎带或者有节理裂隙发育的岩石，会产生卡顿的情况，以致于降慢了钻进的速度。岩体的完整性系数和相应的节理裂隙发育情况，可统计岩芯的采取率进行反映，通常情况下，他们的关系为正比。在完成钻孔岩芯的鉴定之后，可对岩性地层在隧道前方围岩中的具体位置进行判断，并明确洞轴线方向上的具体长度。利用岩芯的强度测试，可对水利工程隧洞前方岩性地层中存在不同岩石强度给予判定。在判断钻孔是否出水以及水量的实际大小时，可对水利工程隧洞前方有没有含水体进行推测。

4水利工程隧洞上层开挖施工

水利工程隧洞上层主要是采用中导洞和两侧保护层前后错距10m开挖方式，先进行中导洞开挖，尺寸为8m×8m（宽×高），Ⅲ～Ⅴ类断面面积依次为60.81～61.10m2，两侧保护跟进开挖，断面面积25.3m2。为了减轻水平应力对边墙稳定性的影响，Ⅳ、Ⅴ类围岩在开挖过程中如遇断层、不利结构面及软弱岩层时采取临时支护措施加强支护（如工字钢支撑、大管棚、超前锚杆、超前注浆小导管用），并选择采用左右半洞法或者双侧壁导坑法进行施工。同时在靠近水利工程隧洞1～2m范围内安设准800mm钢管、壁厚10mm作为逃生管，悬挂逃生通道指示标志，长度根据围岩自稳情况确定，初步设定为15m，钢管在隧道内塌方时可作为被困人员的逃生通道，同时通道附近配备醒目的工具箱，箱内存放应急电筒、锤子、钢钎等应急工具。上层开挖采用钻爆台车配合手风钻钻孔，非电毫秒雷管微差爆破，周边光面爆破。Ⅲ类围岩每循环开挖进尺控制在3.5m；Ⅳ类围岩每循环开挖进尺控制在2.0m；Ⅴ类围岩每循环开挖进尺控制在1.0m。开挖渣料采用3m3装载机装20t自卸汽车运至监理工程师指定渣场，反铲清撬及危石清理工作面。水利工程隧洞上层开挖采用中导洞和左右侧保护层错距10m开挖施工，具体施工工序如下：测量放线、布孔→钻爆→通风散烟→出渣→（临时安全支护）→延伸风水电线路→转入下一循环。

5工字钢拱架施工

钢支撑采用工字钢，工字钢按设计规格加工焊接而成，按设计要求下料。在工字钢成型机上分节加工工字钢，各节钢拱架两端均设置连接板，采用高强螺栓连接，试拼装合格后对钢拱架进行编号，分节运至洞内，按编号人工拼装，经螺栓拼接后骑缝焊接牢固。断面检查结果完好无损方可进行安装，局部欠挖要在第一时间采用人工或者相关设备开挖。首次喷面完成后可安装钢支撑，并与锚杆焊接，钢支撑安装要注意垂直度、高程和中线等关键点。每榀钢支撑之间，环向每隔1m设置1根准22mm连接钢筋，相邻榀钢拱架环形纵向呈梅花形布置。工字钢架设好后再喷射混凝土。钢架安装之前要保持安置面的清洁，避免影响钢架的稳固性。钢架4面分别安装1根锁脚锚管，底部开挖完成没有问题的情况下，要在第一时间完成底部初期支护，让钢架处于全封闭空间。为Ⅴ级围岩的拱部钢架底部安装槽钢。架设钢架前要将钢架准确定位，此环节可以采用径向锚杆完成。施工工艺要点：（1）安装前分批检查验收钢支撑的加工质量，不合格的禁止使用；（2）钢支撑有足够的刚度和强度，焊接质量符合规范要求；（3）各节接头连接牢固、纵向连接钢筋等配件齐全，结构稳定；（4）同一榀钢支撑位于同一平面上，倾斜度≤50mm；（5）严格控制中线及标高；（6）钢支撑与岩面间安设鞍形垫块，确保岩面与拱架密贴；（7）确保初喷质量，钢架在初喷3cm后架设；（8）段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保钢支撑结构稳定。

结语

总之，水利工程隧洞进口段围岩类别差、周边环境复杂、隧洞开挖断面大，对质量、安全、进度均有影响，所以，选择合理的开发方式及支护方式尤为重要。通过本次四台阶九步法在蒲尖山隧洞中的成功应用，使其应用价值得到了充分体现，为以后这种类似大断面土质洞室开挖的推广和应用奠定了基础。

参考文献

[1]水电水利工程地下工程施工组织设计导则：DL/T5201—2004[S].

[2]水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范：DL/T5389—2007[S].

[3]水工建筑物地下工程开挖施工技术规范：DL/T5099—2011[S].