水利工程超长狭窄V型隧洞施工关键技术

钟培文

中国水利水电第十二工程局有限公司  浙江杭州  310004

摘 要：本文依托泰顺县樟嫩梓水库及供水供工程EPC总承包项目建筑安装施工工程中的樟岭隧洞与岭泰隧洞施工，在施工中不断进行优化总结，从而总结出了一套成熟的超长狭窄V型隧洞施工技术，并在工程中得到了应用实践，施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态。工程一次验收合格率达100%，无安全生产事故发生，得到了业主、监理各方的好评。

摘 要：超长狭窄V型隧洞；水利工程；施工技术

1.引言

随着我国的碳达峰、碳中和目标期限的逼近，中央和各级政府都开始高度重视能源革命电力转型的推进。而水电站作为我国有效利用水利资源、用以发电缓解用电压力的重要工程设施，自然受到了高度的重视。水电站的建设是一项庞大复杂的过程，其中饮水隧洞的开挖是水电站工程的重要部分，对施工技术水平要求高，容易受到土质和自然环境的影响。

在水电站建筑物中，引水隧洞是一种主要的输水建筑物，在长距离、复杂地形、地质条件下被广泛使用。引水隧洞这种输水形式，在工程穿越山岭等覆盖层较厚、开挖难度大、交通不便的地区，避免了大规模的土石方开挖，使得长距离输水项目工程量减少、蒸发量减少、输水效率大大提高到因此，水工隧洞成为国内外长距离引调水工程设计中频繁出现的建筑物形式。因此对水利工程隧洞施工技术进行探讨与研究是极其必要的。

2.工程简介

樟嫩梓水库及供水工程位于浙江省温州市泰顺县罗阳镇岭北与碑排交界的翁溪溪流上，泰顺县樟嫩梓水库及供水工程EPC总承包项目建筑安装工程由拦河坝大坝、溢洪道、放空洞以及供水系统的樟岭隧洞、岭北溪管桥、岭泰隧洞、加压泵站、下游压力管道等部分组成。

樟岭隧洞与岭泰隧洞总长9.83km。其中樟岭隧洞进水口位于大坝右岸上游，采用竖井式进口隧洞全长约5.05km，开挖断面为城门洞型，底宽2.70m，高2.70m，衬后断面为圆形，洞径1.8m，进口高程为524.9m，出口高程为368m，平均坡比为3.125%；岭泰隧洞进口位于岭北溪南侧，出口在岭尾水库下游，隧洞全长约4.78km，开挖断面为城门洞型，底宽2.70m，高2.70m，衬后断面为圆形，洞径1.80m，进口高程为368.2m，出口高程为536m，平均坡比为3.6%。隧洞各工作面单头掘进长度约2.5km，且隧洞断面较小，整条隧洞呈“V”字型布置，中间低，两边高。

3.超长狭窄V型隧洞施工关键技术

3.1施工测量技术

1.超长狭窄V型隧洞施工测量工艺流程

（1）首先应用GPS在整个施工区域建立整体平面控制网，利用GPS拟合高程、三角高程、水准测量综合分析应用建立高程控制网。

GPS网平差过程建议加入若干网型中全站仪边长，主要是进洞后全站仪是主设备，起算边与全站仪实测边不匹配可能导致贯通纵向误差较大。

洞口控制点一般在进洞50米后建立，若通视条件具备，后视点距离仅可能长以500米后视距离为好。

（2）洞内控制等级与测回数有关，若设备满足上一级控制仪器要求，建议设计等级就高不就低。

洞内控制运用多环导线网的形式循序推进，本次起算数据运用上一次导线网平差的后数据成果。其工艺流程图3-1：

图3.1-1 闭合导线环图示

其中A、B两点坐标为上一个导线环平差后成果坐标，B、C、D为洞内导线点，C1为控制辅点，便于导线环的形成，利于提高导线网的控制精度。

每环建议小于6条边、平均边长200米、C1点可不埋标，AB边边长及高差应实测与上循环边比测。

（3）运用全站仪放样功能在洞顶放样处隧道轴线位置，指导激光指向仪的安装。测站应该是经平差后贯通导线点，洞顶用全站仪免棱镜功能放样0+000若干点，0+000点对指导安装指向仪、检查激光束是否漂移有很大作用。激光指向仪安装距开挖掌子面50~100米为宜，前移激光管以形成一循环即400~500米为宜。

其操作流程如下：

如图3-2所示AB为隧洞中心轴线方向，EF为拱顶中心方向，CD为激光指向仪器光束发射方向。C点为仪器安装点，G和I分别为控制和调节激光方向的两个控制点，其中线段EC,HG,JI是相等的线段，由此我们可以保证AB,CD,EF是三条两两平行的直线。由此我们可以确定CD这样一条光束使得光束上的任一点到洞顶和中心轴线成一个定值，根据这样的一个点我们可以量测出其它施工需要的中心点，拱顶，起拱点等重要的控制方位的点。

图 3.1-2 激光指示仪安装示意图

首先，我们用全站仪放出拱顶中心点E,H,J，其中EH距离最好在5米以上HJ在30～50米左右然后钻孔，在隧道拱顶中心E点10cm以内埋设垂直锚杆，以便固定并调试仪器，使指向仪位于隧道中心线上（即C点），在H，J处放置铅锤线为控制调节方向所用。

然后，将调试指向仪使其激光中心发射点在C点位置，根据坡度以及EH,EJ距离算出G,I的高程在铅锤线上放出G,I点。

最后到了调试的环节，首先调节左右方向使得光束能同时通过HG,JI所在的铅垂线，确保光束在ABFE所在的平面，然后再调节光束坡度，使得光束能通过预先放置的G,I点，这样太就得到一条平行于AB,EF的直线光束。用全站仪检核打到掌子面的光点误差，再调节直到符合要求。

施工员可以根据激光指示点利用简单的放样工具准确的进行施工。

激光线应每星期检查一次、是否偏向看洞顶0+000线比较方便，但倾角问题只有靠测定计算后判断，大面积连续性超欠挖一般与激光束上倾或下倾有关。

开挖开始、开挖数月、临近贯通前实测已开挖区平面位置，大地坐标系可检测工程坐标系建立开挖系统问题。尤其临近贯通前平面位置测定、断面测量非常重要、绘制预计贯通面，确定调整线等。

所有控制点应及时量测距边墙距离，一为点之记、二为形体参考。

每月进行1次断面测量是非常重要工作（前提当然是洞身安全，需要衬砌段要及时断面测绘），每5米一断面，每断面测量时间一般小于5分钟，及时判断超欠挖情况，指导修规、调整激光线。利用打钻时间即可完成断面测量。

2.操作要点

（1）GPS布置整体控制网时，注意各隧洞口附近布设不少于两个相互通视的控制点，便于洞口加密、开挖施工及后期隧洞内控制网的布设。GPS网等级设计同样遵循就高不就低原则，多为洞内控制精度预留空间。

（2）洞内导线长度根据实际情况决定，控制在200米范围内，注意结点位置。每次利用利用上一次控制成果时注意检核导线点是否发生位移。

日常控制即非贯通控制按测站精度建立即可，可不进行温度、气压改正；不进行加、乘常数改正；不进行两差改正；不要求边长往返测；不要求测左右角；仅保证设计贯通点按要求埋设。

（3）安装激光指向仪时方向点的精度必须要保证；激光指向仪是单锚杆固定，产生晃动会让前方的光束产生很大偏差。激光束上下倾问题只有靠全站仪定期检查，左右向漂移能用洞顶0+000处垂线判断。

3.2超长狭窄V型隧洞施工开挖及一次支护施工工艺流程

1.见图3.2-1 超长狭窄V型隧洞开挖及一次支护施工工艺流程

图3.2-1 超长狭窄V型隧洞开挖及一次支护施工工艺流程

2.操作要点

（1）钻孔

钻孔前准确测画开挖轮廓线，点出掏槽孔和周边孔的位置。钻孔采用YTP-28型风动凿岩机，钻孔深度2.4～2.6m，每个工作面配3-4台风钻同时作业，司钻手按设计划定的区域和炮眼顺序钻孔。平均循环进尺2.2m，一天2-3循环。掏槽孔采用棱形布孔，崩落孔等按一般洞室开挖布孔成梅花形布置。

（2）装药联网爆破

1）装药

周边光面孔采用细药卷，周边炮孔的底脚孔装一个粗药卷，以克服岩体的挟制作用，因为周边孔非连续装药，所以要将药卷绑在导爆索上。其他孔连续反向装药，堵塞长度60cm左右。

2）联网爆破

雷管采用飞电半秒雷管，爆破采用导爆管电力起爆，爆破顺序由内到外分段起爆，先爆掏槽孔，再爆崩落孔，最后起爆周边光面孔，光面孔应一次同时起爆，才能保证光面爆破效果。

（3）通风排烟

1）风机选择

根据隧洞通风所需的最大风量及工作风压，来选择压入式通风机，再进一步确定风管和风机的匹配，因隧道断面较小，风管布置在洞顶部位比较合适。

2）通风管理

定期测试洞内风速、风量、气温、气压、废气浓度等，并做出详细记录，柔性风管的安装做到平顺、挺直、紧扎、安稳。通风管理员应随时检查通风系统的运行情况。当发现通风管破损时，及时修理或更换。洞内空气每月至少取样分析一次。洞内作业人员应定期体检，保障健康。

（4）出渣

根据施工进度安排，如果紧迫，每循环出渣时间有限，则错车道距离应减小，反之可以增加错车道的距离，根据实际情况可以选择150~300米之间。

根据洞外渣场的远近布置，合理确定出渣车辆的数量，以保证耙渣设备利用率最大为原则。

（5）隧道支护

洞身开挖遇到的不良地质地段采取边开挖边支护的方法，根据不同情况选择不同支护手段。常用的有砂浆锚杆、挂网喷混凝土、超前小导管、钢格栅等支护措施。

1）锚杆施工

锚杆随开挖进度跟进施工，采用气腿式手风钻钻孔，必要时搭设钢管脚手架，采用先注浆后插锚杆的工艺施工，钻孔直径大于锚杆直径15mm，钻孔孔距允许偏差15㎜，钻孔孔深允许偏差不大于50㎜。

锚杆达到28天养护龄期后，对锚杆进行质量检查，检查方式以抗拔试验为主，试件要包括边墙和顶拱锚杆。拉拔锚杆时，拉力器与锚杆轴线保持一致，并缓慢匀速加载，当拉拔力达到设计值时停止加载。拉拔设备要固定牢靠，并有安全保护措施。

2）喷混凝土施工

喷混凝土施工采用湿喷法。施工前作好配合比试验，速凝剂的掺量应通过现场试验确定，喷射混凝土的初凝时间和终凝时间，满足现场喷射工艺的要求。喷混凝土前，清除受喷面上松动的岩块，挖除欠挖部分，拆除妨碍喷射作业的各种障碍物，安设操作平台，清除受喷面上的岩粉、岩渣和其它杂物，妥善处理严重污染的岩面。

3）超前小导管施工

超前小导管适用于隧道Ⅴ～Ⅵ级围岩、各级围岩破碎段及地下水发育地段。小导管外插角5～10°，尾部支撑于钢架上，也可焊接于系统锚杆的尾部，每排小导管纵向搭接长度不小于1.0m。

为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端宜做成尖锥状，尾部焊上箍筋，小导管的安设采用钻孔打入法，先钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管的砂石吹出，小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙。

4）钢拱架施工

拱架有格栅拱架和型钢拱架两种。钢拱架除锈后按设计要求分为3～4个单元在洞外加工成型，试拼合格后，使用时运至作业面拼装，钢拱架分节间通过钢板用高强螺栓联接。

钢拱架安装时严格按设计间距架立。为充分发挥钢拱架的承载能力，钢拱架必须与线路方向垂直；其次，架立拱部钢拱架时，严格控制左、右连接处标高，以防拱架偏斜，影响与边墙钢拱架的圆顺连接或侵入衬砌厚度。边墙钢拱架底部必须置于基岩上，以防下沉变形。钢拱架支撑安装完成后及时设定变形监测点，根据变形情况及时对支撑系统采取加强措施。

（6）监控量测

1）洞内外观察

洞内观察分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分， 开挖工作面观察在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像、填写开挖工作面地质状况记录表和施工阶段围岩级别判定卡，并与勘查资料进行对比。对已施工地段进行观察，记录喷混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表塌陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等。

2）顶拱下沉测量

拱顶下沉量测采用精密水准仪和钢挂尺或全站仪进行，在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点，测点与隧道外监测基点进行联测。

3）地表沉降测量

地表沉降监测采用精密水准仪、铟钢水准尺进行。基点应设置在地表沉降影响范围之外。测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。当采用常规水准测量手段出现困难时，采用全站仪量测。

4）净空收敛量测

隧道开挖后，围岩向坑道方向的位移是围岩动态的最显著表现，最能反映出围岩的稳定性。因此对周边位移的量测是最直接、最直观、最有意义、最经济的量测项目。隧道周边位移用收敛仪或全站仪量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩的动态。测试方法及注意事项：开挖完成后尽快埋设测点，并测取初读数，要求在24小时内完成。测点要尽量靠近开挖断面，要求在2m以内。整个过程做好记录，并随时检查有无错误。记录内容应包括断面位置、测点编号、初始读数、各次测试读数、当时温度、以及开挖面距量测断面距离等。

5）地下水量监测

开挖过程中监测地质条件的变化，真实记录地下水出露点位置和渗漏情况，分析评价开挖效果保证施工安全，渗漏水量监测采用三角堰、流量计进行。

6）信息反馈

为确保监测结果质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，并绘制测点位移变化曲线图。对得到的数据和信息进行综合分析、互相印证，对施工前预设计所确定的结构形式、支护参数、预留变形量、施工工艺、施工方法以及各工序施作时间等的检验和修正。

在监测后应及时对监测数据进行整理和分析，判断其稳定性并及时反馈去指导施工。

7）异常情况处理

隧道监控量测结果出现异常时，按以下方法处理：

遇下列情况之一，应立即采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护：

隧道开挖后，工程地质和水文地质、围岩类别比预计的要差；喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展；实测位移值超过规定的允许值或类似条件下的隧道位移值；位移速率无明显下降，实测位移值已接近规定的允许值，位移量可能超过预留变形量；稳定性特征出现异常状态。遇到下列情况之一，应改变设计参数，适当减弱初期支护：确认围岩类别、工程地质及水文地质条件比预计有明显好转或有具体工程类比；初支未全部完成，位移已收敛；达到施作二次衬砌的指标；初期支护全部施作完毕，位移量远小于规定允许位移值。

3.3超长狭窄V型隧洞二次衬砌施工技术

1.超长狭窄V型隧洞二次衬砌施工工艺流程

（1）见图3.3-1 超长狭窄V型隧洞二次衬砌工艺流程

图3.3-1 超长狭窄V型隧洞二次衬砌工艺流程

2.操作要点

（1）施工工序

1)施工分缝

混凝土衬砌分段按设计要求进行。把洞身衬砌断面分成底板与边顶拱两部分，先浇底板，再浇顶拱侧墙，因隧洞中间低，两边高，在底板一侧埋设Φ20PVC管排水；边顶拱采用定型钢模板一次性浇筑完成。施工缝面作全断面凿毛处理。洞身衬砌过程中按定型钢模板的模数每15m设分段施工缝，压力钢管段按每20m设分段施工缝，遇有结构缝时以结构缝为准分段。

2)施工顺序

混凝土衬砌在固结灌浆及帷幕灌浆施工完成后进行。

3)施工方法

①混凝土底板施工：

底板混凝土施工前，先对施工区域内的工作面进行抄平放样，对于欠挖部位采用人工手风钻凿除，以保证衬砌断面尺寸。有侧墙及顶拱砼部位的底板钢筋由钢筋加工厂集中下料加工，由自卸汽车运至现场，人工绑扎成形。底板两端封头模板采用木模板现场拼装。有侧墙及顶拱混凝土部位底板浇筑至底板上部50cm，便于阴角部位砼振捣保证混凝土浇筑质量。混凝土浇筑前的各项准备工作全部完成后，邀请监理工程师对浇筑仓面组织隐蔽验收，经监理工程师签字确认合格后，进行开仓浇筑混凝土。混凝土在混凝土拌和站生产，运输车运输，采用泵送入仓，人工平仓浇筑，插入式振捣器及平板振动器振捣密实。底板面层混凝土出模后，人工抹面压光。当混凝土强度达2.5Mpa以上，可以拆除模板。拆模采用专用工具进行。模板拆除后采用常规洒水方法进行养护。

②侧墙、顶拱混凝土施工：

侧墙顶拱混凝土采用定型钢模板进行施工，混凝土采用泵送入仓。浇筑时保持两侧对称同步进行，以避免模板支撑移位。

侧墙顶拱混凝土施工之前，先对施工区域内的工作面清理，采用人工手风钻清除所有的浮碴、松动岩块，检查是否有欠挖现象，以保证衬砌断面尺寸。钢筋进场后，按等级规格在钢筋加工厂（棚）内分类、分别标识堆放，按规范要求抽样合格后方可使用。依据施工图纸及钢筋配料单在钢筋加工场加工成型，加工好后标识、分类堆放。安装前用2t载重汽车运至施工现场，人工进行绑扎、焊接或钢筋等强直螺纹滚压连接。安装时，先按同排距1.2m采用φ22钢筋焊设架立钢筋，然后布设样筋，最后按施工图纸要求安装完所有钢筋。钢筋焊接时，焊接长度、焊缝高度及宽度满足设计及规范要求，同一截面接头数量须满足有关规定。止水安装于相邻先浇块的缝面上，结合封头模板的安装加固同步进行。止水采购卷材在施工现场集中下料，尽可能做到整条安装。

浇筑混凝土前必须将止水清洗干净，不得留有泥土、水泥浆、油渍以及其它与止水粘接的杂物。为保证止水两侧混凝土的密实性，浇筑时应有专人进行人工辅助振捣，尤其应防止止水下部形成气泡、泌水水泡等空腔，影响止水带与混凝土的结合，形成漏水通道。混凝土浇筑振捣时，随时注意清理止水片附近堆积的骨料，防止止水片在混凝土浇筑过程中发生变形变位，保证止水片两侧混凝土的密实性。

模板采用拆移式定型钢架支撑钢模板，模板由金华模板加工厂加工成型。正常施工循环衬砌长度为不大于15m，遇有结构缝时进行调整，采用钢模板逐节移动就位，并采用钢支撑逐节加固牢靠，然后安装封头模板和止水结构，封头模板采用木板现场进行拼装，正常施工循环衬砌长度为不大于20m，遇有结构缝时进行调整。

引水隧洞各工作采用两套模板施工时，第一套模板跳仓浇筑，即第一套模板浇筑1、3、5仓混凝土，第二套模板浇筑2、4、6仓混凝土，依次循环。

当混凝土强度达2.5Mpa以上，可以拆除模板。拆模采用专用工具进行，模板拆除后及时清理表面的污物，涂脱模剂。模板拆除结合下一浇筑块的模板安装同步进行，采用钢模板随拆随装。

混凝土在混凝土浇筑完毕12小时后开始进行养护，养护时间不少于14天。

4.结语

樟嫩梓水库及供水工程中超长狭窄V型隧洞采用以上的技术措施,顺利完成,未出现安全事故。隧道在施工过程中是安全的。各项检测数据都表明,该种施工技术措施是合理的，可供类似工程施工参考。

参考文献：[1]特长隧道施工中存在的问题及处理措施分析[J].张玉娟.工程技术研究. 2020(24)

[2]浅谈隧道施工技术方法[J].张宁.居舍,2021(16)