小净距下穿引水隧洞施工技术方案应用探究

朱华峰

中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610000

摘要：小净距下穿引水隧洞是指在已有的引水隧洞上方或下方，以较小的垂直距离（一般为5米以内）开挖新的引水隧洞，以增加输水能力或改善输水条件的一种施工方法。小净距下穿引水隧洞施工具有技术难度大、风险高、影响范围广等特点，需要制定合理的技术方案，采取有效的措施，保证施工安全、质量和进度。本文中笔者阐述了小净距下穿引水隧洞施工技术方案的制定原则，并提出小净距下穿引水隧洞施工技术方案应用的具体策略，以期为相关技术人员提供参考和借鉴。

关键词：小净距下穿引水；隧洞施工；技术方案

一、小净距下穿引水隧洞施工技术方案的制定原则

小净距下穿引水隧洞施工技术方案的制定应遵循以下原则：

（1）充分考虑现有引水隧洞的结构、材料、状态、运行情况等因素，评估其对新建引水隧洞施工的影响和限制，确定合理的下穿位置、方向和方式。

（2）根据地质条件、水文条件、地应力状态等因素，选择适宜的开挖方法、支护方式、爆破参数等，保证新建引水隧洞的稳定性和安全性。

（3）采用先导孔或预留孔等措施，提前探测和处理可能存在的裂隙、空洞、渗水等不良地质情况，避免或减少对现有引水隧洞的影响[1]。

（4）设置合理的监测方案和预警系统，实时监测新建引水隧洞和现有引水隧洞的变形、位移、应力、渗流等参数，及时发现异常情况，采取应急措施。

（5）制定详细的施工组织设计和安全管理制度，明确各个环节的责任人、任务、时间、资源等，协调好各个部门和单位的配合，确保施工顺利进行。

二、小净距下穿引水隧洞施工技术方案应用的具体策略

根据不同的工程特点和条件，小净距下穿引水隧洞施工技术方案应用的具体策略有所差异。以下以某电站二期扩建工程为例，介绍其小净距下穿引水隧洞施工技术方案应用的具体策略。

该电站二期扩建工程需要在原有压力钢管上方4.5米处开挖新的压力钢管，以增加输电能力。原有压力钢管长约2.5公里，直径为3.2米，壁厚为30毫米，内部充满高压水。新建压力钢管长约2.4公里，直径为3.6米，壁厚为32毫米。地质条件为花岗岩类岩体，岩性坚硬，裂隙发育，局部存在空洞和渗水。地应力状态为双轴压缩，最大主应力方向与隧洞轴线平行，大小为12.5兆帕，最小主应力大小为8.5兆帕。水文条件为地下水位较高，局部存在高压水。

针对该工程的特点和条件，制定了如下的小净距下穿引水隧洞施工技术方案：

（1）开挖方法：采用全断面掘进机开挖，配合钻爆法进行辅助开挖。掘进机的刀盘直径为3.8米，刀盘转速为2转/分钟，推进速度为0.5米/小时。钻爆法采用深孔控制爆破，每次爆破孔数为24个，孔深为1.5米，孔径为50毫米，装药量为1.2公斤/米，延时雷管为6毫秒/米[2]。

（2）支护方式：采用喷射混凝土和锚杆组合支护。喷射混凝土的厚度为20厘米，强度等级为C30，配筋网的规格为φ8@200×200。锚杆的规格为φ25×2500，锚固长度为1500毫米，锚固剂为水泥浆，锚杆间距为1米×1米。

（3）先导孔或预留孔：在新建压力钢管的顶部和底部各设置一排先导孔或预留孔，每隔10米布置一个孔，孔径为100毫米，孔深为5米。先导孔或预留孔的作用是提前探测和处理可能存在的裂隙、空洞、渗水等不良地质情况，以及对原有压力钢管的影响。先导孔或预留孔可以采用钻机钻孔或掘进机刀盘切割开孔。

（4）监测方案和预警系统：在新建压力钢管和原有压力钢管的周围布置多种监测仪器和传感器，实时监测两者的变形、位移、应力、渗流等参数，并将数据传输到监控中心。监测方案和预警系统包括以下几个方面：

变形监测：在新建压力钢管的顶部、侧壁和底部各设置一条测量线，每隔10米安装一个变形节。在原有压力钢管的外壁上每隔20米安装一个应变计。变形节和应变计可以实时测量两者的径向变形和周向应变，并与预设的安全标准进行对比，如果超过安全标准，则发出预警信号[3]。

位移监测：在新建压力钢管的顶部和底部各设置一条测量线，每隔10米安装一个位移计。位移计可以实时测量两者的垂直位移，并与预设的安全标准进行对比，如果超过安全标准，则发出预警信号。

应力监测：在新建压力钢管的顶部、侧壁和底部各设置一条测量线，每隔10米安装一个应力计。在原有压力钢管的内壁上每隔20米安装一个压力计。应力计和压力计可以实时测量两者的岩体应力和水压，并与预设的安全标准进行对比，如果超过安全标准，则发出预警信号。

渗流监测：在新建压力钢管的顶部、侧壁和底部各设置一条测量线，每隔10米安装一个渗流计。渗流计可以实时测量两者的渗水量和渗水压力，并与预设的安全标准进行对比，如果超过安全标准，则发出预警信号。

监控中心根据监测数据，实时分析两者的受力状态和稳定性，及时发现异常情况，并采取应急措施。应急措施包括以下几个方面：

停止或减缓开挖速度，调整开挖方法和参数，降低对原有压力钢管的影响。增加支护强度，加密锚杆间距，增厚喷射混凝土，提高支护质量。

加强注浆处理，封堵裂隙、空洞、渗水等不良地质情况，提高岩体强度和密实性。

降低原有压力钢管的内部水压，减少水压对新建压力钢管的影响。

（5）施工组织设计和安全管理制度：根据工程进度和资源分配，制定了详细的施工组织设计和安全管理制度。施工组织设计包括以下几个方面：

施工人员：分为掘进机操作组、钻爆组、支护组、注浆组、监测组等，每个组有一名负责人和若干名工人，各自负责相应的施工任务。

施工设备：主要包括掘进机、钻机、爆破器材、喷射混凝土机、锚杆机、注浆机、监测仪器等，每台设备有一名操作人员和一名维修人员，保证设备正常运行。

施工材料：主要包括炸药、雷管、导爆索、混凝土、钢筋网、锚杆、水泥浆等，每种材料有一名负责人和若干名搬运人员，保证材料充足和及时供应。

施工时间：按照每天24小时不间断施工的原则，分为白班和夜班，每班12小时。每个班次之间有半小时的交接时间，进行施工情况的汇报和记录。

施工路线：按照从上游至下游的顺序进行开挖，每次开挖长度为1.5米。开挖完成后，立即进行支护和注浆处理。同时进行监测数据的采集和分析。

安全管理制度包括以下几个方面：

安全教育：对所有参与施工的人员进行安全教育和培训，使其熟悉施工技术方案、安全规范、应急预案等内容，并进行考核。

安全检查：定期对施工现场、设备、材料、人员等进行安全检查，发现隐患及时整改，防止事故发生。

安全监督：设立专门的安全监督部门，负责对施工过程进行监督和指导，及时处理安全问题，保证施工安全。

安全奖惩：根据施工人员的安全表现，实行安全奖惩制度，对安全优秀者给予奖励，对安全违规者给予处罚，激励施工人员增强安全意识。

结束语：

以上是某电站二期扩建工程小净距下穿引水隧洞施工技术方案应用的具体策略及实例。通过制定合理的技术方案，采取有效的措施，该工程成功地完成了小净距下穿引水隧洞施工，没有发生任何事故，保证了新建压力钢管和原有压力钢管的安全运行，为类似工程提供了有益的经验和参考。希望本文能够对相关技术人员提供一定参考。

参考文献：

[1]赵凯,崔允亮,李明照,李威明.大断面隧洞上穿既有隧洞结构安全分析[J].水电能源科学,2021,39(3):99-102.

[2]李凤岭,张波,曹力桥,黄赫.盾构隧道下穿明挖区间隧道三维数值模拟分析[J].安徽理工大学学报：自然科学版,2018,38(2):66-71.

[3]翟明杰,杨进新,王雷.基于有限元法的地铁隧道下穿既有输水隧洞安全影响研究[J].北京水务,2017(6):30-35.