水利水電工程隧洞施工要點

摘要：隧洞的開鑿因為受地質條件、施工條件以及安全穩定性等因素的制約而成為水利工程建設中的難題。本文著重討論隧洞施工中的技術要點。

關鍵詞：水利水電工程；隧洞；施工

中圖分類號：F407.9文獻標識碼：A水工隧洞大致分為四種類型，即小、中、大和特大型隧洞。其中中小型隧洞在水電站及引水工程中所占的份額最多，故為水工隧洞之重；又因中大型隧洞具有單位長度開挖量少、出渣量少、受地質影響較小，洞口安全支護比較方便等特點，設計施工方案時可采用標準方案或同類工程類比法。

1 開挖方式

隧洞開挖方式有全斷面開挖法和導洞開挖法兩種。開挖方式的選擇主要取決于隧洞圍巖的類別、斷面尺寸、機械設備和施工技術水平。合理選擇開挖方式，對加快施工進度，節約工程投資，保證施工質量和施工安全意義重大。

1.1 全斷面開挖法

全斷面開挖法是將整個斷面一次鉆爆開挖成洞，待全洞貫通后或待掘進相當距離以后，根據圍巖允許暴露的時間和具體施工安排再進行襯砌和支護；這種施工方法適用于圍巖堅固完整的場合。全斷面開挖，洞內工作面較大，工序作業干擾相對較小，施工組織工作比較容易安排，掘進速度快。全斷面開挖可根據隧洞斷面面積大小和設備能力采用垂直掌子掘進或臺階掌子掘進。垂直掌子掘進因開挖面直立，作業空間大，當具有大型施工機械設備時，作業效率高，施工進度快；臺階掌子掘進是將整個斷面分為上下兩層，上層超前于下層一定距離掘進，為了方便出渣，上層超前距離不宜超過2～3.5m，且上下層應同時爆破，通風散煙后，迅速清理上臺階并向下臺階扒渣，下臺階出渣的同時，上臺階可以進行鉆孔作業。由于下臺階爆破是在兩個臨空面情況下進行的，可以節省炸藥；當隧洞斷面面積較大，但又缺乏鉆孔臺車等大型施工機械時，可以采用這種開挖方式。

1.2 導洞開挖法

導洞開挖法就是在開挖斷面上先開挖一個小斷面洞（即導洞）作為先導，然后再擴大至設計要求的斷面尺寸和形狀。這種開挖方式，可以利用導洞探明地質情況，解決施工排水問題，導洞貫通后還有利于改善洞內通風條件，擴大斷面時導洞可以起到增加臨空面的作用，從而提高爆破效果。

根據導洞與擴大部分的開挖次序，有導洞專進和導洞并進兩種方法。導洞專進法是將導洞全部貫通后，再進行擴大部分開挖，有利于通風和全面了解地質情況，但洞內施工設施一般要進行二次鋪設，費工費事；除地質情況復雜外，一般不采用。導洞并進法是將導洞開挖一段距離(一般為10～15m)后，導洞與斷面擴大同時并進。導洞開挖法一般是在工程地質條件惡劣、斷面尺寸較大、不利于全斷面開挖時才采用的開挖方法。

1.2.1 上導洞開挖法

導洞布置在隧洞的頂部，斷面開挖對稱進行。這種方法適用于地質條件較差，地下水不多，機械化程度不高的情況。其優點是安全問題比較容易解決，如頂部圍巖破碎，開挖后可先行襯砌，從而安全施工；缺點是出渣線路需二次鋪設，施工排水不方便，頂拱襯砌和開挖相互干擾，施工速度較慢。

對開馬口是將同一襯砌段的左右兩個馬口同時開挖，隨即進行襯砌。為安全起見，每次開挖馬口不應過長，一般以4～8m為宜。在地質條件較好，圍巖與拱圈粘結較牢的條件下，采用對開馬口，可以減少施工干擾，避免爆破打壞對面邊墻。當圍巖較松散破碎時，應采用錯開馬口方法。即每個襯砌段兩個馬口的開挖不同時進行，一個馬口開挖后立即進行襯砌混凝土澆筑，待其強度達到設計強度的70%時，再開挖和澆筑另一個馬口，各段馬口的開挖可交叉進行。也有把隧洞頂拱挖得大一些，使頂拱襯砌混凝土直接支承在圍巖上，而不需要再挖馬口。

1.2.2 下導洞開挖法

導洞布置在斷面的下部。這種開挖方法適用于圍巖穩定、洞線較長、斷面不大、地下水比較多的情況。其優點是洞內施工設施只鋪設一次，斷面擴大時可以利用上部巖石的自重提高爆破效果，清理方便，排水容易，施工速度快；缺點是頂部擴大時鉆孔比較困難，石塊依自重墜落，巖石形狀不易控制，如遇不良地質條件，施工不夠安全。

1.2.3 中間導洞開挖法

導洞在斷面的中部，導洞開挖后向四周擴大。這種方法適用于圍巖堅硬，不需臨時支撐，且具有柱架式鉆機的場合。柱架式鉆機可以向四周鉆輻射炮眼，斷面擴大快，但導洞與擴大部分同時并進，導洞出渣困難。

1.2.4 雙導洞開挖法

雙導洞開挖又分為兩側導洞法和上下導洞法兩種。兩側導洞開挖法是在設計開挖斷面的邊墻內側底部分別設置導洞，這種開挖方法適用于圍巖松軟破碎、地下水嚴重、斷面較大，需邊開挖邊襯砌的情況。上下導洞法是在設計開挖斷面的頂部和底部分別設置兩個導洞，這種方法適用于開挖斷面很大、缺少大型設備、地下水較多的情況，其上導洞用來擴大，下導洞用于出渣和排水，上下導洞之間用豎井連通。

導洞一般采用上窄下寬的梯形斷面，這樣的斷面受力條件較好，并且可以利用斷面的兩個底角布置風、水、電等管線；導洞的斷面尺寸應根據開挖、支撐、出渣運輸工具的大小和人行道布置的要求確定；在方便施工的前提下，導洞尺寸應盡可能小一些，以便加快施工進度，節省炸藥用量；導洞高度一般為2.2～3.5m，寬度為2.5～4.5m(其中人行道寬度可取0.7m)。

2 隧洞塌方預防和處理措施

在水利水電工程隧洞施工中最易出現的安全事故就是隧洞塌方。對待水利水電工程隧洞塌方，認真搞好預防工作，將會取得良好的效益。預防隧洞塌方，主要從以下三點著手：

首先，認真搞好勘測設計。在隧洞工程的勘測設計工作中，深入細致調查和勘探隧洞所在區域的地質環境，詳細掌握隧洞軸線和進出口的地質資料，對隧洞穿越埡口、溝谷和山體認真分析，盡可能全面掌握所有可能發生塌方的不良地質情況。選擇洞線時，盡量避開斷層、溶洞、堆積體流砂、地下水和軟弱破碎帶等不良地層，若必須通過時，應事先考慮相應的技術措施，正確選定施工方法，認真搞好施工組織設計，以便指導工程施工。

其次，施工中應正確合理選擇施工方法和防塌技術措施，準備必要的材料和工具。防塌措施有：搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破開挖技術、合理掌握開挖進度、加強支撐和襯砌進度等。

再次，施工過程中應經常進行檢查，及時發現發生塌方的種種預兆，及時采取工程技術措施，防止塌方事故的發生。

3 隧洞塌方處理措施

塌方發生后，應首先加固未塌地段，以防塌方蔓延，讓搶險工作有一個安全的空間；同時，要組織相關人員到塌方現場調查研究，查明塌方的范圍、性質以及塌方區圍巖的地質構造和地下水活動情況，認真分析形成塌方的原因，及時制定出可行的塌方處理方案。

根據塌方的規模和塌碴的補給情況，塌方可分為大塌方和小塌方。當塌方體厚度大，范圍長，已將開挖坑道堵死，或塌方還繼續不停的擴展，人員不能或不易進入塌穴的，屬于大塌方；反之，當塌方體不足以將坑道全部堵塞，塌方在較長的時間內不再發展或基本停止，人員有可能進入塌穴觀察處理的，屬于小塌方。根據塌方的危害程度，塌方亦可分為嚴重塌方和輕微塌方。對于塌方后造成很大的人員傷亡或損失的，屬于嚴重塌方；反之，屬于輕微塌方。無論是何種塌方，我們都應認真對待，并根據塌方的實際情況制定相應的塌方處理技術措施。

結束語

水工隧洞是水利樞紐中的重要組成部分之一，隧洞線路必須與水利樞紐的建設任務相適應，并須根據地形、工程地質和水文地質、水文等條件選定。

參考文獻

[1]鐘漢華.水利水電工程施工技術.2004.

[2]宗敦峰.水利水電施工.2008.

[3]熊啟鈞.隧洞.2002.