小斷面長距離引水隧洞施工技術應用分析

摘要：由于小斷面長距離引水隧洞在施工時難以實現(xiàn)開挖和襯砌平行的作業(yè)，所以文章提出工程實例，引水隧洞按先行開挖和初期的支保，到了洞口的開挖貫通以后再進行混凝土襯砌的施工程序，根據(jù)施工的情況再投入相應的設備進行作業(yè)，以提高單項工序的生產(chǎn)能力和設備的利用率，實現(xiàn)最終的工程安全和目標。

關鍵詞：小斷面長距離；引水隧洞；施工技術；水利工程；混凝土襯砌 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV52 文章編號：1009-2374（2016）02-0126-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.061

本文主要分析的是一項跨流域、小斷面、長距離的引水隧洞施工工程，主要是解決部分地區(qū)飲水資源嚴重匱乏的引水工程，由曲水樞紐、引水的線路（主要包括管道和隧洞）以及調(diào)節(jié)水庫等組成。引水隧洞作為該工程的關鍵控制工程，全長約為10km，斷面為2.5m×2.5m，洞身段為完整的花崗巖體，采用鉆爆法進行施工，根據(jù)施工現(xiàn)場的情況再投入相應的設備進行作業(yè)，以實現(xiàn)小斷面長距離引水隧洞的施工完成。

1 施工工期與工程特點

1.1 施工工期

本工程施工工期由于距離較長，施工時間為36個月，工程比較緊，任務也比較重。

1.2 施工工程特點

本施工工程有以下三個特點：（1）斷面比較小，距離比較長，通風困難，機械化作業(yè)的程度較低；（2）由于多段中地下有豐富的地下水，在施工時困難比較大；（3）由于距離比較長，施工時間較短，施工干擾嚴重，很難形成干擾作業(yè)等。

2 本工程施工隧洞的施工設計與改進

2.1 基礎性的隧洞施工設計

小斷面長距離隧洞是各類隧洞中施工難度比較大的一種施工隧洞，小斷面對機械化程度比較高的施工機械不能夠進洞進行作業(yè)，只能夠采取人工開挖的方法為主，小機械化為輔。長距離對通風、排水、供電、運輸材料等方面都會造成一定的困難，這就會給作業(yè)帶來相當大的難度，對施工設計也會帶來一定的困難。

在長距離小斷面的引水隧洞中，在2m×2m以下的開挖斷面并沒有實例，距離在10km以上也比較少，對這種工程必須設計出合理的施工方案，以滿足小斷面長距離引水隧洞的施工方法。由于施工時主要是以人工為主，許多建材的運輸就需要采取運輸工具進行機械運輸，在初步設計時的施工工期為36個月。

引水隧洞在進行試驗開挖時，由于小斷面施工中對爆破的鉗制作用，在每一循環(huán)施工僅為1.1～1.2m，隨著施工的不斷推進，對通風、排煙等方面明顯會受到施工斷面的限制，送風的距離比較短，運輸車與通風管的間隔太近，通風管很容易被尖狀物品劃破，很容易造成危險，再加上隧洞內(nèi)還需要高壓電纜和低壓電纜、照明燈具等，在通風時不能夠出渣，在出渣時不能夠進行通風，就會嚴重影響洞內(nèi)的空氣質(zhì)量，隨著循環(huán)作業(yè)的拉長，在施工期施工人員的安全生產(chǎn)就得不到保證。

由于在隧洞施工中隨著斷面越小，施工難度越大，難度的增加工作量也會隨之增加，所以在施工時要根據(jù)實際情況，為了保證按期完工，就必須盡可能采用機械化施工，把洞徑擴大為2.5m×2.5m，以提高工作效率，更重要的是要實現(xiàn)通風、灌漿、襯砌等施工過程。

2.2 整體施工方案

主要有以下四點：（1）由于隧洞的斷面小、距離長的特點，應該采用軸流風機接力式進行通風；（2）為了保障在隧洞開挖時對圍巖的擾動和合理的控制，應當采用光面爆破的技術，可以使隧洞更加有效地開挖；（3）由于斷面小和排煙的困難，為了減少排煙量，采用東風小金剛自卸汽車運輸；（4）根據(jù)隧洞的斷面小的特點，不能夠進行有效的平行作業(yè)，在圍巖開挖時要及時進行初期的支護。

2.3 主要施工方法

采取的施工方法主要有對進尺的確定、爆破的設計、合理的通風散煙和輔助作業(yè)等：（1）進尺的確定，合理的進尺是隧洞挖掘進行的重要參數(shù)，按照規(guī)定要選用循環(huán)進尺進行開挖，引水隧洞的寬度為2.5m，進尺應當為1.5m，這個深度是鉆井的最佳深度范圍，進尺與循環(huán)時間的協(xié)調(diào)才能夠取得最佳的挖掘效率；（2）爆破的設計，合理的爆破設計是隧洞快速挖掘的關鍵；（3）通風散煙，這個問題是小斷面長距離隧洞是否能夠施工的關鍵，為了施工的需要，實現(xiàn)連續(xù)的通風，應當采用Φ800mm的通風管進行接力通風，通風機功率為30kW，供風量為500m3/min，風管采用的也是布質(zhì)風管，這會為引水隧洞提供良好的通風效果；（4）輔助作業(yè)，幫助隧洞有效挖掘。

3 引水隧洞的主要施工技術

現(xiàn)對這項引水隧洞的施工分析，主要從以下四個技術進行分析；施工通風技術、光面爆破技術、砂漿錨桿施工技術、二次襯砌混凝土施工技術。

3.1 施工通風技術

對長距離小斷面引水隧洞主要的技術難題就是通風的問題。（1）洞內(nèi)需要最大的供風量，按照洞內(nèi)最多可以承受人員進行計算、按照洞內(nèi)最小風速計算、按照洞內(nèi)出渣車計算、按洞內(nèi)爆破石方稀釋炮煙計算等依據(jù)，計算洞內(nèi)需要的最大供風量；（2）施工通風設備的選擇，由于隧洞的斷面比較小，采用大直徑的通風管會嚴重影響洞內(nèi)施工機械的運行，采用較小直徑的通風管風阻會比較大，這會造成供風量和供風距離受到限制，機械的設備也達到配套的要求，綜合考慮，隧洞采用Φ800mm的通風管進行接力通風，通風機功率為30kW，供風量為500m3/min，風管采用的也是布質(zhì)風管，這會為引水隧洞提供良好的通風效果；（3）施工通風設備的安裝，有了良好的通風設備，接下來就需要合理有效的安裝，讓通風設備達到效果。首先通風設備要安裝于每一個支洞口，要注意保持支洞口在進入主洞時不要有折角和轉彎的地方，這有利于通風的順暢；在通風設備安裝時要保證風管的平順，截面要一致性，如果發(fā)現(xiàn)有的地方有破損的問題，應該使用專用的膠水進行粘結，不得自行縫補和粘結，這樣做會減少漏風量；在通風管進行送風的過程時要保證送風口離掌子面距離大于15m，在接力通風時后面的風機供風量應大于前面的風機供風量，不能和前面的風筒直接相連，間隔距離以30～50m為最佳的距離；在爆破的過程中要把最端頭的一節(jié)風管取下來，以防止被炸壞，嚴重影響通風效果。

3.2 光面爆破技術

第一，在光面爆破關鍵技術上需要鉆孔和間隔裝藥。鉆孔，要根據(jù)圍巖的巖性，最主要的是地下水的活動等因素的影響，確定合理的周邊眼的間距和最小的抵抗線，一般周邊的眼的間距采用為60cm，最小的抵抗線也為60cm；間隔裝藥，對周邊眼的設計采用空氣間隔裝藥的結構，藥卷之間要采用導爆的連接，在實際的施工時要采取集中裝藥的方法，如果圍巖整體比較差時，要采用小藥卷進行集中裝藥。

第二，對炮眼的布置有以下要求：（1）在周邊眼沿的設計要進行開挖輪廓線；（2）在掏槽眼的位置的開挖要在斷面的中央；（3）輔助眼應該均勻地分布在掏槽眼和周邊眼的之間；（4）在開挖斷面時要合理地進行布置輔助眼，在爆破時以防止留有死角；（5）在掏槽眼的炮眼方向，不應該與巖層走向為平行，盡量保持垂直的方向；（6）周邊眼和輔助眼的底線應該在同一豎直面上，這樣能夠保證開挖時的穩(wěn)定和平整；（7）周邊眼在外斜時要大于50cm/m，眼底不得超出開挖輪廓線10cm，且最大值應大于15cm。

第三，在進行爆破作業(yè)時要符合下面集中規(guī)定：（1）在進行裝藥時，要定時、定段進行裝藥，以免造成危險；（2）在裝藥時應該把炮眼內(nèi)的造物清潔干凈，以免造成不良后果；（3）爆破的順序應該為先中心掏槽眼后周邊眼；（4）在進行開挖輪廓時上下炮眼應該均勻地進行分布；（5）在爆破后要及時檢查爆破的效果，對后期工作帶來一定的參數(shù)。

3.3 砂漿錨桿施工技術

砂漿錨桿采用YT28鑿巖機鉆孔施工，在注漿設備采用專用高壓注漿泵。

在錨桿孔開孔前首先要做好測量的工作，通過開始的設計要求對開孔做好標記，錨桿孔的孔軸應該按照施工圖紙的要求進行開孔，要與開挖面呈現(xiàn)垂直。對錨桿孔的深度必須按照設計圖紙上的規(guī)定，要使用高壓風進行沖洗，進行清掃錨桿孔，以確?？變?nèi)沒有石粉。

在使用砂漿時應該采用比較高濃度的砂漿，在砂漿的配合比上要通過現(xiàn)場原位的試驗以進行確定后使用，并且還要堅持隨拌隨用的原則，對超過初凝時間的砂漿做報廢處理。使用止?jié){塞進行塞入，使其更加牢固，這樣可以確保在承受錨桿上和注滿錨桿孔砂漿的重量上達到要求。對排氣管的要求，就是必須確保排氣管插入錨桿孔底，排氣孔未出漿前，不得停止注漿。由于止?jié){塞在砂漿具有一定強度，應該自后方拔出，在拔出時不得振動錨桿。

3.4 二次襯砌混凝土施工技術

在二次襯砌混凝土施工時要采用自行式液壓襯砌臺車襯砌，還應配置專用抗浮、抗側偏千斤頂。在車架的兩端以及中部的設置時使用千斤頂，襯砌前將抗浮千斤頂頂在隧洞拱部，這樣為了防止防水板和襯砌的損壞，就需要對千斤頂?shù)捻敹诉M行專門的設計。

在工作窗綜合考慮排氣、振搗、抗浮等因素設置。為了保證頂拱封堵密實，在頂部共設置3個封口器，這樣能夠有效封堵密實頂拱。

對臺車設液壓收支與絲桿頂升兩套裝置，可增加臺車使用靈活性和可靠度。

在施工過程中，為了確保模板不變形，鋼模應該采用6mm的鋼板，這樣的使用不僅可以提高結構的整體性，還可以達到防水的功效。

在隧洞襯砌需根據(jù)新奧法原理在初期支護完成后適時進行。

4 結語

引水隧洞作為水利工程的重要部分之一，探索與實踐綜合施工配備技術是非常必要的。對小斷面長距離的引水隧洞的施工技術，要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況采用施工通風技術、光面爆破技術、砂漿錨桿施工技術、二次襯砌混凝土施工技術等，選擇合理的施工機械，進行合理科學的施工，以保證安全、環(huán)保、有效利用等作用，還能夠保證施工的順利進行和達到最佳的技術效果。

參考文獻

[1]林建喜.南掌河電站引水隧洞開挖爆破的設計與施工[J].湖北水力發(fā)電，2007，（5）.

[2]余光輝.長線路小斷面引水隧洞施工與質(zhì)量控制[J].水利水電快報，2008，（4）.

[3]龔勛，王淑麗，鐘輝.高地熱引水隧洞開挖施工安全與質(zhì)量控制[J].中國新技術新產(chǎn)品，2010，（13）.

作者簡介：王智（1987-），男，甘肅武威人，中國水利水電第四工程局有限公司助理工程師，研究方向：水利水電工程建筑。

（責任編輯：蔣建華）