淺談水利隧洞工程的開挖施工及其塌方處理

張成江

山東臨沂水利工程總公司

淺談水利隧洞工程的開挖施工及其塌方處理

張成江

山東臨沂水利工程總公司

隧洞工程施工是水利工程建設(shè)中的重要組成部分，并且水利隧洞工程開挖施工具有許多不確定因素，容易對隧洞工程施工質(zhì)量造成影響，為保障水利隧洞工程施工的安全性，必須優(yōu)化及創(chuàng)新施工工藝，以提高水利隧洞工程施工的可靠性。本文闡述了水利隧洞工程開挖常見的施工技術(shù)，對水利隧洞工程開挖的施工準(zhǔn)備、施工要點(diǎn)及其塌方處理進(jìn)行了探討分析。

水利隧洞工程；開挖；施工技術(shù)；施工準(zhǔn)備；施工要點(diǎn)；塌方處理

1 水利隧洞工程開挖常見的施工技術(shù)

1.1 全斷面開挖施工技術(shù)。全斷面開挖技術(shù)主要應(yīng)用于一些地質(zhì)條件好、巖體較堅固的隧洞中，通過一次性鉆爆使其成為隧洞，隨后在對洞室進(jìn)行支護(hù)施工。隧洞全斷面開挖方式的優(yōu)勢在于：保障施工安全與質(zhì)量的情況下，工序少，施工速度較快。嚴(yán)格按照施工組織的要求來開展工作，施工期間也不會受到太大的干擾，有條件時可以充分利用機(jī)械，減少人力資源投入，并一次開挖成型，對圍巖的擾動小，有利于圍巖的穩(wěn)定。施工過程中，針對隧洞開挖效果(殘孔率)有特殊要求、地質(zhì)狀況不明、解決排水、通風(fēng)等情況時，可先行開挖導(dǎo)洞，根據(jù)施工方案的要求來將導(dǎo)洞設(shè)計成所需要的尺寸和形狀，而后擴(kuò)挖完成隧洞開挖。

1.2 臺階開挖施工技術(shù)。水利隧洞工程的臺階開挖施工技術(shù)適用于穩(wěn)定巖體、土層及不穩(wěn)定巖體，有正臺階法和反臺階法之分。按臺階長短有長臺階、短臺階和超短臺階三種，近年由于大斷面隧道的設(shè)計，又有三臺階臨時仰拱法，甚至多臺階法。至于施工中究竟應(yīng)采用何種臺階法，施工時應(yīng)根據(jù)洞室大小，圍巖情況進(jìn)行方法的選擇。正臺階環(huán)形開挖法、中隔壁法(CD法)、交叉中壁法(CRD法)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等開挖方式適用圍巖地質(zhì)條件差和軟弱圍巖開挖中應(yīng)用，選擇時應(yīng)根據(jù)施工安全、洞室大小等多方面因素考慮選擇。

2 水利隧洞工程開挖的施工準(zhǔn)備

水利隧洞工程開挖施工前需要對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底工作；并且結(jié)合水利隧洞工程施工圖要求，采取測量放樣工作，測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行測量放樣，測量放出開挖軸線、邊線和開挖深度、坡度等控制線和控制樁，然后針對工程施工現(xiàn)場水源、流量、地形、地貌和地質(zhì)條件，結(jié)合永久排水設(shè)施布置排水系統(tǒng)。在開挖區(qū)域外側(cè)設(shè)置截水溝、開挖層面上設(shè)置臨時排水溝和集水坑，開挖面保持一定的坡度，把雨水、施工生產(chǎn)廢水、圍巖滲水及工作面內(nèi)積水引排或抽排到工作面外。

3 水利隧洞工程的開挖施工要點(diǎn)

3.1 隧洞開挖施工測量的要點(diǎn)分析。水利隧洞工程在開展測量工作時，需要由專業(yè)施工技術(shù)人員實施，結(jié)合實際，依據(jù)爆破設(shè)計的工程參數(shù)要求進(jìn)行點(diǎn)布孔位。開挖斷面的測量工作需要在噴混凝土之前進(jìn)行，測量間距需在5～10m 之間。定期對洞軸線進(jìn)行全面測量、檢查，同時復(fù)測也是必不可少的，多次測量以確保測量控制工序質(zhì)量。此外，隨洞室開挖以及支護(hù)進(jìn)度，在兩側(cè)洞壁及洞頂間隔20m之處設(shè)樁號標(biāo)志。

3.2 鉆孔施工要點(diǎn)的分析。水利隧洞工程鉆孔施工過程中，施工技術(shù)人員需要嚴(yán)格按照測量定出的腰線、中線、測量布孔以及開挖輪廓線進(jìn)行鉆孔作業(yè)。濕式風(fēng)鉆鉆孔時，首先進(jìn)行卡套、機(jī)身、螺栓、彈簧和支架的檢查，以確保其正常完好運(yùn)行。若出現(xiàn)鉆桿不直、帶傷，供水異常，鉆孔堵塞等現(xiàn)象，需對其進(jìn)行及時修理或更換。為了避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，須將周邊孔的外偏角嚴(yán)格控制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度內(nèi)。掏槽孔以及光爆孔的偏差應(yīng)在 5cm 以內(nèi)，其它炮孔孔位偏差不應(yīng)大于10cm。

3.3 爆破施工要點(diǎn)的分析。(1)爆破方案設(shè)計，周邊全部依據(jù)光面爆破方法實施，必須確保開挖斷面以及洞壁保持平整性。嚴(yán)格控制單響炸藥的使用量，盡可能的降低爆破對圍巖的干擾。(2)爆破試驗。在進(jìn)行施工過程中，根據(jù)巖石出覆狀況，制定初步爆破設(shè)計方案并上報，待監(jiān)理工程師審批后，方可實施爆破試驗。觀測現(xiàn)場爆破效果從而選擇合理的爆破參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場巖石性質(zhì)與級別的變化程度對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整。(3)爆破關(guān)鍵點(diǎn)。針對不同的圍巖以及開挖斷面，選擇適宜的爆破設(shè)計，鉆孔直徑在 38～42mm之間，依據(jù)鉆孔設(shè)備以及圍巖類別來確定炮孔深度。一般情況下使用防水乳化炸藥?？變?nèi)利用非電導(dǎo)爆管進(jìn)行起爆，導(dǎo)爆管由雷管引爆，這樣可避免雜散電流引爆電雷管。為保障周邊光面爆破效果，同時減少爆破震動而引發(fā)的對圍巖的振動，周邊孔最好使用不耦合裝藥，以線性布置方式在周邊孔布置炸藥。

3.4 危石清除要點(diǎn)分析。水利隧洞工程在爆破工作完成后，需要及時清除爆破產(chǎn)生的危石，同時對已開挖洞段的圍巖穩(wěn)定情況進(jìn)行多次檢測，對可能塌落的松動巖塊進(jìn)行清除。施工時，邊頂拱以及掌子面上殘留的危石及碎塊需使用反鏟清除，確保施工人員以及現(xiàn)場設(shè)備的安全，安全處理巖面破碎洞段后，可在隧洞上先噴一層厚度為5cm的混凝土，完成出渣工作后，再次進(jìn)行安全檢查及相應(yīng)處理。

4 水利隧洞工程的塌方處理

水利隧洞工程開挖施工中塌方的處理原則，按“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的原則快速進(jìn)行。所謂“小塌清、先支后清”，就是指當(dāng)塌方量不大時，可采用將塌方全部清除的處理方法。在清除塌方之前，應(yīng)將塌方的頂部支撐牢固，避免繼續(xù)塌落，防止洞頂?shù)魤K砸傷施工人員。因為當(dāng)隧洞發(fā)生第一次塌方后，自然拱范圍內(nèi)的土石還有繼續(xù)坍塌的可能，塌方坑道的兩側(cè)邊坡常不穩(wěn)定，先清除塌碴可能會使側(cè)壁失去平衡而松動塌落，塌方坑道進(jìn)一步增寬，自然拱進(jìn)一步增高而再次塌方。如此反復(fù)，極有可能引發(fā)大塌方。當(dāng)然，若圍巖地質(zhì)條件較好，塌方只是局部的松軟夾層，且范圍不大，經(jīng)分析不會繼續(xù)塌方時，也可對塌方進(jìn)行清除處理，再進(jìn)行支撐或不支撐。所謂“大塌穿，先棚后穿”，就是指當(dāng)塌方量很大，一時難以清除，塌穴形狀和大小無法查明時，可將塌方體視為松散破碎的地層，采用超前支撐、開挖導(dǎo)坑的方法穿越塌方體。穿越前必須將塌方部為的兩端支頂牢固，防止塌方延伸。穿越時，使用插板法支撐，在導(dǎo)坑頂部采用插板插入塌方體，形成棚頂，逐步開挖進(jìn)占，并考慮邊挖邊襯砌。

5 結(jié)束語

水利隧洞工程開挖施工受到環(huán)境、地質(zhì)、圍巖等多種因素的影響，因此在施工前需要結(jié)合施工實際，選擇合適的施工技術(shù)，從而提高隧洞工程的質(zhì)量，并及時處理塌方。

[1]趙鑫.水電站引水隧洞開挖及支護(hù)的施工技術(shù)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016(13)