大跨度水利水電工程隧道或隧洞施工方法研究

趙向波

【摘要】隧道或隧洞及地下工程是指在巖體或土層中修建通道和各種類型的地下建筑物，應(yīng)用于交通運(yùn)輸、工業(yè)和民用市政采礦、軍用國國防坑道以及水利水電工程等用途，本文主要從水利水電工程主要功能角度，以水利水電工程隧道隧洞復(fù)雜性和獨(dú)特性為切入點(diǎn)，以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探索分析大型隧道隧洞的施工方法和對策建議。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；隧道隧洞施工；施工方法

大跨度水利水電工程隧道或隧洞施工過程即按照設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施隧道掘進(jìn)、襯砌和安裝作業(yè)的過程。水利水電工程施工對象多為土方、石方、混凝土、金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備安裝等，工程期間為了輸水或泄洪，常需要穿過山石挖掘建成封閉式的輸水道，稱為水工隧洞。主要分為兩類，其中為配合檢修樞紐建筑物、戰(zhàn)備需要、溢洪道泄放洪水、泄放水電站尾水等而放空水庫以及排沙等稱為泄水隧洞；而從水庫中放出水量用于灌溉、發(fā)電和給水需求則是放水隧洞。隧道隧洞施工應(yīng)該以精確的勘測設(shè)計(jì)為前提，通過對隧道隧洞所處地形、地質(zhì)、水文等要素測繪、勘測、測試及綜合評定，設(shè)計(jì)正洞和明洞的長度和結(jié)構(gòu)，決定施工方法，設(shè)計(jì)輔助坑道、排水系統(tǒng)和附屬工程。

大跨度水利水電工程施工特點(diǎn)獨(dú)特性決定了隧道隧洞施工方法必須注意技術(shù)性專業(yè)性。

1、水利水電工程任務(wù)特征決定隧道隧洞施工考慮因素

1.1 水利水電工程任務(wù)的特殊要求

水利水電工程承擔(dān)擋水、蓄水和泄水的任務(wù)決定了對水工建筑物的穩(wěn)定、承壓、防滲、抗沖、耐磨、抗凍、抗裂等性能都有特殊要求，因而隧道隧洞需按照水利工程的技術(shù)規(guī)范，采用專業(yè)施工方法和措施，確保工程質(zhì)量。

1.2 隧道隧洞施工考慮因素

綜合考慮建筑物長度、結(jié)構(gòu)類型、斷面尺寸及施工技術(shù)條件等，預(yù)先多重假設(shè)地質(zhì)條件變化如何應(yīng)對。

1）隧道施工環(huán)境差，不安全因素多，因此需要制定完善的安全技術(shù)措施預(yù)防生命財(cái)產(chǎn)威脅，安全意識貫穿始終；

2）優(yōu)先采用最先進(jìn)的技術(shù)工藝，對于工期和質(zhì)量都是后盾；

3）施工方法的選擇是關(guān)鍵，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案、地質(zhì)水文條件、圍巖類別、隧道長度、斷面尺寸等規(guī)范技術(shù)，同時(shí)適應(yīng)工期需要，考慮施工人員技術(shù)水平等。

4）因地制宜，對于地質(zhì)變化大的隧道施工環(huán)境，仔細(xì)勘察，如開挖過程中遇到的地下暗河、溶洞突泥突水、斷層塌方、古河道流砂冒頂?shù)鹊刭|(zhì)難題時(shí)要謹(jǐn)慎選擇施工方法，規(guī)避打亂工序拖延進(jìn)度。

5）開挖方法上，推崇機(jī)械化作業(yè)，條件允許優(yōu)先考慮全斷面等可以減少施工次數(shù)和難度，利于施工安全。

2、水利水電工程隧道隧洞復(fù)雜性及基本施工方法

因工程跨度大，常處于崇山峻嶺間，地質(zhì)水文條件復(fù)雜性不言而喻，處理不好就會留下隱患，事后工程難以補(bǔ)救，需要在過程中細(xì)節(jié)針對性注意。

2.1 大跨度隧道的施工主要應(yīng)解決掌子面的穩(wěn)定與合理化施工這兩大問題，保證安全快速。現(xiàn)使用多種安全快速有效的施工方法如臺階法、CD法和CRD法、眼鏡法等，突破了過去的小塊分割多次分割斷面挖掘方法，有利于圍巖及掌子面穩(wěn)定。

2.2 大跨度隧道的基本施工方法

基于隧道工程的經(jīng)驗(yàn)積累、實(shí)地調(diào)研及目前的施工技術(shù)，大跨度隧道常處于軟弱圍巖狀態(tài)，針對實(shí)際情況，施工方法選擇上要考慮施工技術(shù)能力，更重要的是隧道和洞室的特定形狀，據(jù)此確定開挖次序利于抑制土層松動，優(yōu)化斷面閉合時(shí)間。現(xiàn)介紹三類基本施工開挖方法。

（1）上半斷面臺階法

包括短臺階法、上半斷面臨時(shí)封閉臺階法，該類方法適用于大部分圍巖條件，其施工空間大便于大型機(jī)械開挖，進(jìn)而施工速度快。

（2）雙側(cè)導(dǎo)坑開挖法

包括雙側(cè)導(dǎo)坑超前開挖法、眼鏡法，該類方法適用于重力和承載力不足的地段，尤其是圍巖條件特別差、地表沉陷要求嚴(yán)格、淺埋的狀況。具體如斷層破碎帶、散落的圍巖、洞口處，地表水及地下水豐富、施工困難容易塌方處。采用輔助工法，縮短進(jìn)尺和分割掌子面等來穩(wěn)定圍巖，同時(shí)施工時(shí)宜先修洞外，如天溝、邊溝等排水工程，使邊坡穩(wěn)定便于隧道順利挖掘。

（3）中壁法

包括CD法、CRD法，適用于掌子面不穩(wěn)定，圍巖條件差、地表沉陷等要求嚴(yán)格的工程施工。

3、大跨度隧洞或隧道的輔助施工方法

水利水電工程區(qū)域常遭遇河道、湖泊、沿海施工，需根據(jù)水文自然條件及工程建設(shè)的要求進(jìn)行施工導(dǎo)流、 截流及水下作業(yè)。大跨度隧洞或隧道輔助施工方法為施工質(zhì)量提供雙重保障。

3.1 大跨度隧洞或隧道的輔助施工方法舉例

輔助工法的應(yīng)用主要在隧道洞口地段、軟弱圍巖地段，可起到事半功倍效果。目前，輔助工法大體分為兩類，一般的輔助工法和超前支護(hù)，在此詳細(xì)敘述超前支護(hù)。超前支護(hù)包括預(yù)襯砌、超前加固等四類方法。

（1）預(yù)襯砌： 超前長度一般小于5m，如預(yù)切槽法等。

（2）超前加固：超前長度為5m以下，如插板、超前錨桿等，古代遺址常見。

（3）注漿法： 超前長度可達(dá)幾十米，如圍巖化學(xué)注漿等。其中注漿范圍、漿液配合比等都需按照實(shí)際情況考慮。

（4）管棚： 主要適用于圍巖軟弱、砂礫地層或破碎地層帶等。根據(jù)地表、地質(zhì)條件及施工精度布置管棚，確定管間距及施工區(qū)間，在鋼管周圍和內(nèi)部，可使用灌入水泥漿、砂漿方式強(qiáng)化密貼，增強(qiáng)管棚作用，有效防治地表下沉，維系地中及地上結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。

4、大跨度水利水電工程隧道隧洞施工應(yīng)充分注意季節(jié)性

利用枯水期施工，弱化季節(jié)影響因素，確保工程質(zhì)量，特殊條件下人工溫度控制措施，精心抓住天時(shí)地利，及時(shí)解決施工中的防洪、渡汛等問題。

5、大跨度水利水電工程隧道施工方法新技術(shù)舉例

大跨度水利水電工程隧道隧洞施工需要以前瞻科學(xué)的施工方案理念為指導(dǎo)，切合實(shí)際，全面評估施工能力水平、后續(xù)效益及帶來的負(fù)面問題。充分考慮工程地質(zhì)，施工動力和原材料來源，施工技術(shù)支撐和裝備能力，施工安全注意事項(xiàng)和社會保險(xiǎn)，工程投資的經(jīng)濟(jì)和社會效益，以及地面沉降、環(huán)境污染等衍生問題。

同時(shí)，不斷鞏固已有施工技術(shù)，時(shí)刻關(guān)注國際國內(nèi)新技術(shù)并投資使用，以縮短工期，降低人力物力財(cái)力成本，提高施工效率。

例如，為應(yīng)對大斷面的隧道工程，噴混凝土的厚度增加和噴射量增多的問題，需要采用大容量機(jī)械和高強(qiáng)度混凝土施工作業(yè)；又如，隧道下半斷面和仰拱的開挖部分，有一定的難度，有必要開發(fā)使用光面爆破技術(shù)，使得裝藥作業(yè)更省力；為加快施工速度，需要大型出渣機(jī)械和連續(xù)出渣系統(tǒng)，緩解土方量增多造成的困境；因大型機(jī)械投入施工，造成廢氣排泄增多，需要改良通風(fēng)環(huán)境。另外，隧洞施工測量難度系數(shù)高，需要先進(jìn)的測量技術(shù)和儀器提高控制測量精度和隧道貫通精度，減少野外測量工作。

以專業(yè)施工方案和成熟技術(shù)應(yīng)對大跨度水利水電工程隧道或隧洞施工艱難系數(shù)。

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