淺析水利工程隧洞施工技術及措施

林旭東

水利工程的發(fā)展對我國社會主義現(xiàn)代化建設有極其重要的作用，其不僅可以保證人民群眾用水的安全性，同時也保證了我國農(nóng)業(yè)用水的穩(wěn)定性和長久性，所以確保水利工程建設的安全發(fā)展至關重要。對于現(xiàn)階段的水利工程要結合實際的工程情況來進行專業(yè)化的工程預先設計，選擇先進的施工技術以此來保障各項水利工程的順利開展和不斷完善。由于不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和實地情況，影響到隧洞施工技術的因素有很多，因此做好隧洞支護是保證水利工程質(zhì)量和安全的重要保障。隧洞施工技術是水利工程建設的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量的好壞直接影響著整個水利工程能否正常開展。在現(xiàn)實的水利工程建設中，隧洞施工技術時常受到地質(zhì)環(huán)境等因素的影響導致施工困難，所以不斷發(fā)展和完善隧洞施工技術是當前水利工程建設要面臨的主要問題。對于隧洞施工而言，支護是保證隧洞施工質(zhì)量與安全的先決條件，要采取科學合理的支護技術來保證隧洞施工不出現(xiàn)塌方等嚴重問題。根據(jù)水利工程建設的實際情況，采取有效措施保障隧洞施工安全,確保工程順利實施。本文以山西省中部引黃工程為例，深入探究了水利工程建設中隧洞工程的類型和特點，進一步研究隧洞施工中可能出現(xiàn)的支護問題，從而提出預防塌方和解決侵限的辦法，提高隧洞施工的安全性，促進我國水利工程建設的不斷發(fā)展。

一、水利工程中隧洞工程的類型和特點分析

隧洞一般是由進口段、洞身和出口段三部分構成，進口段常設置塔式、豎井式或者斜坡式的攔污柵與閘門；洞身的構建主要是結合工程的具體情況，比如具體的水流條件與地質(zhì)條件、施工條件。在不同的水利工程建設中，隧洞在輸水時的水流性狀有所不同。一般來說引發(fā)水電的隧洞是有壓隧洞，通常采用馬蹄形斷面或圓形斷面；無壓隧洞的主要功能是泄洪、排放水庫泥沙以及施工導流，常用圓形、馬蹄形以及城門形斷面等；兩種隧洞的水流量也有很大差別，有壓隧洞在運行時其水流會充滿整個斷面，它的內(nèi)壁會受到水流的壓力形成一定的內(nèi)水壓力，無自由水面，而無壓隧洞則剛好相反。為避免出現(xiàn)空蝕現(xiàn)象或地址震蕩，在高流速狀態(tài)下嚴禁同一段隧洞出現(xiàn)有壓與無壓的交替運行狀態(tài)。

二、隧洞施工中出現(xiàn)的問題及原因分析

1.工程概況

山西省中部引黃工程08標施工引水主洞起點里程為總干3#隧洞61+676.88，終點里程為總干3#隧洞77+040.90，全長15364.02m。沿線共設5個施工支洞，即18#～22#支洞，支洞布置為斜井形式。支洞進口底高程為1089.50～1205.41m：之間，引水主洞底高程位于1041.72～997.73m：之間。其中，18#支洞承擔總干3#隧洞起點里程61+676.88，終點里程為總干3#隧洞64+513的施工任務，支洞長1213米，支洞進口底高程為1204m，支洞與主洞交叉點洞底高程為1002.34m。18#支洞位于興縣魏汾鎮(zhèn)新業(yè)村南700m處，支洞口布置于山坡上，洞口向西約30m處有一小溪，溪溝平常季節(jié)無流水，只有汛期下雨時才會有水流過，屬于季節(jié)性小溪。

2.工程地質(zhì)

隧洞沿線地表大部分被上第三系、第四系松散堆積物覆蓋，基巖出露于沖溝溝底或沖溝兩側。線路涉及基巖地層由太古界至石炭系，覆蓋層涉及上第三系、第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。引水線路隧洞沿線地下水為寒武系、奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶水(區(qū)域及層間水)，太古界變質(zhì)巖類裂隙水，碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙水與松散巖類孔隙水五種類型。巖溶地下水存在層間水,隧洞開挖時有可能會遇到溶洞。

3.問題及原因分析

隧洞一直采取了超前地質(zhì)預探，且按“管超前，短進尺、弱爆破、強支護，勤觀測”的原則進行施工。18#支洞開挖至主洞下游樁號62+597時，從主支洞交叉點向下游10m，樁號為62+454起32m內(nèi)已施工的鋼結構左側拱腳向內(nèi)側突然發(fā)生不同程度變形和移位，無法滿足二次襯砌的施作條件。拱頂和右側拱架沒發(fā)現(xiàn)明顯偏移，但噴射混凝土出現(xiàn)裂縫。

根據(jù)設計地質(zhì)描述，該段洞身穿過的地層為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組上段及下段。實際開挖時遇到一條由主支洞交叉口處至隧洞下游左側的斷層破碎帶，破碎帶含有粘土且有少量裂隙水滲出，該段為V類圍巖。變形原因應為斷層破碎帶的松弛變形，同時在地應力作用下，泥灰?guī)r也可能產(chǎn)生變形，另一重要原因是圍巖還未進行二次襯砌。

三、隧洞施工的預防和改進措施應用

預防隧洞塌方是保證水利工程建設順利開展和完成的必要前提，也是保證隧洞施工安全和質(zhì)量的重要因素。預防隧洞塌方可以分為幾個階段：首先在施工開始之前，要結合工程施工地的實際情況與施工的具體細節(jié)設計一套完整科學的施工方案，保證施工組織設計方案的可行性；然后是在施工過程中，要根據(jù)施工過程中出現(xiàn)的問題適當?shù)匦薷暮驼{(diào)整施工方案，并嚴格按照施工方案對隧洞內(nèi)部的施工情況進行動態(tài)跟進與收斂觀測，保證施工的安全性和施工質(zhì)量；最后是在施工完成之后，要對隧洞內(nèi)的支護措施進行定期的檢查和維護，保證支護措施的安全性，這樣能有效地預防工程出現(xiàn)塌方的情況。

針對以上鋼拱架變形侵限的改進措施如下：

1.對已發(fā)生位移的62+454～62+486段將拱腳采用I18的工字鋼進行橫撐，必要時可在起拱部位多加一根工字鋼橫撐進行加固，從而防止在施工過程中發(fā)生大的坍塌。

2.對還未發(fā)生位移的62+444～62+454段，62+486～62+597段全斷面用5m長，φ25系統(tǒng)錨桿加固圍巖，環(huán)間距為0.5m，排間距為1m，打完后焊接在拱架上，加大混凝土噴砼厚度，在該段部位再噴一層20cm厚混凝土，防止該段出現(xiàn)變形。

3.主洞下游變形侵限一側半幅斷面徑向布設φ42小導管進行固結注漿；其中拱部小導管長度采用5m，環(huán)間距為0.5m，排間距為0.5：m，第一排小導管由新立工字鋼中間做好導向孔內(nèi)打入變形面，其后各排依次打入變形面，焊接在新立拱架上，打好導管后進行注漿，漿液采用水泥漿，水灰比0.5。

4.圍巖注漿固結穩(wěn)定后，將已變形的62+454～62+486段按2m一段拆除橫撐和左側已變形損壞的拱架（從起拱線接頭向下處撤除），拆除后并將圍巖和底板清理40cm，再將左側拆除部分拱架重新立好并加橫撐和φ42小導管一同焊接。安好鎖腳錨桿、縱向連接筋、鋼筋網(wǎng)進行圍巖和底板回填澆筑40cm的C25混凝土達到密實要求，最后對鋼拱架及鋼筋網(wǎng)進行20cm的混凝土噴射。

5.該方案實施過程，必須加強現(xiàn)場量測、嚴謹施工，確保圍巖初期支護的蠕動滿足二次襯砌的施工條件。

四、結語

山西省中部引黃工程施工08標段出現(xiàn)的圍巖變形支護措施改進并非個例，在很多水利工程隧洞施工過程中都會出現(xiàn)圍巖支護變形等問題。水利工程建設有利于我國社會主義建設的不斷推進與完善，有很好的社會效益和生態(tài)效益，而隧洞工程的質(zhì)量直接決定著整個水利工程的建設能否成功。由于每一個施工地段環(huán)境的復雜性和不確定性導致在實際的施工過程中會出現(xiàn)各種問題，為此在正式施工之前應做好詳盡的地質(zhì)勘探工作并制定完善的施工計劃，力求把握好每一個施工的細節(jié)。加強對隧洞施工的重視程度，不斷提高和完善隧洞施工技術，把每一個隧洞支護措施細化完美，保證水利工程的質(zhì)量。隧洞施工作為整個水利工程建設的關鍵階段，受環(huán)境狀況、設備材料、地質(zhì)圍巖等因素的影響比較大，所以要不斷提高隧洞施工技術，預防塌方滑坡等問題的出現(xiàn)，從而促進我國水利工程建設的不斷完善。