水利小斷面土質(zhì)隧洞施工技術(shù)探討

呂建林 廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司

1.工程案例

該水壩周邊建筑物有：擋水建筑物、泄水建筑物、輸水建筑物等。泄水建筑物主要利用深孔洞進(jìn)行泄洪，輸水建筑物內(nèi)部有隧洞和暗渠共4.4千米，新開(kāi)兩個(gè)施工支洞和工作面長(zhǎng)度10648.5米。主要建設(shè)方案為建造半地下補(bǔ)水泵站，將水引到入水隧洞當(dāng)中，利用輸水隧洞將水反向輸送到水庫(kù)。

1.1 引水隧洞進(jìn)口地段地質(zhì)評(píng)價(jià)

該施工地區(qū)距水壩上游600米左右，該地區(qū)山坡較為平緩，大部分為青灰灰綠色泥質(zhì)粉砂巖，在該巖體當(dāng)中還夾雜巖屑粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖等。土層走向與隧洞洞軸線(xiàn)走向斜向相交，整體強(qiáng)風(fēng)化帶厚度四到八米，弱風(fēng)化帶厚度六到十一米。

1.2 隧洞洞身段施工地質(zhì)評(píng)價(jià)

隧洞洞身段地層巖下部主要由大白地組的中細(xì)粒巖屑石英砂巖等組成，整體的抗風(fēng)化和抗軟化能力較強(qiáng)，土層基本穩(wěn)定。該地區(qū)由于受到地域構(gòu)造的影響，隧洞以斷層構(gòu)造發(fā)育為主，地質(zhì)當(dāng)中雖然存在兩到三條規(guī)模較小的斷面，但對(duì)于周?chē)隗w不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。整體巖石力學(xué)性質(zhì)以壓性和壓扭性為主。

2.小斷面隧洞施工的難點(diǎn)

首先對(duì)于該隧洞項(xiàng)目的建設(shè)來(lái)講，單向掘進(jìn)的距離過(guò)長(zhǎng)最長(zhǎng)超過(guò)了2100米，而且隧洞在施工建設(shè)時(shí)存在較多的拐彎施工內(nèi)容，長(zhǎng)隧洞拐彎隧洞對(duì)整體的通風(fēng)、供電、排水、出渣等施工內(nèi)容有著較大的要求，在該工程項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中，通風(fēng)和供電工作是難點(diǎn)和重點(diǎn)工作內(nèi)容，會(huì)直接決定該項(xiàng)目能否順利進(jìn)行。

其次，該案例在實(shí)際的隧洞開(kāi)挖過(guò)程中不同土層需要進(jìn)行不同斷面的開(kāi)挖，主要有圓形開(kāi)挖斷面和馬蹄形開(kāi)挖斷面，在圓形開(kāi)挖斷面施工過(guò)程中需要鋪墊一部分石渣，這樣才能夠保證軌道的平順連接，保障工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行，為作業(yè)人員的施工安全提供保障。但該施工方式后期需要將石渣清理干凈，會(huì)給施工增加一定的施工量。如果清理不干凈又會(huì)增加額外的成本投入，影響到工程的施工進(jìn)度，該部分的內(nèi)容相對(duì)于馬蹄形斷面的開(kāi)挖內(nèi)容來(lái)講，施工難度較大，需要施工人員更加重視。

3.小斷面隧洞施工的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工方案的設(shè)計(jì)確定

首先需要到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地的勘察，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行施工圖紙的繪畫(huà)。其次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和施工設(shè)計(jì)圖紙等內(nèi)容，進(jìn)行施工方案的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。最后在開(kāi)挖工作之前組織有關(guān)人員對(duì)施工方案進(jìn)行比較，充分考慮施工質(zhì)量和施工工期的要求，合理的選擇合適的施工方案。通過(guò)分析研究后，本文在施工過(guò)程中選擇以下施工方案：

本工程項(xiàng)目在施工過(guò)程中，以隧洞施工為主要施工內(nèi)容，重點(diǎn)進(jìn)行隧洞的掘進(jìn)施工，在整個(gè)施工進(jìn)行的過(guò)程中要保證整體連續(xù)緊湊的作業(yè)。通過(guò)開(kāi)挖、通風(fēng)、出渣、支護(hù)四部分施工內(nèi)容循環(huán)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)快速的隧洞掘進(jìn)，另外在施工的過(guò)程中需要對(duì)各工序之間的施工內(nèi)容進(jìn)行協(xié)調(diào)，避免各施工環(huán)節(jié)所帶來(lái)的影響，保證工程項(xiàng)目的有序進(jìn)行，提高工程的施工質(zhì)量。

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 掘進(jìn)的方法

在施工的過(guò)程中主要利用利用新奧法理論概念來(lái)指導(dǎo)該項(xiàng)目的施工，如圖1所示為新奧法支護(hù)施工流程圖。由于隧洞本身空間狹小，因此在實(shí)際的隧洞開(kāi)挖過(guò)程中要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行具體的分析，制定合理的施工方案，提高土層開(kāi)挖的工作質(zhì)量，盡可能的降低對(duì)周邊土層的干擾，保障施工的順利進(jìn)行。

圖1 新奧法施工流程圖

圖2 隧洞錨噴網(wǎng)支護(hù)

需要對(duì)該施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)督，為后續(xù)的施工建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2.2 隧洞超挖、欠挖的控制

隧洞在掘進(jìn)的過(guò)程中嚴(yán)禁出現(xiàn)欠挖的工作問(wèn)題，徑向的超開(kāi)挖值要小于150mm，因此在實(shí)際的隧洞土層開(kāi)挖的過(guò)程中，要控制開(kāi)挖的各項(xiàng)參數(shù)，嚴(yán)格按照技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行掘進(jìn)。施工保證施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。另外在實(shí)際的生活過(guò)程中還需要重視以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

①首先在開(kāi)挖工作進(jìn)行之前，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況地質(zhì)情況進(jìn)行具體的分析，合理的控制開(kāi)挖工作的各項(xiàng)參數(shù)，選擇合適的開(kāi)挖儀器設(shè)備，提高土層開(kāi)挖的工作質(zhì)量。

②其次需要對(duì)過(guò)往的隧洞掘進(jìn)工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)目前的工作進(jìn)行不斷的調(diào)整，以此來(lái)獲取最佳的開(kāi)挖效果。

③第三，需要提高打眼的精確度，尤其是周邊打眼的精確度，這會(huì)對(duì)超挖值產(chǎn)生直接的影響。

④對(duì)各施工段面進(jìn)行及時(shí)的檢查，并形成信息反饋給管理人員，這樣能夠及時(shí)了解施工后斷面的情況，分析各項(xiàng)原因，以此來(lái)修正后續(xù)的施工參數(shù)。

3.2.3 特殊地質(zhì)的處理

該隧洞在施工的過(guò)程中存在一定的斷層和復(fù)雜的地層，為了防止不良地質(zhì)影響到隧洞的施工，避免出現(xiàn)沉陷變形等問(wèn)題，對(duì)于不同的地質(zhì)土層，需要利用不同的支護(hù)手段來(lái)提高該處的施工質(zhì)量。

①對(duì)于淋水地段來(lái)講，為了避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)涌水問(wèn)題，在施工之前，先讓裂隙當(dāng)中的水得到釋放，之后利用拱形鋼架在鋼架外部鋪設(shè)塑料布，在底板設(shè)置水井，這樣淋水能夠從塑料布進(jìn)入到底板中的水景，再利用抽水泵澆水排到洞外，就能夠保證工程的順利進(jìn)行，提高隧洞開(kāi)挖的質(zhì)量。該方法也被稱(chēng)作拱架支護(hù)，主要利用型鋼、鋼管等將其加工成施工建設(shè)所需的形狀以此來(lái)控制隧洞的變形，保證隧洞掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，提高施工的安全。

②在實(shí)際的掘進(jìn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)塌方問(wèn)題，針對(duì)不同類(lèi)型的塌方需要制定有針對(duì)性的解決措施。如裂隙擴(kuò)張出現(xiàn)的小塌方問(wèn)題，可以利用加強(qiáng)錨噴網(wǎng)法來(lái)解決，既能解決塌方問(wèn)題，又能夠保證施工的順利進(jìn)行。對(duì)于塌方體狹長(zhǎng)的小塌方，可利用挑梁法對(duì)整體進(jìn)行支撐后，利用錨噴網(wǎng)對(duì)塌方處進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于中等塌方來(lái)講，由于塌方量在十米左右，一般利用錨噴網(wǎng)法、插筋排架法等方法進(jìn)行處理。所謂的錨噴支護(hù)是指利用金屬錨桿和混凝土共同作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)隧洞內(nèi)部的支撐，該支護(hù)方式分兩種，一種為永久性支護(hù)，另一種為臨時(shí)性支護(hù)。在隧洞開(kāi)挖的過(guò)程中一旦出現(xiàn)塔防問(wèn)題，通過(guò)利用錨噴網(wǎng)能夠使錨桿、混凝土噴層和周?chē)翆有纬梢粋€(gè)共同的體系，既解決了塌方的問(wèn)題還保證了施工過(guò)程的安全，如圖2為隧洞錨噴網(wǎng)支護(hù)。

在實(shí)際的隧洞施工過(guò)程中，地下情況十分復(fù)雜，塌方的實(shí)際處理方法也沒(méi)有固定的模式，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行具體的分析，合理的選擇塌方的處理方法，但也可以總結(jié)過(guò)往的施工經(jīng)驗(yàn)提前做出一定的預(yù)防措施或制定預(yù)防方案，這樣一旦發(fā)生塌方問(wèn)題也能夠及時(shí)有效地進(jìn)行問(wèn)題的解決，保證工程的順利進(jìn)行，將塌方問(wèn)題所帶來(lái)的損失降到最小，提高施工的安全性，保障施工質(zhì)量和施工人員的生命健康安全。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的水利小斷面隧洞施工依靠傳統(tǒng)的機(jī)械方式和操作進(jìn)行，會(huì)受到工作空間的影響，整體施工效率較低。對(duì)于水利工程項(xiàng)目來(lái)講，水利小斷面隧洞施工會(huì)對(duì)整體項(xiàng)目產(chǎn)生非常大的影響，通過(guò)對(duì)相關(guān)施工因素進(jìn)行分析研究后，在未來(lái)應(yīng)當(dāng)對(duì)相關(guān)配套技術(shù)進(jìn)行深度的分析研究，并且研發(fā)出與技術(shù)相匹配的施工設(shè)備，這樣才能夠提高水利小斷面隧洞施工的整體質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)水利工程項(xiàng)目的建設(shè)和發(fā)展。