水庫隧洞施工期的監測及施工技術

饒云強

（曲靖灌區管理局，云南 曲靖 655000）

0 引言

在水利工程建設中，各種施工工藝和監測方法已成為提高工程建設速度、保證工程質量的重要環節。但是，由于各種原因，目前很多工程在實際操作中還沒有掌握有關技術要點，導致一些工程面臨停工[1]。

1 工程概況

車馬碧水庫位于金沙江水系牛欄江一級支流馬龍河干流下游，壩址位于馬龍縣西北部的馬過河鎮車馬碧村附近，壩址以上徑流面積約595km2，水庫總庫容12449×104m3。工程由水庫樞紐工程和輸水工程組成，水庫樞紐工程主要建筑物有大壩、溢洪道和泄洪放空隧洞；輸水工程為一條隧洞，長29.623km，設計輸水流量5.4m3/s。水庫樞紐工程主要建筑物由攔河壩、泄洪放空隧洞（兼導流隧洞）、溢洪道組成，工程等別為Ⅱ等，規模為大（二）型。主要建筑物大壩、溢洪道、泄洪放空隧洞（兼導流隧洞）為2 級建筑物。輸水工程主要由一條長輸水隧洞組成，總長29.623km，為3 級建筑物。

2 隧洞施工期的監測

2.1 地質和初期支護狀態觀測

在每一次爆破和初期支護后，進行地質和早期支護狀況的監測，由施工技術人員聯合監理工程師、地質工作者，對基坑的地質狀況和初期支護狀況進行定性評估，并在現場確定：①隨機支護和隨機支護的類型和參數；②確定系統支撐的工作時間；③是否有必要進行超前支護和預支護的形式和參數；④對支護區的加固支護情況進行分析。

隧洞洞身段全斷面開挖以YT28 風鉆鑿巖機打眼全斷面光面爆破，根據圍巖類別的穩定情況確定進尺，以確保隧洞成形。遇到地質不良情況“鋼支撐、噴、錨支護”及時跟進，一般洞段邊進邊噴錨支護，圍巖較差而不穩定地段，采取出碴前噴頂和上部封閉圍巖，后面錨噴以加強支護，上述方法可單獨使用也可聯合使用[2]。

2.2 地質超前預報

地質超前預測主要是由地質速寫來完成，對一些存在問題的破裂區也可以進行超前探查，以了解其變化。地質草圖是由專業的地質工作者繪制的，在繪制完后，要及時向技術主管匯報，并對其進行設計。

地質草圖應當包含下列內容：①巖石名稱、結構、顏色；②層理、片理、節理、斷層等軟弱面的形狀、寬度、延伸情況、連續性、間距等；③巖脈的穿透性、巖體與圍巖的接觸、軟度、斷裂程度；④風化程度、特征、抗風化能力；⑤地下水類型、暴露位置、水量大小；⑥巖體內鼓、彎折、變形、巖爆、崩塌的位置、規模、數量及分布；⑦詳細的地質情況說明；⑧地質剖面或縱向剖面。

2.3 周邊位移量測

外圍位移量測采用收斂測量法，初步設計了10 個區間，主要監控入口、出口和洞體Ⅳ級圍巖，每一個剖面設置7 個測點14 條測線，3 個測點設置在頂部開挖基面和下底面1m 處，7 條測線作為開挖測線，下7 條測線作為基坑測線，根據監理工程師的指示和施工需要，可以增加或減少斷面數量，并對剖面位置進行調整。

2.4 頂拱下沉量測

利用全站儀進行頂拱下沉量測，其測量點可以與周邊位移測量的測點相結合，也可以在必要時任意布置。

3 輸水隧洞的工程開挖技術

3.1 全斷面工程開挖技術

在隧道施工中，廣泛采用了全斷面開挖技術，施工方采用了爆破法，在隧道內進行隧道開挖，然后在隧道內進行隧洞的開挖，為隧道的開挖奠定了基礎。為了保證隧道的安全，施工期間必須對周邊的圍巖進行及時的清理，以便進行襯砌和支護[3]。一般情況下，在水利工程圍巖堅固、完整性良好的地區，宜采用全斷面開挖法，在施工初期，由于洞口工程量大，影響較小，利于組織爆破作業，便于掘進。根據剖面面積、設備運行功能等特點，施工人員采取了豎向工作面等工藝措施。豎向工作面采用了直立式工作面，采用大型的工作臺進行掘進，大大提高了作業的工作效率。階梯式掌法可按區域及施工需要將剖面劃分為若干階段，并以此作為施工的依據。需要注意的是，在使用臺階和手掌技術之前，要精確地確定樓梯間的間距和間距，以達到爆破作業的要求。

3.2 導洞開挖的技術要點

導洞開挖技術應在橫截面上挖一個截面孔，也就是導孔，然后繼續擴大該導孔的范圍，以保證導孔的面積達到設計要求。利用導孔技術進行剖面洞孔開挖，可以從剖面洞口中得到巖體的具體地質條件，從而為隧道開挖提供一定的參考。在開挖了導洞以后，隧道內的通風條件也會得到改善，洞口的面積可以滿足實際的施工需要，同時也能保證爆破的精度。導洞開挖按規定的施工次序進行，采取“專進”或“并進”的方法，以提高其在工程中的應用。在整個導洞全貫通的條件下，采取了專進法進行擴孔施工，以保證導洞通風，并做好地質調查。但是，專有技術的實施費用很高，所以在進行技術分析時要考慮到經濟效益。

3.2.1 上導洞開挖的施工技術

在隧道頂部設置導孔，在該部位進行隧道開挖，在開挖時要注意兩側是否對稱，通常采用上導洞技術，對設備和地下水的需求不大，且施工安全，因此在許多輸水隧道工程中都會采用這種技術[4]。

3.2.2 下導洞開挖的施工技術

下導洞是一種在斷面以下進行開挖的技術，其對地質條件的要求和洞口的長度必須達到一定的長度，通常不宜應用于斷面較大、地下水較少的區域。下導孔技術具有工期短、爆破速度快、排水效率高、施工方便等優點。但其不利之處是，在開挖導孔時，巖體的形態很難控制，因此，在水利建設的地質條件比較差的區域，不宜采用下導孔，以免影響工程的安全。

3.2.3 中間導洞開挖的施工技術

中間的導孔，需要工人在橫梁的正中央挖一個導槽，然后在導槽的周圍繼續延伸，這種技術需要的材料必須足夠堅硬，但對設備的要求也很低，但在實際施工中，不可能同時進行多個項目的并行，這樣會造成大量的工作和費用。

3.2.4 雙導洞開挖的施工技術

雙導洞法是將導洞開挖分為上下兩個施工段，并結合工程實際，將其分為上下兩種。雙側開挖是在隧道的底部和內側的兩個部位設計一個導向孔，然后按照導向孔的位置進行施工，通常情況下，采用的是雙側開挖技術。而上下導洞的開挖技術，通常都是在隧道的上部和下部設計，主要用于大型設備的施工，但由于施工難度太大，不能保證工程的安全，所以適用的范圍也比較狹窄。

4 輸水隧洞工程的鋼拱架技術

鋼拱通常可分為“工字形”和“網格”兩類。在具體的施工中，首先要對工作面進行全面的檢查，將鋼拱架底部的殘余物全部清理干凈，然后用石頭進行平整，以便順利地進行鋼拱架的安裝。在鋼拱架裝配時，施工人員要采取分段式的安裝方式，使用手柄進行拼裝，并注意各構件的連接，并將螺栓緊固，保證其支撐質量。同時，在對鋼拱架進行檢測后，對其進行再一次加固，并按2m 的標準進行加固，確保其施工質量符合安全要求。同時，有關部門也要加強對焊接工藝的監督，保證焊縫符合國家有關規范。在對焊接的檢驗中，對鋼筋的材質要達到規范的要求，對焊縫進行正確的處理，把鋼筋的加固工作做好。

5 輸水隧洞工程的混凝土襯砌技術

5.1 噴錨施工過程中應該注意的技術要點

5.1.1 輸水隧洞噴錨技術的錨桿施工

在施工前，要根據工程的需要，科學地選擇不同的型號、長度和材料，選擇合適的鉆具、合理的施工方法。在進行圍堰、錨桿施工時，必須嚴格控制施工質量，保證孔位分布合理，孔徑和孔深符合技術要求[5]。在進行鉆探時，應先對錨桿表面進行除銹和彎曲，然后進行處理。在進行注漿作業時，必須將注漿管道插入孔底5～10cm，并保證至少將錨桿插入孔內35%或更多。同時，在對Ⅳ/Ⅴ級圍巖進行支護時，必須采取先噴漿、下錨固、再噴漿等措施，以提高支護速度，保證圍巖的強度。

5.1.2 混凝土噴射的施工技術

在進行噴水施工時，最重要的技術問題是水泥混合比例的科學化，需要經過多次試驗。除此之外，還應根據現場的實際情況，合理地選擇合適的混凝土噴射方法，并在正式施工之前進行圍巖的清除。在正式的噴水作業中，要確保水泥漿液的厚度、速度、面積都要保持一致，如果出現混凝土脫落、裂縫，就要及時補噴。

5.2 混凝土襯砌施工技術要點

5.2.1 控制原材料與中間產品質量

不同類型的建筑材料在建造時應保持標準品質。以硅酸鹽水泥為例，在按規范操作時，有關技術人員首先要用錨桿來保證混凝土材料的強度。在進行碎石集料的選用時，相關技術人員要嚴格按照相關文件的規定，進行科學的配比和選用，并結合工程實際，保證其質量符合設計規范。

5.2.2 控制混凝土配比

每批進罐的水泥必須有廠家提供的品質檢驗報告，同時試驗室按規定進行取樣檢測，檢測取樣以200～400t 同品種、同標號、同廠家的水泥為一個取樣單位，一批不足200t 也作為一個取樣單位，檢測項目有：水泥強度等級、凝結時間、安定性、標準稠度、細度、比重等。經取樣檢測合格后，才接收水泥。要科學地設計混凝土的比例，也就是說，在施工的前期，要根據砂石骨料的含水量來確定混凝土的配比，然后將配比寫成一份書面的報告，由監理單位審核。對于混凝土坍落度的控制，應按實驗室配比和實際施工要求，使其結構尺寸控制在140～220mm。

5.2.3 底板施工技術

針對水利工程中的輸水隧洞混凝土襯砌，應以側墻為襯砌對象，并以倒推法米整體掌握隧道內外施工的控制。在每次澆注時，應每隔12m 測量和控制伸縮縫的留置資料，在進行施工之前，應清除地基上的泥土、建筑垃圾、松動脫落的石塊，保持施工環境整潔，優化施工條件。同時，有關的清潔工作也要經過監理方的驗收，只有通過了工程驗收，方可繼續進行下一步的建設。

此外，還要保證鋼筋表面無污染、無腐蝕，若發現鋼筋表面有油污或腐蝕現象，應及時清理。為保證鋼筋能在基坑內起到良好的效果，應先檢查其安裝高度，確定接頭的樁號和澆筑高度，然后將施工材料送交監理、驗收單位備案。

5.2.4 泵送混凝土的施工控制

在啟動混凝土輸送泵后，不能直接進行混凝土泵送，應首先進行一定時長的空氣換熱。如果泵的工作環境是在低溫環境下，那么工人們就需要將熱機的時間延長到合適的泵送要求，并且不會影響到混凝土的溫度。在這個過程中，由于輸送泵的主軸在低溫狀態下的負荷會降低，摩擦力增大，因此要避免使用壓力來加熱。為保證泵送管道、料斗和分配閥正常工作，工人也要向料斗中注入適量的水，在料斗中加入少量的水泥砂漿，然后用攪拌軸進行翻轉。值得注意的技術問題是，水泥砂漿在進行開泵時，必須采用一半的動力或1/4 的動力來進行，這是由于砂漿會影響到料斗軸下方的抽吸控制，而混凝土的水平則是由于其位于料斗軸的中線，因此，當混凝土板位于攪拌軸下方200mm 時，施工人員必須停止工作，避免給料不足[6]。

5.3 輸水隧洞的回填施工與固結灌漿

在進行回填時，應先進行試驗，以確保注漿達到設計要求，并根據實際情況確定注漿壓力，但原則上，在使用鋼筋混凝土的土洞應采用低壓注漿，冬季應大于土孔壓力。灌漿區段洞長一般不大于40m。按分序加密的原則進行鉆孔、灌漿，分兩個次序鉆灌。混凝土強度達到設計強度70%以后方可進行回填灌漿。每個灌漿區段一序孔鉆完后，由低孔向高孔逐排（或孔）進行施灌。一序孔灌漿結束48h 后，方可進行二序孔的灌漿作業。同時，注漿工作也要按照分段進行，在各斷面的上部封堵完畢后，再進行下一段的注漿工作，按照由高到低的順序進行，保證制漿和注漿的速度可以達到最好的銜接，不會因為制漿速度跟不上而落后。同時，在開挖隧道中發現的空穴（如采礦引起的采空區），還應進行充填注漿，將泥漿注滿到圍巖與巖體間的間隙，形成緊密的整體受力，以充分發揮圍巖的彈性抗壓能力，降低滲漏。

此外，考慮到隧道圍巖固結灌漿的設計，直接影響隧道的整體強度和抗變形，因此，應明確固結注漿工藝，并據此合理地設計注漿孔的位置、壓力、注漿方法和注漿特性，從而保證隧道的安全運行，達到最優的施工效果，保證隧道的長期承載力。

6 結語

隧洞開挖支護和混凝土襯砌技術是輸水隧洞在水利工程中的重要環節，它直接關系到水利工程的質量和使用壽命。因此，各地要根據當地的施工情況和工程需求，合理選擇隧洞開挖、支護和混凝土襯砌技術，掌握技術要點，提高隧洞和整個工程的質量。