土石壩輸水隧洞工程開挖施工技術(shù)要點(diǎn)

摘 要：簡(jiǎn)要概述土石壩輸水隧洞工程，分析其常用的開挖作業(yè)方法，并探討土石壩輸水隧洞工程開挖施工技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)。對(duì)于相關(guān)工作人員而言，必須要加強(qiáng)對(duì)地基處理與隧洞支護(hù)技術(shù)、防滲與排水系統(tǒng)施工技術(shù)的全面了解，并不斷對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：土石壩；輸水隧洞；開挖施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TV543" " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " 文章編號(hào)：2096-6903（2023）08-0010-03

1 土石壩輸水隧洞工程概述

土石壩作為一種水利工程建筑，其主要優(yōu)勢(shì)在于可就近采料、適應(yīng)各種地質(zhì)和氣候條件、施工質(zhì)量和效率高、抗震能力強(qiáng)以及施工技術(shù)先進(jìn)。這些優(yōu)勢(shì)提高了土石壩的經(jīng)濟(jì)性，使其成為了一個(gè)極具吸引力的水利工程施工技術(shù)。

輸水隧洞作為一種重要的水利工程設(shè)施，在土石壩輸水工程中起到了至關(guān)重要的作用，通過隧道將蓄水區(qū)的水輸送到需水區(qū)，以滿足城市、農(nóng)村多種用水需求[1]。在隧洞開挖過程中，若施工技術(shù)不到位、選擇不符合要求的工藝或質(zhì)量控制不嚴(yán)格，可能導(dǎo)致施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，甚至人員安全受到威脅。因此，在土石壩輸水隧洞工程中，應(yīng)明確開挖施工技術(shù)要點(diǎn)，選擇符合要求的工藝并強(qiáng)調(diào)質(zhì)量控制。

2 經(jīng)典開挖施工方法

2.1 鉆爆法

鉆爆法作為一種傳統(tǒng)的隧道開挖方法，在土石壩輸水隧洞工程中得到了廣泛應(yīng)用。爆破鉆孔的精度，直接影響施工的精度和效果。影響施工精度的具體因素包括鉆孔實(shí)際深度、臨空面變化和施工流程等，這些因素在工程實(shí)踐中相互交織、共同作用，需要施工人員在各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，確保整個(gè)爆破過程的精確性和安全性。

精準(zhǔn)控制裝藥量是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)爆破的重要保障，這就要求在施工過程中對(duì)所有環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格管控，包括明確雷管是否符合要求以及根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整爆破參數(shù)等，確保爆破工作按照既定的方案和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[2]。通過對(duì)爆破鉆孔精度和裝藥量的嚴(yán)格把控，不僅能夠在土石壩輸水隧洞工程中實(shí)現(xiàn)高效、安全的隧道開挖，還能夠最大程度地減少對(duì)周圍環(huán)境和圍巖的不利影響，從而提高整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

2.2 挖掘機(jī)開挖法

施工前的勘察與準(zhǔn)備包括詳細(xì)進(jìn)行地質(zhì)勘察、制定施工方案和檢查設(shè)備工況。施工標(biāo)線與布置需要明確挖掘范圍和深度，掌子面處理要根據(jù)巖層特點(diǎn)選擇合適的挖掘機(jī)斗型和參數(shù)。

在挖掘過程中，需按照一定順序進(jìn)行，通常先挖掘頂部，再依次挖掘兩側(cè)和底部，并注意調(diào)整挖掘機(jī)的角度和力度。隨著挖掘的進(jìn)行，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行隧道支護(hù)，選用合適的支護(hù)材料并按照設(shè)計(jì)方案施工。在開挖過程中，要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)挖掘進(jìn)度、支護(hù)結(jié)構(gòu)、圍巖穩(wěn)定性等，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工方案和參數(shù)。開挖結(jié)束后，要及時(shí)清理隧道內(nèi)的渣土并將其運(yùn)送至指定區(qū)域。

挖掘機(jī)開挖法具有較強(qiáng)的適用性和諸多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)等方面。在施工過程中，挖掘機(jī)開挖法通常采用全斷面開挖法，即一次性完成整個(gè)隧洞斷面的開挖工作，這種方法既能夠簡(jiǎn)化施工流程，又能提高工程效率。挖掘機(jī)開挖法在進(jìn)尺深度的確定上具有一定的靈活性，施工人員可以根據(jù)掌子面巖層的實(shí)際情況和監(jiān)控量測(cè)結(jié)果來調(diào)整進(jìn)尺深度，從而更好地應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件和工程需求。

與其他傳統(tǒng)的隧道開挖方法相比，挖掘機(jī)開挖法在噪聲、振動(dòng)和粉塵等方面的影響較小，因此具有更好的環(huán)保性能，有利于保護(hù)周邊環(huán)境和人員安全。

2.3 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖法

隧道掘進(jìn)機(jī)作為現(xiàn)代隧道施工中的關(guān)鍵設(shè)備，以其自動(dòng)化、高效率和安全性等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。這種高性能設(shè)備在土石壩輸水隧洞工程中具有顯著優(yōu)勢(shì)，其工作原理是通過旋轉(zhuǎn)的切割頭在巖石表面進(jìn)行切削，將巖石破碎并通過輸送系統(tǒng)將碎石排出，并在隧道掘進(jìn)過程中進(jìn)行支護(hù)。

在選擇隧道掘進(jìn)機(jī)時(shí)，需要考慮多種因素，包括地質(zhì)條件、隧道尺寸、施工周期等，根據(jù)具體情況選擇適合的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)和參數(shù)。隧道掘進(jìn)機(jī)的切割頭設(shè)計(jì)也十分關(guān)鍵，因?yàn)榍懈铑^的結(jié)構(gòu)、布局和參數(shù)直接影響掘進(jìn)效率、能耗和磨損程度。隧道掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)力、扭矩和旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，需根據(jù)巖石性質(zhì)和施工條件進(jìn)行合理設(shè)置。

為保障隧道掘進(jìn)機(jī)的正常運(yùn)行和施工質(zhì)量，需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，包括定期檢查切割頭、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，確保其工作狀態(tài)良好[3]。

在隧道掘進(jìn)過程中，要重視實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，以便對(duì)掘進(jìn)速度、圍巖變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行有效控制，從而確保隧道質(zhì)量和安全。要關(guān)注隧道掘進(jìn)機(jī)在施工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲和粉塵等環(huán)境問題，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制和治理，以降低對(duì)周邊環(huán)境和人員的影響。

2.4 巖石切割機(jī)開挖法

巖石切割機(jī)是一種在隧道工程、地下工程和礦山開采等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的高效施工設(shè)備。該類設(shè)備通過切割將巖石表面進(jìn)行精確的破碎和剝離，從而實(shí)現(xiàn)隧道的開挖。與傳統(tǒng)的鉆爆法相比，巖石切割機(jī)具有減少振動(dòng)、降低噪聲和粉塵污染等方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

在巖石切割機(jī)的選型過程中，需要充分考慮地質(zhì)條件、隧道尺寸、施工周期等多種因素。為了提高巖石切割機(jī)的工作效率和施工質(zhì)量，對(duì)切割頭的設(shè)計(jì)、布置和參數(shù)設(shè)置等方面需要進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化。切割頭的選擇應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)和切割速度要求進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)最佳的切割效果。在施工過程中，巖石切割機(jī)的推進(jìn)力、扭矩和旋轉(zhuǎn)速度等關(guān)鍵參數(shù)也需進(jìn)行精確控制，以確保切割過程穩(wěn)定高效。

為保證巖石切割機(jī)的正常運(yùn)行，需對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析在巖石切割機(jī)施工過程中同樣至關(guān)重要，有助于對(duì)切割速度、圍巖變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行有效控制，從而保障隧道質(zhì)量和安全。巖石切割機(jī)在施工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲和粉塵等問題也應(yīng)給予關(guān)注，應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制和治理，以降低對(duì)周邊環(huán)境和人員的影響。

3 土石壩輸水隧洞工程開挖施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 土石壩地基處理與隧洞支護(hù)技術(shù)

3.1.1 地基勘察與評(píng)估

土石壩輸水隧洞工程在開挖施工過程中，地基處理與隧洞支護(hù)技術(shù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響工程的質(zhì)量和安全。在施工前，為確保地基的穩(wěn)定性和承載力，需要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)，掌握最佳碾壓參數(shù)，以便對(duì)土石壩地基的有效處理。在心墻填筑過程中，遵循“先砂后土”的原則，以保證心墻的密實(shí)度和抗?jié)B性能。在下游壩殼處設(shè)置反濾層，以防止?jié)B透水對(duì)土石壩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

隧洞支護(hù)技術(shù)在保障隧洞穩(wěn)定性和工程安全方面具有至關(guān)重要的作用[4]。在確定隧洞支護(hù)方案時(shí)，應(yīng)充分考慮圍巖的類別，對(duì)不同類別的圍巖采用相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)，如使用鋼支撐、錨桿、噴漿加固等方法。在施工過程中，需要對(duì)圍巖狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)方案，確保隧洞的穩(wěn)定和安全。

為了提高隧洞施工的質(zhì)量，還需要注重開挖面和圍巖的處理，采用合適的開挖方法和設(shè)備，避免對(duì)圍巖產(chǎn)生不利影響。在施工過程中，對(duì)隧洞開挖和支護(hù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。對(duì)施工過程中的環(huán)境問題、安全隱患等需要給予充分關(guān)注，采取有效措施進(jìn)行防范和治理。

3.1.2 隧洞圍巖分級(jí)

隧洞圍巖分級(jí)通過對(duì)圍巖穩(wěn)定性的評(píng)估，為隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在隧洞工程中，圍巖的穩(wěn)定性是一個(gè)關(guān)鍵因素，直接影響隧洞的安全性和施工質(zhì)量。為了對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，需要根據(jù)地質(zhì)條件、巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)等多方面因素對(duì)圍巖進(jìn)行分級(jí)。

圍巖分級(jí)通常采用國際通用的巖石質(zhì)量評(píng)分系統(tǒng)（RMR）和地下巖石質(zhì)量評(píng)分系統(tǒng)（Q）等。這些方法綜合考慮了圍巖的不連續(xù)面狀況、圍巖的穩(wěn)定性、巖石的強(qiáng)度和破碎程度等多個(gè)因素，將圍巖分為不同的類別，以便為隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

在實(shí)際施工過程中，應(yīng)根據(jù)圍巖分級(jí)結(jié)果選擇合適的支護(hù)方法，如鋼拱架、錨桿、噴漿等，并設(shè)置合理的開挖參數(shù)，如開挖進(jìn)尺、循環(huán)長度等。在隧洞施工過程中，圍巖分級(jí)不僅是一個(gè)單一的評(píng)估環(huán)節(jié)，還需要與隧洞開挖、支護(hù)設(shè)計(jì)和施工過程實(shí)時(shí)監(jiān)控等環(huán)節(jié)緊密結(jié)合。在開挖過程中，隨著地質(zhì)條件的變化，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整圍巖分級(jí)，并相應(yīng)地調(diào)整支護(hù)方案。

3.1.3 施工過程監(jiān)控

在土石壩輸水隧洞工程施工中，實(shí)時(shí)監(jiān)控隧洞開挖過程是保障支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的關(guān)鍵手段，這一環(huán)節(jié)涉及多方面的數(shù)據(jù)采集、分析與處理，旨在確保隧洞工程的順利進(jìn)行并降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。

需要對(duì)隧洞內(nèi)的圍巖應(yīng)力、變形、滲透水壓等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過采集傳感器和監(jiān)測(cè)儀器提供的數(shù)據(jù)，對(duì)隧洞內(nèi)的工況進(jìn)行全面了解，可確保隧洞開挖過程中圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還需要分析與處理各類數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)、工程、監(jiān)測(cè)等方面的信息，為施工過程中的關(guān)鍵決策提供依據(jù)。通過對(duì)各類數(shù)據(jù)的整合與分析，預(yù)判潛在風(fēng)險(xiǎn)，可有效降低隧洞施工中的安全事故發(fā)生率。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不僅局限于數(shù)據(jù)的采集與分析，還需要與施工現(xiàn)場(chǎng)緊密協(xié)同，以確保監(jiān)測(cè)成果能夠及時(shí)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工。工程技術(shù)人員需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供有針對(duì)性的技術(shù)指導(dǎo)。相應(yīng)地，現(xiàn)場(chǎng)施工人員也應(yīng)根據(jù)技術(shù)人員的建議，調(diào)整施工方案，以保障隧洞施工的安全與穩(wěn)定。

3.2 防滲與排水系統(tǒng)

在土石壩輸水隧洞工程中，防滲與排水系統(tǒng)也不可忽視。需要進(jìn)行地質(zhì)勘探，通過對(duì)隧道沿線地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件進(jìn)行深入研究，制定針對(duì)性的防滲措施。防水帷幕通過注漿技術(shù)形成一道阻水屏障，不僅有利于限制滲水入侵，降低隧道內(nèi)水分來源，還能減輕地下水壓力，降低隧道周邊土體的滲透系數(shù)?；炷烈r砌通過加入防水材料、設(shè)置止水帶等手段，進(jìn)一步增強(qiáng)了隧道內(nèi)的防水性能，降低了滲漏率，延長了隧道的使用壽命。

在設(shè)計(jì)隧道排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮隧道的長度、縱向坡度、地下水位變化等因素，以確保排水系統(tǒng)的高效運(yùn)行。首先，根據(jù)隧道內(nèi)部的地形特征和水流方向，對(duì)排水溝設(shè)計(jì)合理的布局和坡度，以便快速引導(dǎo)滲水至指定位置。排水溝的材料選擇應(yīng)結(jié)合隧道內(nèi)環(huán)境，如耐腐蝕、抗沖擊等性能。其次，泵站的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮泵選型、功率、揚(yáng)程等因素，以滿足抽排水的需求。在泵站設(shè)立時(shí)，應(yīng)設(shè)置多級(jí)泵站，以備不時(shí)之需，并進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，確保泵站在關(guān)鍵時(shí)刻能夠正常運(yùn)行。最后，設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)關(guān)注環(huán)保問題，合理處理隧道內(nèi)的污水，減輕對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

4 土石壩輸水隧洞工程的發(fā)展方向

隨著科技的持續(xù)進(jìn)步和創(chuàng)新，未來土石壩輸水隧洞工程在諸如設(shè)計(jì)與施工方法優(yōu)化、工程質(zhì)量提升、智能化與自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用、綠色環(huán)保理念實(shí)施以及應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)等方面將取得重要突破。通過運(yùn)用前沿科技和創(chuàng)新手段，例如新材料、新工藝和新技術(shù)，設(shè)計(jì)與施工方法將變得更高效、經(jīng)濟(jì)且安全。借鑒國內(nèi)外先進(jìn)案例，總結(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可降低工程成本和提升工程質(zhì)量為目標(biāo)，進(jìn)一步推進(jìn)土石壩輸水隧洞工程發(fā)展。在工程質(zhì)量方面，未來工程將更注重施工過程的監(jiān)控與管理，確保工程質(zhì)量和安全，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等手段，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決施工過程中的隱患和問題，從而保障工程的順利實(shí)施。

未來，土石壩輸水隧洞工程將廣泛采用各類智能化與自動(dòng)化設(shè)備，提高施工效率，降低人力成本，減少安全事故。例如，運(yùn)用無人機(jī)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探，引入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理，采用機(jī)器人、人工智能等技術(shù)參與隧道開挖與支護(hù)工作。綠色環(huán)保理念在未來工程實(shí)施中將得到更多關(guān)注，通過合理的施工方案和工程設(shè)計(jì)降低對(duì)周邊環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，可實(shí)現(xiàn)隧道工程與自然環(huán)境的和諧共生。對(duì)施工過程中產(chǎn)生的廢棄物、污水等進(jìn)行有效處理，則可減少環(huán)境污染。應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)方面，未來工程將完善地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估與預(yù)警體系，以應(yīng)對(duì)不確定的地質(zhì)條件和潛在的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語

土石壩輸水隧洞工程涉及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)和挑戰(zhàn)，為了確保工程的順利完成和長期安全運(yùn)行，各參與方需充分了解這些技術(shù)要點(diǎn)，并在實(shí)際操作中嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技進(jìn)步和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，土石壩輸水隧洞工程的設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量控制技術(shù)將不斷提高，為水資源利用和人類生活提供更加可靠和高效的保障。

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