無壓城門洞形引水隧洞施工技術淺析

林 鳴，王修春，左偉俊

（1.湖南省水務規劃設計院有限公司，湖南 長沙 410005；2.中南大學土木工程學院，湖南 長沙 410075）

引水隧洞是水庫工程中的重要組成部分，具有導流和調節水資源的功能。而引水隧洞的施工難點在于受地形、氣候、設施等外部影響因素較大[1]，為了確保引水隧洞能夠安全、高質量完成建設及水利工程的正常運行，對引水隧洞的施工技術難點進行總結歸納便顯得尤為重要[2]。本文將結合椒花水庫中的引水隧洞工程，對引水隧洞的施工技術進行探討總結。

1 工程概況

湖南省瀏陽市椒花水庫的引水隧洞工程，計劃從新建達滸河壩左岸下游30 m 處引水至椒花水庫大壩右岸下游430 m 處，長3.236 km，設計引水流量為2.5 m3/s。采用無壓城門洞形式，斷面凈寬2.4 m，高2.8 m（直墻高2.2 m、頂拱角度為106°），進口底板高程為115.6 m、出口底板高程為114.6 m。

2 地質條件

引水隧洞石方洞挖施工范圍為樁號隧0+000～隧3+228 m 段，其中樁號（0+000～0+010）段，隧洞埋深（2～14）m，圍巖以弱風化黑云母英云閃長巖為主，圍巖以Ⅲ、Ⅳ類為主；樁號（0+010～0+220）m，隧洞埋深（14～95）m，圍巖為微新黑云母英云閃長巖，為中硬～堅硬巖，圍巖以Ⅱ類為主；樁號（0+220～0+240）m，隧洞埋深（90～100）m；圍巖為黑云母英云閃長巖與淺變質巖接觸帶，圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主；樁號（0+240～3+200）m，隧洞埋深（30～150）m，圍巖為中元古界長城系冷家溪群淺變質砂巖、砂質板巖、泥質板巖，圍巖以Ⅲ類為主；樁號（3+200～3+228）m，隧洞埋深（10～30）m，圍巖為中元古界長城系冷家溪群淺變質砂巖、砂質板巖、泥質板巖，圍巖以Ⅳ類為主，局部為Ⅴ類。綜合分析，隧洞圍巖Ⅱ類占7%，Ⅲ類占90%，Ⅳ、Ⅴ類占3%。

3 引水隧洞主要施工技術

3.1 準備工作

引水隧洞具體動工前要做足準備工作。首先就是要對隧道沿線的地質狀況進行勘探，通過鉆孔取芯確定隧道沿線的巖層狀況及其水文地質，繪制相應的地質施工圖；其次在對隧洞的施工工序進行安排時，應對工程的地質條件、施工工法、工期進度安排、工程特色進行統籌考量。對每個施工工序指定專項負責人，明確其施工責任并落到實處。做好“三通一平”，為良好的隧道施工提供先決條件；最后，安全是施工過程中不容忽視的重大問題，在進行施工前，必須集中對全體工人進行安全教育培訓，提升工人安全防范意識。工地中危險地方必須進行安全標識，施工中的危險步驟，必須做好安全防護措施。

3.2 開鑿技術

引水隧洞建設的關鍵在于合理開鑿洞口，開鑿前應對隧洞圍巖巖性、現場的水文地質條件、現有的施工設備以及隧洞斷面尺寸大小等進行詳細調研，在此基礎上選擇最優的開鑿技術[3]。當前主流的引水隧洞開鑿技術有全面開鑿法和導洞室開鑿法[4]兩種。

全面開鑿法適用于圍巖堅硬的地質狀況，該方法可以大面積施工，加快施工進度，但由于在爆破過程中，會有大量的能量釋放，可能會對工程結構的穩定造成影響，因此需要進行相應的支護施工。

導洞式開鑿法不同于全面開鑿法，首先在圍巖斷面開設導洞，隨后依據隧洞形狀和斷面大小開鑿隧洞。導洞式開鑿法相較于全面開鑿法，施工進度較慢，且施工工序較多，但其優勢在于可根據開鑿的導洞提前知悉隧洞內部水文地質狀況，減低隧洞的排水施工難度，隨著導洞隧洞貫通，隧洞內通風狀況也會得到改善。

3.3 排水施工技術

施工中防排水主要采用“以排為主，結合截、防、堵”的施工方案，并要考慮隧洞內的永久防排水。根據實際地形在洞口段洞開挖截水溝，將坡面流下來的水通過截水溝及時排走，防止洞口上方的雨水對隧洞造成危害，針對地面存在的洞穴要及時進行封堵，確保排水暢通無阻。洞身防水采用排水孔結構，排水孔布置在水面線以上，孔深1 m，間、排距均為2 m，可根據地質條件進行相應調整間、排距及孔深。孔內塞土工布做反濾結構，對施工縫設置橡膠止水帶止水。在進行隧洞施工時，應對洞中每處出水位置進行標記，同時記錄分析這些出水位置的水質成分、出水量，基于上述調查研究提出符合實際情況的排水措施。如若在施工過程中出現降雨，要防止地下水與地表水結合，做好防水排水工作。盡量避免在雨天開展防排水工作。面對從上往下或從下往上施工的工作斷面，可采用順坡排水或直接抽水的排水法。

3.4 地下水環境保護技術

隧洞施工會產生較多廢水，廢水中泥沙等小顆粒懸浮物占據污染物成分的比重較大，其SS 濃度范圍處于（800～10 000）mg/L 之間。因此，隧洞施工產生的廢水無法直接排出，應在隧洞進出口設沉淀池處理，將隧洞施工產生的廢水先進行沉淀處理，使廢水中的泥沙顆粒懸浮物沉淀到底部，沉淀后的上方水體可重復利用，底部的棄渣進行堆存處理。隧洞施工期應根據廢水產生量決定沉淀池、事故池的大小及數量，對廢水進行處理后再使用，禁止直接排放，降低隧洞施工產生的廢水對周邊生態環境的影響。

隧道排水系統排出的地下水應采取清污分流。生產污水必須經過一定的處理后方可排放，防止對地表水、地下水水質產生影響，清潔水則可以作為施工用水循環使用。在特殊情況下，經過一定的處理達標后，還可以作為工程區的應急備用水源或直接排入當地原有輸水渠道。

3.5 錨桿施工技術

引水隧洞開鑿完成后便可以進行錨桿施工，進行錨桿施工前，施工人員應使用全站儀等儀器對鉆孔進行明確標注。在選擇鉆孔設備時，應結合鉆孔規格和施工區域的巖層狀況科學合理選擇鉆孔設備。鉆孔完成后要及時清理孔洞內的殘渣，并及時封閉孔口，保持孔內清潔。進行插桿施工時，工作人員應對插桿插入圍巖的垂直度及長度進行合理把控。朝注漿孔進行注漿時，整個過程應連續不斷，且應恰當把控注漿速度，確保整體操作流暢連續，并在注漿完畢后盡快插入錨桿[5]。局部地質條件不良地段，采用注漿小導管、管棚等方式進行支護。

3.6 混凝土噴射施工技術

在混凝土噴射施工前，要對噴射面進行清理，保證受噴面的干凈整潔。同時因為受噴面沒有設置錨桿，所以應該自插鋼筋進行標記，自插鋼筋位于噴射混凝土下方（3～5）mm，同時應控制自插鋼筋外露頭高度。為提高混合料配比的科學性，工作人員應當根據技術規范需求在現場進行配比試驗。根據施工要求、施工狀況條件、混凝土強度、回彈值限制選擇合理的噴射方法。進行噴射混凝土作業時，應從下往上螺旋噴射，控制在半徑15 cm 范圍內，且噴射施工應確保連續進行，保障混凝土的施工質量[5～6]。

3.7 襯砌施工技術

襯砌的施工時間是由圍巖的穩定性所確定的，而體現圍巖穩定性的重要指標是隧洞周邊的位移值。襯砌施工的開展需要符合以下兩點：隧洞周邊位移增減幅度變小和支護表面無新裂縫產生；隧洞標高、斷面尺寸、中線等均滿足設計規范要求[7]。襯砌施工開始前必須對隧洞凈空尺寸進行查驗，應嚴格按隧洞中線位置控制準確并滿足設計標準。在短隧洞襯砌時，由于隧洞斷面和長度均不大，模板一般采用普通鋼模板。本工程隧洞長度為3.268 km，單個工作面施工長度達1.6 km以上，為加快襯砌立模速度，可采用鋼模臺車進行混凝土襯砌施工。為保證襯砌具有足夠的和易性和密實性，混凝土的坍落度應控制在設計規定范圍內。在立模前應查驗襯砌中線、水平、斷面尺寸和凈空大小是否符合尺寸。持續觀察襯砌施工完成區域隧洞穩定狀況，時刻警惕襯砌開裂、形變、侵入凈空等現象，及時記錄、分析并上報給相關主管技術人員。

3.8 灌漿施工技術

為提升引水隧洞承受內、外水壓力的能力，隧洞圍巖與混凝土襯砌間的裂隙須進行注漿回填，進而使隧洞圍巖與襯砌形成整體，兩者共同作用充分發揮圍巖的承載作用，改進襯砌的受力條件。同時為提高隧洞圍巖的力學性能，將隧洞圍巖開挖施工中形成的松動圈進行補強，增強圍巖承載能力和減少滲漏，對襯砌施工后的圍巖還應進行固結灌漿，灌漿包括回填灌漿、固結灌漿。

回填灌漿：現澆鋼筋混凝土襯砌段的頂拱必須進行回填灌漿。無壓隧洞預留的回填灌漿孔在頂拱范圍，呈梅花形布置，排距3 m。回填灌漿孔深入圍巖10 cm。

固結灌漿:無壓隧洞對IV、V 類圍巖隧洞段全斷面的50%進行固結灌漿，灌漿孔預留在二次襯砌中，并結合回填灌漿孔一同布置，孔深深入圍巖B/2（無壓隧洞B為洞寬），環向夾角45°，無壓隧洞6 孔，排距2 m，梅花形布置。孔內灌入水泥凈漿，灌漿壓力為（0.3～0.5）MPa。

4 結 語

引水隧洞作為水庫修建中的重要水工構筑物，其施工質量和效率會大大影響水庫的施工。由于引水隧洞的施工技術要點多，安全隱患大，因此對于引水隧洞的施工，有關部門和施工單位要充分認識施工技術的重要性，結合實際情況合理選擇施工技術，確保引水隧洞的施工質量。促進我國水利工程事業邁向一個新臺階。