小型水工隧洞开挖施工技术要点浅析

赵飞

摘要：近年来，我国的水工隧洞工程建设有了很大进展。隧洞施工具有工作面狭窄、劳动条件差、工序多、干扰大等特点，开挖作业中应针对不同地段岩质条件，采用不同的开挖方式和支护方案。本文首先分析隧洞施工重难点，其次探讨小型水工隧洞开挖施工技术要点，只有合理的开挖方式和支护方案才能确保工程质量、施工安全和施工进度。

关键词：水工隧洞；开挖；施工

引言

水利水电工程的施工规模庞大、工作条件百般复杂且工期较长，作为水利水电工程施工中重要组成部分的水工隧洞，其规模将不断发生变化，数量将日益增多，施工难度将不断增大，对水工隧洞的施工技术有了更高的要求。爆破开挖是目前水工隧洞的主流开挖方式，具有适应性强、机具简单、工效高、造价低等诸多显著优势。水工隧洞的开挖一般优先考虑钻孔爆破法，这种方法的优点是开挖成本低、对地质地层的适应能力相对较强，对于长度比较短、岩石比较坚硬的洞室施工比较有优势。

1隧洞施工重难点分析

爆破施工是在多个山体内进行，施工地点的地质条件与地理环境是复杂多变的，而且施工的总线路较长。因此在实际的爆破施工时，各种爆破参数需根据现场的情况进行一定的调整。尽管本工程的爆破施工大部分在山体内进行，但是在洞口处施工时爆破仍然会对周围环境及建筑物产生一定程度的公害。因此，设计合理的爆破公害控制方案是很有必要的。

2小型水工隧洞开挖施工技术要点

2.1开挖施工流程

结合地质围岩条件，综合考虑安全、质量、进度及成本各方面的需求，新4#隧洞岩石洞段洞身开挖采用全断面光面爆破法开挖，每一循环进尺控制在1.0～1.5m。爆破效果对整个隧洞的施工质量及安全、施工成本都有着至关重要的影响。因此，在爆破施工时应控制好以下几点：控制好隧洞超欠挖，确保立架工作顺利；喷混凝土工作量小，宜喷平；爆破后，碴块要均匀，且相对集中，便于装车。爆破效果好可以减少初期支护、二次衬砌的投入，降低施工成本。

2.2做好基坑布置与施工运输

在此期间要综合考虑TBM组装与布置优化，既要提升TBM组装速度，还要为TBM高效率施工创造便捷条件。对于集水井、豆砾石储料上料系统，都可以适当地开展基坑临时扩挖在此基础上，始发导洞施工也要严格规划设备出厂运输顺序，及时具备TBM设备的前进条件，结合TBM各部件系统的出厂运输时间与到场时间，确保在TBM正式运输的时候，也就是完全到达现场之前就要开始组装。在TBM与配套系统在步进洞调试过程中，同步安装轨道系统和通风系统皮带机。除此之外，针对TBM出渣连续皮带机采用的悬挂布置方法也要合理安排，按照水工隧洞施工下方空间要满足双线轨道布置的要求，在洞顶安装通风软管。

2.3钢支撑

1）钢支撑适用范围。此标段钢支撑大多使用在引水隧洞地理状况不理想、塌方发生率很高的Ⅳ类与Ⅴ类围岩，以及依据监理人员的引导亦或是前期已经勘测明确的岩石硬度较小的区域，因为这类围岩自身稳定性能低劣，需增大初期支护的力度，使用钢支撑能够承载掘进过程中产生的松动负载，避免围岩出现较大程度的形状变化，提升支护效果。2）钢支撑设计。钢支撑运用的是形状为工字的拱架，其使用的工字钢型号是I16，在专门的场地进行加工，在隧洞中进行最后的组合。拱架间隔距离通常在（0.5～1）m之间，竖向连接筋使用的是螺纹钢，型号为Φ22。3）钢支撑安装。依照图纸要求或者通过勘测已经明确的岩石软弱区域使用钢支撑，该支撑应当安装在衬砌设计断面的外面。装设完毕后，应当监测软弱部位围岩稳固情况，经过对监测数据进行剖析，了解初期支护达到施工需求与否，若支护无法达到安全标准，应当第一时间提升钢支撑性能或者采用其他举措。

2.4混凝土喷射

隧道喷锚施工工艺是施工过程中比较常用的，该工艺可适用于各种围岩。在开挖后，首先对岩面利用高压风枪冲掉碎屑、浮尘等，然后进行初喷混凝土（3~5cm厚）来封闭围岩，以减少围岩暴露时间，防止围岩变形，避免围岩短时间松弛脱落。在锚杆、钢筋挂网、钢拱架安装结束后，再进行补喷达到设计厚度。针对全断面开挖工作面或补喷混凝土时，需利用可升降的自行式作业平台来提高施工进度；为了保证拌合均匀，喷料在混凝土拌合站拌和，利用自卸车运送到喷射作业面。喷混凝土一般分次喷射，且每一次喷射在前面一次喷射还未完全凝结时进行。喷混凝土结束后，要先清除所有喷射过程中的溅落物，以免凝固后无法清理。喷混凝土表面保持湿润，须对其进行保养。混凝土喷射施工要点：（1）开挖后及时初喷4cm厚C20混凝土,钢拱架施工完毕后复喷至设计厚度28cm,喷射混凝士采用湿喷作业以减少回弹量和粉尘；（2）喷射作业时,应严格控制水灰比和速凝剂掺量，喷射后,使喷层表面平整光滑、无干斑或滑移流淌现象；（3）喷射时应分段、分部、分块,按先墙后拱、自下而上地进行，分段长度不超过6m,分部为先下后上,分块大小为2m×2m,这样以减少混凝土因重力作用而引起滑动或脱落现象的发生；（4）喷射混凝土时,可按照螺旋状挪动前行,也可采用S形来回挪动前进；（5）喷头与受喷面的距离太大或者太小都会提升回弹量，应控制其距离在0.6~1.2m最合适,喷头与受喷面垂直,并略微偏重刚喷射部位(倾角宜超过100°),则回弹量最小,喷射效果最好；为保证喷护面的平整，凹处要先喷和多喷,而凸起处应后喷或者少喷；（6）调节好风压、水压，风压过大则回弹量增大，过小则混凝土密实性差。

2.5爆破冲击波及控制方案

（1）爆破冲击波。爆破施工时，炸药爆炸产生的高温高压气体，或直接压缩周围空气，或通过岩体裂缝及药室通道高速冲入大气并对其压缩形成冲击波。冲击波超压达到一定量值后，就可能导致建筑物破坏以及人体器官的损伤。因此在爆破作业中，需要对爆破冲击波进行控制。（2）控制方案。1)单次爆破时炮孔延期时间不要太长，避免后响的炮孔抵抗线变小或裸露爆破;2)严格控制好单次起爆用药量，最大程度地利用好爆破的能量，减小转化成冲击波的无效能量;3)爆破前仔细校核最小抵抗线，确保堵塞的长度和质量满足要求;4)内部有水的炮孔不用黄泥堵塞，用钻孔时产生的岩屑;5)使用毫秒延期爆破的措施，可以有效降低爆破冲击波的影响。

2.6超前小导管施工

超前小导管是沿隧洞开挖轮廓线以一定倾角设置打入管壁导管，并注入浆液，浆液凝固后，增强了松散、软弱围岩的稳定性，隧洞周围的岩体得到加固，岩体形成一个整体结构，不至于围岩失稳甚至坍塌，起到超前预支护作用和止水作用。超前小导管施工要点：（1）严格控制导管倾角，控制钻杆的钻进方向，以防止部分导管影响到下一循环的施工；（2）严格控制导管位置、方向，确保钻孔过程中孔位不发生偏斜；（3）导管插入困难时，应考虑适当扩大钻头直径；（4）注浆的过程要连续进行，防止时间过长因浆液凝固而使注浆不满；（5）控制注浆压力，通常注浆压力为0.5~1.0MPa；（6）根据围岩情况，对导管的间距以及导管的直径进行优化调整；（7）提前判断围岩情况，保证导管长度达到支护深度要求，保证隧洞安全稳定施工。

结语

隧洞开挖作业是隧洞工程施工中一项很重要的工作，其开挖质量和支护方式对整个工程质量、安全、进度和成本的控制至关重要。本文根据小型水工隧洞工程的基本情况，在施工过程中选择合理的开挖方案，掌握各施工作业工序的控制要点，并在施工过程中不断优化和改进施工方案，保证了工程质量、安全、进度，并节约了工程建设成本。

参考文献

[1]谢双龙.水工隧洞开挖爆破施工技术的应用实践分析[J].四川建材,2018,44(2):125+128.

[2]葛鸿飞.长距离水工隧洞开挖安全施工方案制定[J].山西水利科技,2013(2):52-53.

[3]沈兴.钻爆法开挖水工隧洞施工技术[J].低碳世界,2018(11):134-135.