输水隧洞施工技术要点

黄源颖

摘要：就当前情况来看，我国的城镇化速度在不断加快的同时，也对相关的基础水利工程建设速度、建设质量提出了更高的要求。所以，水利项目中的各项施工技术也就成为了改善工程建设速度、保障项目建设质量的关键。但由于种种因素的影响，目前许多工程在作业实践中仍然未能把握好相关技术要点，因此本文通过梳理隧洞挖掘、支护以及混凝土衬砌技术，试图帮助从业者进一步把握好输水隧洞施工的技术要点。

关键词：开挖技术；钢拱架支护；砼衬砌技术

1.输水隧洞的工程开挖技术

1.1 全断面工程开挖技术

全断面开挖工程技术普遍运用于输水隧洞建设过程当中，这是一种应用较广的开挖工艺，建设单位采取爆破的形式把断面挖开，将其在整个输水隧洞中贯通，施工人员由此开始掘进隧洞，这是开挖隧洞的基础工作^[1]。在掘进过程中，要及时清理好周围的围岩，便于开展衬砌和支护工作，确保输水隧洞的安全。一般来说，水利工程围岩坚固性和完整性较好的区域比较适用于采用全断面开挖技术，在开始施工时，洞口工程量大，干扰因素较少，有利于组织开展爆破工作，更加便于开展掘进工作。施工人员根据断面面积、设备操作功能等特点，采用垂直掌子等技术来实施掘进工作^[2]。垂直掌子技术运用在垂直掘进工作当中，使用大型掘进设备来进行掘进大大提高工作效率。台阶掌子技术能够根据面积和施工要求将断面分成几个阶段，以此为基础开展施工工作。要注意的是，台阶掌子技术实行之前要精准设定好阶梯之间的距离，确保阶梯的距离和空间符合爆破工作的标准。

1.2 导洞开挖的技术要点

导洞开挖技术要在断面上挖出断面洞，即导洞口，再不断扩大这个导洞的面积，确保导洞面积能够符合施工标准^[3]。采用导洞技术来挖掘断面洞，可以通过断面洞来了解隧洞的地质情况，为掘进隧洞提供参考依据。施工人员将导洞掘进贯通之后，隧洞内部的通风环境也会更好，洞口面积扩大到符合实际施工要求，爆破工作的精准度也会相应提高。导洞开挖要根据制定好的顺序开展施工，采用专进或者并进的方式进行，目的是提高导洞开挖技术的应用水平。在全程贯通导洞的情况下，施工采用专进施工开展扩大导洞的施工，确保导洞通风良好，同时也要做好地质勘察工作。但专进技术实施成本较高，在做技术分析时也要做好经济效益的考量^[4]。

1.2.1 上导洞的施工技术

将导洞位置设计在隧洞顶部，在这个位置上进行断面开挖，开挖过程中要注意是否对称，上导洞技术一般是应用在地质条件较为恶劣的区域，所需设备和地下水要求不高，施工也相对其他施工技术更为安全，因而很多输水隧洞施工中经常运用到此技术。

1.2.2 下导洞的施工技术

下导洞开挖技术是在断面下方开挖的施工工艺，这种技术要求地质条件良好，且洞线要满足一定的长度，一般不适合运用于断面面积大、地下水稀缺的地区。下导洞技术的优势表现在所耗费的工期短、爆破速度快、排水效率高，同时也便于清理。而缺点则在于在开挖下导洞过程中很难对岩石形状进行控制，因而在水利项目地质条件较为恶劣的地区，不建议采用下导洞的开挖技术，否则就难以确保工程施工的安全性。

1.2.3 中间导洞开挖的施工技术

中间导洞开挖则是由施工人员在断面中间位置挖出导洞，再在这个导洞位置沿着四周不断扩大，该技术要求断面岩石要达到一定硬度，但对设备要求较低，然而在实际施工过程中，不能同时实施多项并进工程，在导出残余废料时就要多次进出，从而增加了工作难度和施工成本。

1.2.4 双导洞开挖的施工技术

双导洞开挖技术是将导洞挖掘工作分成两个施工部分，根据现场施工的实际情况，将挖掘工作分为上下、双侧两种形式^[5]。其中，双侧开挖是在断面的底部、内侧这两个位置设计导洞，再根据这个导洞的位置往下掘进，双侧开挖技术一般是应用在围堰松软的工程项目当中。上下导洞开挖技术则要在断面顶部和底部设计导洞位置，一般是应用在需要用到大型设备的工程施工当中，但这种施工技术由于工作难度较大，工程安全性很难得到保障，因而使用范围也比较窄。

2.输水隧洞工程的钢拱架技术

钢拱架一般分为工字型的钢拱架和格栅钢拱架这两种。在具体施工过程中，首先要全面检查好掌子面，彻底清除干净钢拱架底部存在的残渣，并通过石块来进行找平，为顺利安装钢拱架做好准备工作^[6]。在装配钢拱架过程中，施工人员应运用分片的安装形式，采用掌子来实施组装，组装时也要注意各个部件之间的衔接，将螺栓拧紧，以确保钢拱架的支护质量符合标准。与此同时，在对钢拱架进行检查之后，要实行再次的加固处理，还要实行每2m加固的标准，保障钢拱架的安装质量达到安全标准。最后，相关人员还要加强对焊接施工的检查，确保焊接接头满足有关标准。在检测焊接工作过程中，材料要满足加固技术标准要求，焊接线要处理到位，将加固工作落实到位。

3.输水隧洞工程的砼衬砌技术

3.1 喷锚施工过程中应该注意的技术要点

3.1.1 喷锚技术的锚杆施工、输水隧洞在进行锚杆

在进行施工之前，首先就应该根据实际需求，科学挑选锚杆的型号、长度以及材质，并对钻孔的机械工具进行优选、以及施工方式科学设计钻孔方案^[7]。在进行围堰锚杆施工的过程中，要有效对施工质量进行控制，确保钻孔的孔位分布合理、孔径以及孔深都达到技术标准。在将锚杆插入钻孔时，首先应该检查锚杆的表面锈蚀情况以及弯曲情况，做好处理后再插入。在进行注浆作业的过程中，注浆管需要插到孔底5-10cm，同时确保锚杆至少插入孔中35%或以上。在对IV/V型围岩进行支护的过程中，还需要做好同坐面的同步工作，通过先喷浆再下锚然后再喷浆的工序，改善支护速度，确保围岩强度。

3.1.2 混凝土喷射的施工技术

在进行混凝土喷射施工的过程中，最关键的技术要点就是混凝土配比的科学性，而这一点必须通过反复实验才能实现。不仅如此，要需要按照现场的实际养护水平选择科学的混凝土喷射方式，同时也要在正式施工作业前做好围岩清理。在正式进行喷射时，施工人员必须要保证混凝土浆液厚度、速度、面积都保持均匀，一旦出现混凝土脱落或者开裂，就应该及时进行补喷。

3.2 砼衬砌施工技术要点

3.2.1控制原材料与中间产品质量

在施工过程中选择的各类材料应该维持标准质量。以硅酸盐水泥为例，在按照规定进行标准作业时，相关施工技术人员应该先通过喷锚的方式，确保水泥材料能够维持整体结构的强度。在选择碎石骨料的过程中有关技术人员也应该严格根据相关文书要求，做好科学的配比工作以及选择，并结合施工实际情况，确保配比始终保持在规范要求中。

3.2.2控制混凝土配比

负责技术管理的工作人言，应该对混凝土配比进行科学设计，也就是在施工初期，按照砂石骨料检测结果中的含水率来判断实际施工时的混凝土配比，并将配比形成书面材料上报监理单位、经过监理单位审批之后才能够付诸落实。针对混凝土坍落度的管理，则应该根据实验室配比以及实际施工需要，将其结构保持在140-220mm。

3.2.3底板施工技术

对于水利项目中输水隧道的混凝土衬砌施工来说，首先应该将边墙作为衬砌对象，同时采用倒退法来整体把握隧道内外的施工控制。在清理每层浇筑过程中，应该每12m对伸缩缝留置的数据进行测量与控制，并在安装钢筋作业前先做好底板岩面的清理工作，如泥土、建筑垃圾以及松动掉落的岩石等，都应该清理出施工现场，维持施工环境整洁、优化施工条件。同时，相关清洗作业应该由监理单位进行验收，只有在验收施工环境合格之后，才能够推进下一阶段的施工工作。

不仅如此，还应该保持钢筋材料表面的无污染、无腐蚀，如果在施工前发现钢筋表面存在油污或锈蚀问题，应该立即进行清除。为了确保钢筋能够有效作用在衬砌底板上，应该对其安装高程进行检测，从而明确伸缩缝的桩号以及施工中的浇筑高程，在施工完成后将相关施工材料送往监理单位、验收单位备案。

3.2.4泵送混凝土的施工控制

在开启了混凝土输送泵后，不应该直接进行泵送混凝土作业，而是应该先进行一定时长的空转热机。若是输送泵处于低温工作条件下，那么施工人员就应该适当延长热机时间，在温度达到泵送要求、不会影响混凝土温度之后，才能够进行泵送作业。在此过程中，要切忌通过施压的方式进行热机升温，这是因为输送泵的主轴在低温工况中的极限载荷会下降，摩擦度增加。为了确保泵送管道、料斗以及分配阀的顺畅运行，施工人员还应该适当将清水喷洒在料斗上，并在料斗内部加入少量水泥砂浆后，用搅拌轴进行反转。需要注意的技术要点是，用于混凝土衬砌的砂浆在进行开泵时，要通过半功率或1/4功率的方式进行处理，这是因为砂浆会在料斗的轴线下降低泵送控制效果，而对于混凝土的平面，因其处在料斗搅拌轴的中心线上，所以施工人员应该在其处于搅拌轴下200mm时停机，以免出现供料不足。

3.3输水隧洞的回填施工与固结灌浆

输水隧洞的回填施工，与挖掘建设施工同样重要，在进行回填灌浆作业时，先应该进行实验来验证灌浆的配比，保证灌浆能够满足施工设计要求，同时灌浆的压力应该按照施工中的情况现场把握，但原则上采用钢筋混凝土的土洞应该进行低压灌浆，而严冬的钢筋混凝土灌浆压力应该高于土洞压力。另外，灌浆的作业应该分区进行，在所有区段的顶部封堵完成之后，再进行下一个区段的灌浆作业，并遵循从低到高的原则逐步推进，保障制浆与灌浆的节奏能够有效连接，不能够出现制浆跟不上灌浆的情况。同时，在输水隧洞开挖时发现的空腔部位（如矿采导致的采空区），也需要做好充填灌浆处理，以浆液填充衬砌与围岩之间的空隙，使之紧密结合，共同受力，以发挥围岩的弹性抗力作用，并减少渗漏。

另外，鉴于输水隧洞围岩的固结灌浆设计关系到隧洞围岩的整体强度与抗变形能力，所以必须要对固结灌浆作业有清晰的概念，在此基础上合理设计灌浆孔分布以及压力，选择正确的灌浆方式与浆液性能，才能确保顺利作业的同时实现最佳效果，保障隧洞围岩的长期承载力。

结束语：

隧洞挖掘、支护以及混凝土衬砌技术，都是水利工程中输水隧洞施工的关键，直接影响水利工程质量以及使用寿命。所以，各地应该遵循当地的施工环境以及工程需要，合理选择隧洞挖掘、支护以及混凝土衬砌技术，把握好个中技术要点，提升输水隧洞乃至整个水利项目的工程质量。

参考文献：

[1]刘志维,田凤兰,刘宝印.某大型输水隧洞工程防水设计与施工技术[J].中国建筑防水,2015(17):31-34+38.

[2]付国亮.水利工程中输水隧洞的施工方法和技术要求讨论[J].智能城市,2018,4(04):153-154.

[3]周建兴.水利工程输水隧洞施工开挖混凝土衬砌技术[J].农业科技与信息,2017(07):120-121.

[4]李泽发.水工输水隧洞衬砌结构裂缝成因及预防[J].河南水利与南水北调,2019,48(06):50-52.

[5]阚凤斌.水利施工中输水隧洞施工措施[J].科技创新与应用,2014(20):173.

[6]谢雄飞.水利工程输水隧洞施工技术分析[J].珠江水运,2016(02):84-85.

[7]常军.水利工程输水隧洞施工开挖砼衬砌技术[J].农业科技与信息,2016(04):144+147.