水電站引水隧洞開挖及支護方法探究

李月琴

（四川洲橋水電工程有限公司成都市金牛區(qū)　610000）

水電站引水隧洞開挖及支護方法探究

李月琴

（四川洲橋水電工程有限公司成都市金牛區(qū)610000）

由于施工場地受限、地形地質(zhì)、施工環(huán)境等原因，水電站引水隧洞的施工難度一般而言都相對較大，而作為隧洞施工中最主要的兩個施工過程，隧洞開挖和隧洞支護的好壞，對引水隧洞的施工質(zhì)量及施工效率起到了決定性的作用。本文就水電站引水隧洞的相關(guān)概念做出了基本的概述，與此同時，對于引水隧洞洞身面的開挖，本文對其基本的開挖方法進行了一定的探究，在此基礎(chǔ)上，本文還對水電站引水隧洞的主要支護方法進行了一定研究。

引水隧洞；平洞；開挖；支護

開挖和襯砌（支護）是平洞施工的兩個主要施工過程，也是水電站引水隧洞施工中的難點所在，做好引水隧洞的開挖和支護工作，不僅能有效地提高水電站單項工序的施工及生產(chǎn)效率，還能大幅度提高水電站的施工進度、降低工程成本。

1　水電站引水隧洞概述

引水隧洞是指為了將上游的流水引入到水輪發(fā)電機組中進行水利發(fā)電而在山體內(nèi)部開挖出一條專門的引水道路而形成引水隧洞。[1]一般來說，根據(jù)水電站引水隧洞內(nèi)部的水流情況，引水隧洞可以分為有壓引水隧洞（隧洞無自由水面）和無壓引水隧洞（有自由水面）兩種。在進行水電站引水隧洞洞線選擇時，一般要求要方便于引水隧洞上下游的水流相互銜接，并且引水隧洞的洞線應(yīng)當(dāng)盡可能短、隧洞轉(zhuǎn)彎面要盡可能少。與此同時，水電站引水隧洞的布置地區(qū)要求隧洞沿線的巖體要完整穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造要比較簡單、地下水位要相對較低。

水電站引水隧洞一般有較大的施工難度，其主要是因為其施工有如下特點：①引水隧洞施工的場地一般會受到較大的限制，隧洞施工過程中也會受到較多的不定因素的干擾，并且，隧洞的施工組織一般比較復(fù)雜；②引水隧洞施工的地質(zhì)地形條件比較復(fù)雜，施工場地及環(huán)境的變化較大，圍巖的安全穩(wěn)定性問題也比較突出；③引水隧洞中的通風(fēng)、采光、除塵等要求相對較高，隧洞施工的勞動強度較大，施工條件相對較差；④水電站引水隧洞的施工規(guī)模及施工難度一般較大。因此，要想做好引水隧洞的開挖及支護工作，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析研究引水隧洞的施工環(huán)境及施工特點，并在此基礎(chǔ)上探討出最為經(jīng)濟合理的施工方案。

2　水電站引水隧洞開挖方法探究

引水隧洞洞身面的施工，不僅影響到施工進度及施工工序的安排，還與隧洞的施工布置緊密相聯(lián)，一般來說，引水隧洞洞身面平洞的開挖至少要有兩個工作面，即：進口面和出口面。[2]并且，如果引水隧洞的洞線較長，工期十分緊迫，則在考慮到施工進度的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)采用合理開挖施工支洞或豎井等的方式來增加引水隧洞的施工工作面。與此同時，在確定施工工作面的數(shù)目及位置時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合隧洞沿線的地形地質(zhì)條件、洞內(nèi)外的運輸條件、支洞或豎井的施工量及施工造價、隧洞施工場地的布置情況等，同時，要根據(jù)這些具體的情況，采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟比較來選擇最佳隧洞施工及開挖方法。一般來說，平洞的開挖有以下方法：

2.1全斷面開挖法

全斷面開挖是指將隧洞洞身段平洞的整個斷面一次開挖形成隧洞的方法，就目前而言，國內(nèi)外運用全斷面進行隧洞洞身段開挖的開挖方法，其開挖高度一般為8～10m，所用的隧洞開挖機械一般為多臂鉆機或全斷面掘進機。利用全斷面開挖法進行隧洞開挖不僅能實現(xiàn)隧洞的同時掘進開挖、加快引水隧洞的開挖速度，還能有效地提高隧洞開挖的施工工效、縮短隧洞施工工期；然而，當(dāng)隧洞的斷面過大、巖體的性能較差、機械化水平有待完善時，全斷面開挖隧洞的開挖方法則不能完全滿足水電站引水隧洞的開挖要求，因此，全斷面開挖的隧洞開挖方法一般適用于圍巖十分穩(wěn)定、十分堅固的地區(qū)。

2.2斷面分部開挖法

斷面分部開挖法是指將整個隧洞洞身段的斷面分成以若干層或若干塊形式存在的小型斷面，然后在小型斷面的基礎(chǔ)上以分層分塊的方式進行隧洞的開挖。一般來說，斷面分部開挖法可為分為臺階開挖法和導(dǎo)洞開挖法：臺階開挖法是指利用臺階的形式，將隧洞自上而下（正臺階）或自下而上（反臺階）進行分層開挖的方法，臺階開挖法的隧洞開挖高度一般在10m以上，普遍用于大型的平洞開挖中；而導(dǎo)洞開挖法則是指先在引水隧洞洞身段的斷面開挖一個小型導(dǎo)洞，然后再在開挖的小型導(dǎo)洞的基礎(chǔ)上擴大開挖面積直至開挖整個斷面的開挖方法，導(dǎo)洞開挖法的小型導(dǎo)洞的開挖尺寸及開挖形狀一般應(yīng)根據(jù)導(dǎo)洞的位置、巖體類型、通風(fēng)及排水等情況來確定，與此同時，根據(jù)不同導(dǎo)洞所適應(yīng)的圍巖穩(wěn)定情況以及小型導(dǎo)洞在斷面中的相對位置，導(dǎo)洞開挖法還可以分為上導(dǎo)洞開挖法、下導(dǎo)洞開挖法、上下導(dǎo)洞開挖法。一般來說，斷面分部開挖法不需要運用大型的機械設(shè)備，其比較適用于圍巖穩(wěn)定性較差，洞徑過大的地區(qū)的隧洞開挖。

3　水電站引水隧洞支護方法探究

在水電站引水隧洞的開挖過程中，由于隧洞開挖地區(qū)的地質(zhì)條件或施工環(huán)境等因素的影響，在進行隧洞開挖、貫通隧洞之前，往往要對挖好的地段進行襯砌支護工作以保持圍巖的穩(wěn)定、保證施工的質(zhì)量及施工安全。在進行隧洞支護工作的方法中，主要用到的有：

3.1混凝土泵隧洞支護法

混凝土泵隧洞支護法是指利用沖天尾管、排氣管、導(dǎo)管、腳手架等有關(guān)裝置進行混凝土澆筑從而達(dá)到支護作用的辦法，這種辦法主要是將導(dǎo)管的末端與沖天尾管相連，待垂直穿過模板深入到倉內(nèi)后，再進行混凝土澆筑工作的一種支護方法。在運用混凝土泵隧洞支護法進行混凝土澆筑支護的過程中，在混凝土澆至頂拱倉面時，應(yīng)當(dāng)撤出倉內(nèi)的各種器材并盡可能的將兩端的混凝土筑高；當(dāng)混凝土與人孔齊平時，應(yīng)撤離倉內(nèi)人員、封閉進人孔洞，與此同時，待進人孔洞封閉后，應(yīng)當(dāng)盡快加大混凝土的坍落度，加快其泵送速率，實現(xiàn)倉拱的澆筑密封。

3.2新奧法隧洞支護法

新奧法的核心思想是：要充分考慮巖石自身的承載能力，并且，在此基礎(chǔ)上，要根據(jù)巖體的特性，因地制宜地做好隧洞的開挖支護工作。新奧法有三大支柱，即：光面爆破開挖、錨噴支護和圍巖穩(wěn)定狀況檢測。一般來說，新奧法是利用錨噴支護的方法來進行隧洞支護的，即：在進行隧洞開挖及支護時，將圍巖視為具有彈性、塑形及粘性的連續(xù)介質(zhì)，利用巖體開挖中隧洞變形時的時間及空間效應(yīng)，[3]適時適量地采用一些同時具備柔性和剛性的支護結(jié)構(gòu)來加固巖體，從而使圍巖的變形受到抑制并與圍巖共同形成具有抵抗外力作用的承載拱圈的復(fù)合支護系統(tǒng)，進而達(dá)到增加隧洞圍巖穩(wěn)定性的目的。

4　結(jié)束語

引水隧洞是指為了達(dá)到引水發(fā)電的目的而在山體內(nèi)部開挖出一條專門的引水道路從而使上游的水引入到水輪發(fā)電機組中所形成的水工隧洞。一般來說，水電站引水隧洞的開挖方法主要有：全斷面開挖法和斷面分部開挖法；而對于水電站引水隧洞的支護方法，目前主要用到的為混凝土泵隧洞支護法和新奧法隧洞支護法兩種。因此，做好引水隧洞的開挖和支護工作，不僅能有效地提高水電站單項工序的施工及生產(chǎn)效率，還能大幅度提高水電站的施工進度、降低工程成本。

[1]柴海.淺析小斷面引水隧洞開挖及支護設(shè)計[J].河南水利與南水北調(diào)，2013，16：50～51.

[2]楊忠華.引水隧洞開挖對既有鐵路隧道的影響研究[J].路基工程，2015，01：167～171.

[3]陳學(xué)雁.黑河大孤山水電站引水隧洞設(shè)計與施工要點[J].甘肅水利水電技術(shù)，2014，11：53～54+64.

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2015-3-6