淺析水利工程隧洞施工技術(shù)及措施

林旭東

水利工程的發(fā)展對我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)有極其重要的作用，其不僅可以保證人民群眾用水的安全性，同時也保證了我國農(nóng)業(yè)用水的穩(wěn)定性和長久性，所以確保水利工程建設(shè)的安全發(fā)展至關(guān)重要。對于現(xiàn)階段的水利工程要結(jié)合實際的工程情況來進(jìn)行專業(yè)化的工程預(yù)先設(shè)計，選擇先進(jìn)的施工技術(shù)以此來保障各項水利工程的順利開展和不斷完善。由于不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和實地情況，影響到隧洞施工技術(shù)的因素有很多，因此做好隧洞支護(hù)是保證水利工程質(zhì)量和安全的重要保障。隧洞施工技術(shù)是水利工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量的好壞直接影響著整個水利工程能否正常開展。在現(xiàn)實的水利工程建設(shè)中，隧洞施工技術(shù)時常受到地質(zhì)環(huán)境等因素的影響導(dǎo)致施工困難，所以不斷發(fā)展和完善隧洞施工技術(shù)是當(dāng)前水利工程建設(shè)要面臨的主要問題。對于隧洞施工而言，支護(hù)是保證隧洞施工質(zhì)量與安全的先決條件，要采取科學(xué)合理的支護(hù)技術(shù)來保證隧洞施工不出現(xiàn)塌方等嚴(yán)重問題。根據(jù)水利工程建設(shè)的實際情況，采取有效措施保障隧洞施工安全,確保工程順利實施。本文以山西省中部引黃工程為例，深入探究了水利工程建設(shè)中隧洞工程的類型和特點，進(jìn)一步研究隧洞施工中可能出現(xiàn)的支護(hù)問題，從而提出預(yù)防塌方和解決侵限的辦法，提高隧洞施工的安全性，促進(jìn)我國水利工程建設(shè)的不斷發(fā)展。

一、水利工程中隧洞工程的類型和特點分析

隧洞一般是由進(jìn)口段、洞身和出口段三部分構(gòu)成，進(jìn)口段常設(shè)置塔式、豎井式或者斜坡式的攔污柵與閘門；洞身的構(gòu)建主要是結(jié)合工程的具體情況，比如具體的水流條件與地質(zhì)條件、施工條件。在不同的水利工程建設(shè)中，隧洞在輸水時的水流性狀有所不同。一般來說引發(fā)水電的隧洞是有壓隧洞，通常采用馬蹄形斷面或圓形斷面；無壓隧洞的主要功能是泄洪、排放水庫泥沙以及施工導(dǎo)流，常用圓形、馬蹄形以及城門形斷面等；兩種隧洞的水流量也有很大差別，有壓隧洞在運行時其水流會充滿整個斷面，它的內(nèi)壁會受到水流的壓力形成一定的內(nèi)水壓力，無自由水面，而無壓隧洞則剛好相反。為避免出現(xiàn)空蝕現(xiàn)象或地址震蕩，在高流速狀態(tài)下嚴(yán)禁同一段隧洞出現(xiàn)有壓與無壓的交替運行狀態(tài)。

二、隧洞施工中出現(xiàn)的問題及原因分析

1.工程概況

山西省中部引黃工程08標(biāo)施工引水主洞起點里程為總干3#隧洞61+676.88，終點里程為總干3#隧洞77+040.90，全長15364.02m。沿線共設(shè)5個施工支洞，即18#～22#支洞，支洞布置為斜井形式。支洞進(jìn)口底高程為1089.50～1205.41m：之間，引水主洞底高程位于1041.72～997.73m：之間。其中，18#支洞承擔(dān)總干3#隧洞起點里程61+676.88，終點里程為總干3#隧洞64+513的施工任務(wù)，支洞長1213米，支洞進(jìn)口底高程為1204m，支洞與主洞交叉點洞底高程為1002.34m。18#支洞位于興縣魏汾鎮(zhèn)新業(yè)村南700m處，支洞口布置于山坡上，洞口向西約30m處有一小溪，溪溝平常季節(jié)無流水，只有汛期下雨時才會有水流過，屬于季節(jié)性小溪。

2.工程地質(zhì)

隧洞沿線地表大部分被上第三系、第四系松散堆積物覆蓋，基巖出露于沖溝溝底或沖溝兩側(cè)。線路涉及基巖地層由太古界至石炭系，覆蓋層涉及上第三系、第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。引水線路隧洞沿線地下水為寒武系、奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶水(區(qū)域及層間水)，太古界變質(zhì)巖類裂隙水，碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙水與松散巖類孔隙水五種類型。巖溶地下水存在層間水,隧洞開挖時有可能會遇到溶洞。

3.問題及原因分析

隧洞一直采取了超前地質(zhì)預(yù)探，且按“管超前，短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)，勤觀測”的原則進(jìn)行施工。18#支洞開挖至主洞下游樁號62+597時，從主支洞交叉點向下游10m，樁號為62+454起32m內(nèi)已施工的鋼結(jié)構(gòu)左側(cè)拱腳向內(nèi)側(cè)突然發(fā)生不同程度變形和移位，無法滿足二次襯砌的施作條件。拱頂和右側(cè)拱架沒發(fā)現(xiàn)明顯偏移，但噴射混凝土出現(xiàn)裂縫。

根據(jù)設(shè)計地質(zhì)描述，該段洞身穿過的地層為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組上段及下段。實際開挖時遇到一條由主支洞交叉口處至隧洞下游左側(cè)的斷層破碎帶，破碎帶含有粘土且有少量裂隙水滲出，該段為V類圍巖。變形原因應(yīng)為斷層破碎帶的松弛變形，同時在地應(yīng)力作用下，泥灰?guī)r也可能產(chǎn)生變形，另一重要原因是圍巖還未進(jìn)行二次襯砌。

三、隧洞施工的預(yù)防和改進(jìn)措施應(yīng)用

預(yù)防隧洞塌方是保證水利工程建設(shè)順利開展和完成的必要前提，也是保證隧洞施工安全和質(zhì)量的重要因素。預(yù)防隧洞塌方可以分為幾個階段：首先在施工開始之前，要結(jié)合工程施工地的實際情況與施工的具體細(xì)節(jié)設(shè)計一套完整科學(xué)的施工方案，保證施工組織設(shè)計方案的可行性；然后是在施工過程中，要根據(jù)施工過程中出現(xiàn)的問題適當(dāng)?shù)匦薷暮驼{(diào)整施工方案，并嚴(yán)格按照施工方案對隧洞內(nèi)部的施工情況進(jìn)行動態(tài)跟進(jìn)與收斂觀測，保證施工的安全性和施工質(zhì)量；最后是在施工完成之后，要對隧洞內(nèi)的支護(hù)措施進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，保證支護(hù)措施的安全性，這樣能有效地預(yù)防工程出現(xiàn)塌方的情況。

針對以上鋼拱架變形侵限的改進(jìn)措施如下：

1.對已發(fā)生位移的62+454～62+486段將拱腳采用I18的工字鋼進(jìn)行橫撐，必要時可在起拱部位多加一根工字鋼橫撐進(jìn)行加固，從而防止在施工過程中發(fā)生大的坍塌。

2.對還未發(fā)生位移的62+444～62+454段，62+486～62+597段全斷面用5m長，φ25系統(tǒng)錨桿加固圍巖，環(huán)間距為0.5m，排間距為1m，打完后焊接在拱架上，加大混凝土噴砼厚度，在該段部位再噴一層20cm厚混凝土，防止該段出現(xiàn)變形。

3.主洞下游變形侵限一側(cè)半幅斷面徑向布設(shè)φ42小導(dǎo)管進(jìn)行固結(jié)注漿；其中拱部小導(dǎo)管長度采用5m，環(huán)間距為0.5m，排間距為0.5：m，第一排小導(dǎo)管由新立工字鋼中間做好導(dǎo)向孔內(nèi)打入變形面，其后各排依次打入變形面，焊接在新立拱架上，打好導(dǎo)管后進(jìn)行注漿，漿液采用水泥漿，水灰比0.5。

4.圍巖注漿固結(jié)穩(wěn)定后，將已變形的62+454～62+486段按2m一段拆除橫撐和左側(cè)已變形損壞的拱架（從起拱線接頭向下處撤除），拆除后并將圍巖和底板清理40cm，再將左側(cè)拆除部分拱架重新立好并加橫撐和φ42小導(dǎo)管一同焊接。安好鎖腳錨桿、縱向連接筋、鋼筋網(wǎng)進(jìn)行圍巖和底板回填澆筑40cm的C25混凝土達(dá)到密實要求，最后對鋼拱架及鋼筋網(wǎng)進(jìn)行20cm的混凝土噴射。

5.該方案實施過程，必須加強(qiáng)現(xiàn)場量測、嚴(yán)謹(jǐn)施工，確保圍巖初期支護(hù)的蠕動滿足二次襯砌的施工條件。

四、結(jié)語

山西省中部引黃工程施工08標(biāo)段出現(xiàn)的圍巖變形支護(hù)措施改進(jìn)并非個例，在很多水利工程隧洞施工過程中都會出現(xiàn)圍巖支護(hù)變形等問題。水利工程建設(shè)有利于我國社會主義建設(shè)的不斷推進(jìn)與完善，有很好的社會效益和生態(tài)效益，而隧洞工程的質(zhì)量直接決定著整個水利工程的建設(shè)能否成功。由于每一個施工地段環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性導(dǎo)致在實際的施工過程中會出現(xiàn)各種問題，為此在正式施工之前應(yīng)做好詳盡的地質(zhì)勘探工作并制定完善的施工計劃，力求把握好每一個施工的細(xì)節(jié)。加強(qiáng)對隧洞施工的重視程度，不斷提高和完善隧洞施工技術(shù)，把每一個隧洞支護(hù)措施細(xì)化完美，保證水利工程的質(zhì)量。隧洞施工作為整個水利工程建設(shè)的關(guān)鍵階段，受環(huán)境狀況、設(shè)備材料、地質(zhì)圍巖等因素的影響比較大，所以要不斷提高隧洞施工技術(shù)，預(yù)防塌方滑坡等問題的出現(xiàn)，從而促進(jìn)我國水利工程建設(shè)的不斷完善。