水電站引水隧洞開挖及支護(hù)施工技術(shù)

張朝磊

中國水利水電第八工程局有限公司（410004）

1 水電站引水隧洞

引水隧洞具有提高水電站的工作效率、降低成本、避免浪費(fèi)等特點，是水電站水工構(gòu)筑物的關(guān)鍵，而其主要作用是縮短引水的距離。水電站的發(fā)電原理是通過水位的高低形成的落差，將水流產(chǎn)生的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，促使水輪機(jī)運(yùn)作，以此推動發(fā)電機(jī)發(fā)電。引水隧洞則是將水流上部引入水輪機(jī)的密閉空間，而隧洞又分為有壓引水隧洞和無壓力引水隧洞，將水流引入水輪機(jī)的密閉通道時，路線設(shè)計必須要短而簡單，即洞線要短并且設(shè)計路線不能太復(fù)雜，同時，水流要能夠順利對接。水電站引水隧洞工程實施之前要對選定實施工程區(qū)域的巖石及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并要遠(yuǎn)離地下水區(qū)域。

2 引水隧洞開挖步驟

1）要依據(jù)水電站建設(shè)的基本規(guī)章制度，在其進(jìn)程中必須要同時進(jìn)行平行作業(yè)，同時，在準(zhǔn)則基礎(chǔ)上保證每一天平行線都能夠有間隔地進(jìn)行開挖任務(wù)，此目的是為了保障隧洞工程的穩(wěn)固性。以此提高通風(fēng)的需要，保證進(jìn)水區(qū)混凝土的施工量。2）水電工程引水隧洞挖掘的任務(wù)進(jìn)程中，首先針對工程的下平行端和上下彎道端進(jìn)行挖掘支持保護(hù)任務(wù)，其次再開展豎井段的任務(wù)。上彎道端的開挖任務(wù)要安排在上平行段的交面工程任務(wù)之后；下彎道段的工程任務(wù)要安排在帳幕注漿的任務(wù)之后。所以不管是哪一部分的開挖任務(wù)都必須依據(jù)分步序原則，這樣才能能夠確保豎井段能夠得到充分的利用，保證工程全周期良好的通風(fēng)性，而針對下平行段也具有很好的改善作用，對于整個施工環(huán)境較為重要。3）平洞階段的混凝土噴射和錨桿工程任務(wù)要確保在挖掘任務(wù)完成之后立刻進(jìn)行，還要著重把握工程當(dāng)中避免超前錨固，需要在整個工程進(jìn)程中隨時隨地對噴錨進(jìn)行支持保護(hù)，確保其穩(wěn)定性和穩(wěn)固性。

3 施工布置

水電站引水隧洞開挖及支護(hù)的施工布置主要包含兩大類：機(jī)械布置和道路布置。首先，機(jī)械布置任務(wù)是由混凝土垂直傳輸機(jī)進(jìn)行工程任務(wù)。依據(jù)水電工程任務(wù)的特征，需要通過綜合考察，利用塔機(jī)和汽車吊等工程機(jī)械進(jìn)行灌注混凝土任務(wù)。塔機(jī)和汽車吊在使用方向上有所不同。塔機(jī)不利于局部部位的灌注混凝土任務(wù)，因其具有不穩(wěn)定、不好把握的特點，汽車吊則能夠進(jìn)行局部位置的灌注混凝土。道路布置任務(wù)是以混凝土為原材料進(jìn)行道路鋪置。道路鋪置的原則是要嚴(yán)格依據(jù)實地狀況進(jìn)行操作，各個設(shè)備設(shè)施要滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，還需要提高工作效率和設(shè)備利用率，設(shè)備的使用應(yīng)該利于產(chǎn)品生產(chǎn)，保證施工現(xiàn)場秩序的穩(wěn)定。

4 開挖技術(shù)的特點

水電站引水隧洞開挖技術(shù)的選擇要與隧道實際情況相結(jié)合。水電站工程開挖技術(shù)方式有支洞開挖和豎井開挖兩種，二者都可以提升開挖的效果，以此來彌補(bǔ)功能上的缺陷。當(dāng)工程項目得到確認(rèn)后，專業(yè)人員就必須對施工場地的周圍環(huán)境及山川地貌進(jìn)行分析，利用科學(xué)有效的開挖技術(shù)進(jìn)行開挖施工。

4.1 全斷面開挖

此開挖技術(shù)是利用多臂鉆機(jī)開掘出8～10 m高度的隧洞。而多臂鉆機(jī)的優(yōu)勢在于能夠?qū)嵭卸嚆@機(jī)共同運(yùn)行，因此，大大縮短了工作時間，保障了工作效率。而它的缺陷在于：首先對地質(zhì)巖體的構(gòu)造、機(jī)能有較高的要求；其次是此開挖技術(shù)挖掘的隧洞斷面巨大，不易控制；最后是開挖技術(shù)操作要求甚為嚴(yán)格，對工藝要求嚴(yán)格、精細(xì)。因此，使用這種全斷面開挖技術(shù)會受到多方面的限制。而全斷面開挖技術(shù)只限于巖石，地質(zhì)結(jié)構(gòu)必須穩(wěn)固。

4.2 斷面分部開挖

斷面分部開挖技術(shù)的工作原理是將隧洞斷面分批次分成多個部分，然后分層級逐步完成工作任務(wù)。不同水電站還會根據(jù)挖掘方式將斷面分部分為導(dǎo)洞方式和臺階方式。這兩者是依據(jù)斷面進(jìn)行劃分的，根據(jù)地質(zhì)、跨度、選取方式的不一致，把斷面又分成三部分：左、中、右。首先導(dǎo)洞方式的開挖技術(shù)會運(yùn)用到大型隧洞工作中，其工作原理是向地面下部進(jìn)行開鑿，其必須要用在開鑿工程大于10 m的隧洞中。其開挖對巖體構(gòu)架、排水系統(tǒng)和通風(fēng)設(shè)施有著極高標(biāo)準(zhǔn)。實際施工的方法主要是：首先通過選擇適合施工區(qū)域，在引水隧洞斷面的上部開鑿一個小洞，其次使用挖掘機(jī)器把小洞進(jìn)行擴(kuò)張。而導(dǎo)洞挖掘手段又可以分為上洞與下洞。由此可見，這類的挖掘方法比較細(xì)化，選擇方式也較為寬廣，也就意味著比全斷面挖掘方式運(yùn)用更加廣泛，難度系數(shù)相對較低。因此，斷面分部開挖技術(shù)可以適用于巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)不穩(wěn)定的環(huán)境中，即使隧洞洞徑狹小也不影響[1]。

5 支護(hù)施工的特點

任何工程竣工后，都會受到外部因素，如自然因素、人為因素等，從而導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象。所以，水電站引水隧道的施工團(tuán)隊必須做好后期的支撐保護(hù)舉措。對巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固穩(wěn)定，對地質(zhì)進(jìn)行再次勘探，保障技術(shù)人員的安全，以此保障施工后期進(jìn)程的順利開展。實施后期支撐保護(hù)的途徑有兩種：混凝土泵支護(hù)和新奧法支護(hù)。

5.1 混凝土泵支護(hù)

此支護(hù)方式又可以稱為混凝土傳輸泵。工作原理是使用設(shè)備把混凝土以持續(xù)不斷的方式進(jìn)行傳輸，傳輸通道的結(jié)構(gòu)由兩大部分組成：沖天尾管和導(dǎo)管。結(jié)束混凝土的傳輸任務(wù)之后，再利用壓力將混凝土傳輸?shù)侥０宓膬?nèi)部，到此階段澆筑任務(wù)結(jié)束。這個過程中需要注意的要點較多。首先是工作人員的安全和工程的質(zhì)量，傳輸混凝土到倉內(nèi)，要及時撤出內(nèi)部的工具，當(dāng)澆筑到與工作人員身高平齊時，工作人員需要離開施工地方。想要加快任務(wù)進(jìn)程，結(jié)束澆筑任務(wù)后，應(yīng)選擇加大混凝土泵的功率，提高效率。除此之外，混凝土泵使用過程中必須確保管道內(nèi)部的暢通，將開挖任務(wù)和支護(hù)任務(wù)同時運(yùn)作，避免混凝土泵發(fā)生故障，導(dǎo)致窩工現(xiàn)象，對巖體結(jié)構(gòu)造成破壞。

5.2 新奧法支護(hù)

此方法在國內(nèi)被稱為“錨噴構(gòu)筑法”。新奧法隧洞支護(hù)法是在混凝土泵隧洞支護(hù)法的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，使其穩(wěn)固和保護(hù)效果提高一個臺階。而其工作的原理是根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)特點形成穩(wěn)固且密閉的空間，具有約束作用，再使用混凝土噴錨，使得周圍巖體、混凝土及錨桿構(gòu)建出穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。對此，新奧法隧道支護(hù)法對混凝土的機(jī)能要求嚴(yán)格，對巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有較高標(biāo)準(zhǔn)。錨噴構(gòu)筑法的施工特征有：時效性、封閉性、黏結(jié)性、柔性。四種特點相互結(jié)合，相互作用，使得整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，施工更加便利。

錨噴構(gòu)筑法又稱新奧法隧洞支護(hù)法，由光面爆炸開鑿、錨噴支持保護(hù)和圍巖穩(wěn)固情況監(jiān)測三部分構(gòu)成。其工作流程是隧洞開鑿和支持保護(hù)過程，開鑿?fù)诰驎r巖石會產(chǎn)生形變，從而提高巖石的穩(wěn)定性，使得周圍的巖體都進(jìn)行加固、強(qiáng)化來抵擋外來的沖擊，這就為內(nèi)部環(huán)境提供保護(hù)作用[2]。

6 水電工程運(yùn)用現(xiàn)狀

在水電工程建設(shè)初期，它與運(yùn)行管理機(jī)制是相互獨(dú)立的兩個整體。施工隊在水電建設(shè)過程中擁有獨(dú)立的話語權(quán)。建設(shè)完成后的運(yùn)行管理就和施工隊的建設(shè)相脫離。這使得運(yùn)行管理的人員完全沒有發(fā)揮出該有的作用。這種建立機(jī)制持續(xù)了較長的時間，而到20世紀(jì)后期才打破了舊有的管理機(jī)制和建設(shè)模式。從相互獨(dú)立的兩個個體到現(xiàn)代建制建設(shè)的運(yùn)行機(jī)制，很多方面都進(jìn)行了改進(jìn)。雖然這只是一個小小的改變，但在當(dāng)時卻帶來了可觀的效益。現(xiàn)如今，各個國家面對水資源問題都在尋找適合本國的解決方案。我國高速發(fā)展的過程中很多東西已經(jīng)煥然一新，面對水電工程的建設(shè)也從未有過懈怠。不斷摸索和改進(jìn)的過程中也發(fā)現(xiàn)了很多不適合的地方。所以，完善建設(shè)機(jī)制還是比較重要的任務(wù)。

7 水電工程運(yùn)行機(jī)制的意義

水電發(fā)力、資源循環(huán)利用、減少污染等都是水電工程建設(shè)必須考慮的問題。而水電工程能否發(fā)揮出最大的效益，則需要關(guān)注的是后期的運(yùn)行維護(hù)方面。運(yùn)行機(jī)制建立和實施的目的在于能夠用較少的投資換取最大的工作效率和成果。這是一項利于提高我國實力和增強(qiáng)建設(shè)自信的工程，也是一項利于百姓生活的工程。水電工程建設(shè)的目的在于造福百姓。在國家大力投資的情況下，勢必會出現(xiàn)管理人員渾水摸魚，將利益裝進(jìn)自己口袋的狀況。因此，只要加大控制水電工程后期的運(yùn)行機(jī)制才能真正有效地將服務(wù)于百姓。

8 有效措施

8.1 互相監(jiān)督

想要達(dá)到最好預(yù)期的成果或者是超過預(yù)期的設(shè)想，就必須讓前期的建設(shè)團(tuán)隊與后期的運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊進(jìn)行合作。兩個不同的管理團(tuán)隊互相制約，相互監(jiān)督。在建設(shè)過程中，監(jiān)督人員需要認(rèn)真嚴(yán)肅地處理建設(shè)中出現(xiàn)的問題，及時溝通、及時匯報、及時調(diào)節(jié)；配備水電工程建設(shè)方面專業(yè)的人士進(jìn)行指導(dǎo)；實施建設(shè)的各項指標(biāo)是否符合規(guī)定，建設(shè)過程中是否能保證人員的安全性等都是必須考慮的問題；對于違規(guī)的環(huán)節(jié)必須進(jìn)行修整。在管理方面，首先要確保管理機(jī)制中的成員都符合要求，其次則要在管理時要審時度勢。根據(jù)具體的情況改進(jìn)措施，以此達(dá)到效益最大化的目的。

8.2 做好連接點

建設(shè)前期要仔細(xì)地考慮建設(shè)與管理二者結(jié)合能夠帶來的好處。如在建設(shè)中要考慮建設(shè)過程是否擾民，建設(shè)方案是否能夠降低對環(huán)境的污染甚至是不污染。后期的維護(hù)運(yùn)行過程要注意與前期建設(shè)人員及時溝通。要求后期的運(yùn)行管理人員要對整體的建設(shè)有詳細(xì)的了解。而在那些極容易出現(xiàn)的問題上應(yīng)做到能夠冷靜應(yīng)對，做到建設(shè)與管理同步進(jìn)行。

8.3 保證資金

在水電建設(shè)中，保證資金是建設(shè)全生命周期順利開展的重要前提。這就要求在建設(shè)前期先進(jìn)行工程預(yù)算，對建設(shè)過程中各個環(huán)節(jié)的資金投入進(jìn)行明確的記錄。資金發(fā)放也要到位，杜絕一切貪污腐敗的現(xiàn)象，從而有力地監(jiān)督各個部門使用資金的整個過程，保障水電工程順利開展。除此之外，還要盡可能地保證籌集到的資金比預(yù)算多，以保證在建設(shè)過程中避免出現(xiàn)因突發(fā)事件而導(dǎo)致資金不足的情況。為了更好、更快地完成建設(shè)任務(wù)，各個部門需要嚴(yán)控資金的流向。

8.4 加強(qiáng)資源管理意識

建筑項目的資源管理是審核工程質(zhì)量是否優(yōu)良的一個重要指標(biāo)，也是建筑工程竣工時必備的條款。我國已經(jīng)下發(fā)了相關(guān)法律，其中也明確規(guī)定了與此相關(guān)的法律條文。因此，政府部門需要重視、整頓建設(shè)企業(yè)中資料管理的相關(guān)內(nèi)容，提高工程驗收的標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化工程驗收的程序。這里也包含資源檔案管理部門對竣工之際的驗收和考察工程技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)程度，保障建筑物的安全性，保證資料的真實。同時，應(yīng)該設(shè)立獨(dú)立的資料管理崗位，安排有專業(yè)素養(yǎng)的人員進(jìn)行負(fù)責(zé)，從而保證在出現(xiàn)問題時可以直接找到源頭。除此之外，建筑企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和負(fù)責(zé)施工的人員應(yīng)認(rèn)識到資料的重要性，以保證資料管理和施工同步進(jìn)行。

8.5 科學(xué)完整的方案

建筑團(tuán)隊的前期考察工作不容忽視，團(tuán)隊人員需要提前實地了解狀況，根據(jù)地理特征、氣候條件及人文風(fēng)俗等方面進(jìn)行分析。除此之外，工作人員還要充分考慮方案的實踐性、經(jīng)濟(jì)成本等的基礎(chǔ)參考要素。通過制訂一套規(guī)范、科學(xué)的施工方案，為建筑項目的進(jìn)程提供必要保障。

8.6 專業(yè)人才的培養(yǎng)

水電工程是一項涉獵很廣泛的項目，并且其關(guān)乎著人們生活的方方方面面及我國的國際地位。專業(yè)人才的引入對于工程項目來說非常重要。由于引水隧洞施工環(huán)境比較狹小，所以，要充分考慮在此條件下的施工帶來的安全隱患。那么對于專業(yè)人才的培養(yǎng)可以從這幾點著手。首先，提高水電工程內(nèi)部的工作人員的業(yè)務(wù)水平，對工作人員進(jìn)行定期的培訓(xùn)和考核。其次，企業(yè)可以邀請專業(yè)教授進(jìn)行指導(dǎo)和講解，讓員工及時學(xué)習(xí)到相關(guān)專業(yè)的最新知識和技能。最后，不論是有經(jīng)驗工作人員還是初學(xué)者等學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)的求學(xué)者，都需要通過線上、線下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，擴(kuò)大自己的知識面。

8.7 強(qiáng)化設(shè)備的保護(hù)及檢查

根據(jù)引水隧洞工程的特點，水電工程施工過程中易出現(xiàn)機(jī)器發(fā)生機(jī)械故障的現(xiàn)象，那么就必須加強(qiáng)對設(shè)備的維修與保護(hù)。首先，隧洞內(nèi)部濕潤，其裂縫表面干燥，因此，要保證設(shè)備干燥劑的充足。其次，要定期進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有故障的機(jī)器時及時進(jìn)行維護(hù)或更換，從而減少設(shè)備損壞的可能性。因此，保證工程順利開展的維修及保養(yǎng)工作必不可少。

9 結(jié)語

現(xiàn)代化進(jìn)程逐漸成熟，社會文化建設(shè)不斷發(fā)展，絲綢之路的步伐穩(wěn)定而又堅實，這一切都代表著我國的經(jīng)濟(jì)水平和文化素養(yǎng)在進(jìn)一步提高，更標(biāo)志著人們生活質(zhì)量逐步提高。水電站引水隧洞的工作雖然有了很大的提升，但依據(jù)當(dāng)下實際情況，仍然存在較多的隱患。因此，對于水電站引水隧洞的每一個環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把關(guān)，對存在的問題要及時進(jìn)行解決，以科學(xué)、有效、環(huán)保的理念進(jìn)行工程建設(shè)。