水利隧洞工程的開挖施工和塌方處理

路隆郡

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

在水利工程建設(shè)項(xiàng)目中，水利隧洞工程是重要的基礎(chǔ)工程之一。加強(qiáng)水利隧洞工程施工管理，能夠有效提升水利工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在工程施工過程中，應(yīng)根據(jù)水利工程隧洞開挖特點(diǎn)，采用相應(yīng)的施工技術(shù)，確保施工得以順利進(jìn)行。

1 水利隧洞工程開挖施工要點(diǎn)

1.1 施工測量階段的要點(diǎn)控制

在水利隧洞工程施工中，應(yīng)安排專人測量開挖施工中所需要的數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)和隧洞爆破施工設(shè)計(jì)方案和參數(shù)，進(jìn)行開挖爆破布孔。此外，在測量斷面時(shí)，應(yīng)在混凝土施工前期，對測量距離進(jìn)行控制，通常情況下，會(huì)選擇在5～10m 處對隧洞軸線開展全方位檢測，并確保檢測的精準(zhǔn)性，合理制定工程總量，科學(xué)布置施工工序。在隧洞開挖施工準(zhǔn)備階段，還需對隧洞洞壁和洞頂相隔20m 的位置，設(shè)置樁號和標(biāo)志牌[1]。

1.2 鉆孔施工階段的要點(diǎn)控制

在隧洞開挖過程中，工作人員應(yīng)根據(jù)測量的腰線、爆破布孔、開挖的周邊線等，采取相應(yīng)的鉆孔技術(shù)開展鉆孔施工。還應(yīng)仔細(xì)檢查鉆孔施工所用到的機(jī)器，包含機(jī)器卡套、機(jī)器內(nèi)部彈簧、緊固件、支架等，確保鉆孔施工機(jī)器正常工作。

1.3 爆破施工階段的要點(diǎn)控制

爆破施工存在一定的危險(xiǎn)性，因此，在作業(yè)開始前，應(yīng)制定詳細(xì)周全的施工方案，保證開挖面具有良好的平整性，并對炸藥進(jìn)行嚴(yán)格控制，使爆破對周圍巖層的影響降到最低。在爆破開始前，應(yīng)進(jìn)行多次爆破試驗(yàn)，準(zhǔn)確判斷周圍巖石的具體情況，這一過程也需要制定較為詳細(xì)的試驗(yàn)方案，并上報(bào)相關(guān)監(jiān)管部門，審核通過后才可以開展爆破試驗(yàn)活動(dòng)。試驗(yàn)時(shí)，要做好爆破參數(shù)的收集與整理，包含巖石物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及變化程度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并制定相應(yīng)的爆破方案[2]。

2 水利隧洞工程常用的開挖施工技術(shù)

水利隧洞工程的開挖施工，應(yīng)根據(jù)隧道周圍一定范圍內(nèi)，對洞身的穩(wěn)定有影響的巖體類型、底層的穩(wěn)固性，選擇開挖施工技術(shù)，如全斷面開挖施工技術(shù)、導(dǎo)洞開挖技術(shù)等。隧洞高度相對較高時(shí)，可以采用臺階法開挖方案，以防止超挖，保證隧道開挖作業(yè)的安全性，提高施工質(zhì)量。

2.1 全斷面開挖施工技術(shù)

這種開挖施工技術(shù)，主要適用于隧道圍巖穩(wěn)定性較好的開挖段。開挖區(qū)域內(nèi)的巖石比較堅(jiān)固時(shí)，可以通過鉆孔、裝藥、爆破開挖隧道的方法實(shí)施作業(yè)，之后再進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。選用全斷面開挖施工技術(shù)，可以提高施工速度，使水利工程隧洞施工質(zhì)量和效率顯著提升。

2.2 導(dǎo)洞開挖施工技術(shù)

導(dǎo)洞開挖是先掘進(jìn)斷面的一部分,而后擴(kuò)大至全斷面，通常適用于斷面較大、地質(zhì)條件差的情況。導(dǎo)洞開挖技術(shù)用于水利隧洞工程，具有一定的靈活性，能根據(jù)隧洞施工區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)，為接下來的排水、隧洞不良地質(zhì)處理等創(chuàng)造了極為便利的條件，保證了隧洞施工過程中良好的通風(fēng)效果。

2.3 錨桿加固支護(hù)技術(shù)

錨桿加固支護(hù)技術(shù)，主要應(yīng)用在隧洞出口邊坡、開挖深度超過5m，或深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境特別復(fù)雜的工程，以及隧道、正在生產(chǎn)的采掘工作面等地下洞室施工過程中。錨桿支護(hù)技術(shù)具有節(jié)約成本、效果明顯、操作簡單、運(yùn)用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于隧洞的開挖施工具有多種方式，支護(hù)方式也隨之不同。如果隧洞圍巖基本質(zhì)量較好，表面平整，可以掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，噴射混凝土；如果開挖斷面不具備一定的穩(wěn)定性，則應(yīng)先選擇隨機(jī)錨桿的方法開展支護(hù)作業(yè)，再進(jìn)行隧道襯砌混凝土施工作業(yè)。

2.4 混凝土襯砌隧道施工技術(shù)

在水利隧道工程中，襯砌是沿隧洞周圍建筑的、具有永久性支護(hù)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，能夠有效避免隧洞圍巖變形或者圍巖坍塌。施工前要做好勘測，在全面掌握施工巖石及其工程地質(zhì)性質(zhì)后，才可以進(jìn)行混凝土襯砌作業(yè)。當(dāng)隧洞水平收斂速度與實(shí)際要求相符，隧道凈空位移和拱頂位移速度滿足襯砌要求，同時(shí)支護(hù)表面沒有出現(xiàn)裂縫，才可以進(jìn)行襯砌施工[3]。

3 水利隧洞開挖施工技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 工程概況

以甘肅中部生態(tài)移民開發(fā)供水工程1 標(biāo)段為例，主體隧洞工程長2778.77m，隧洞進(jìn)口段在開挖掘進(jìn)過程中（樁號24+346.5-24+417），掌子面失穩(wěn)，洞頂發(fā)生大量涌砂。該段隧洞穿越古溝槽，布置第四系中更新統(tǒng)地層之中，埋深38～53m，圍巖巖性為（Q2pl）洪積粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、粉細(xì)砂及砂礫石，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，呈交互狀沉積，土層結(jié)構(gòu)密實(shí)，其粉細(xì)砂層、砂礫石層中賦存地下水，水量較小，地下水沿側(cè)墻滴滲及底板處涌出，地下水活動(dòng)輕微～中等，水質(zhì)差，對普通混凝土具硫酸鹽強(qiáng)腐蝕性。圍巖物理力學(xué)指標(biāo)：天然密度1.7～1.9g/cm3，內(nèi)摩擦角20°～28°，凝聚力0.024～0.04MPa，泊松比0.29～0.40，堅(jiān)固系數(shù)0.4～0.5。判定（Q2pl）圍巖類別為極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖。隧洞（Q2pl）圍巖成洞條件差，賦存地下水，開挖中圍巖不能自穩(wěn)。其中24+346.5～24+417.0 段圍巖為粉細(xì)砂層，在開挖過程中發(fā)生圍巖坍塌、變形，出現(xiàn)涌砂、涌土現(xiàn)象。洞身頂部形成空腔，該空腔存在重大安全隱患，為保證隧洞工程質(zhì)量，施工前準(zhǔn)備充分，先防護(hù)后施工，安全進(jìn)洞，嚴(yán)格按“新奧法”施工技術(shù)組織施工。開挖時(shí)堅(jiān)持安全第一的原則，采用“弱爆破（或不爆破），少擾動(dòng)，早支護(hù)，勤測量，快封閉”的方法，采取適宜的輔助施工措施，各工序緊密銜接，確保施工安全。

3.2 開挖施工技術(shù)

3.2.1 土石方明挖施工技術(shù)

（1）隧洞進(jìn)口和出口土方明挖施工。將土和巖石按照施工設(shè)計(jì)圖紙，從上到下分層進(jìn)行松動(dòng)、破碎、挖掘并運(yùn)出，每一層的厚度都應(yīng)嚴(yán)格控制在4m 內(nèi)。開挖過程中應(yīng)安排工作人員專門負(fù)責(zé)監(jiān)督、檢查，對高度大于30m、小于100m 的巖質(zhì)邊坡位移變形加強(qiáng)監(jiān)控，并采用鏟斗容量為1.2m3的反鏟挖掘機(jī)實(shí)施挖裝，15t 自卸卡車進(jìn)行運(yùn)輸。

（2）隧洞進(jìn)口和出口石方明挖施工。選擇yt-28 手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，在鑿巖深度相同的情況下，其轉(zhuǎn)速較低，更加耐用，并配有消音罩，有效改善了現(xiàn)場作業(yè)條件，與同類型機(jī)具相比較，具有重量輕、噪音小、效率高、經(jīng)濟(jì)效果好等特點(diǎn)。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)從上到下分層操作，每層實(shí)際厚度為3m，采用鏟斗容量為1.2m3的反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行裝渣，15t 自卸卡車進(jìn)行運(yùn)輸。

（3）在主爆孔爆破施工中，應(yīng)使用臺階微差松動(dòng)爆破技術(shù)，2 號巖石硝銨炸藥，非電毫秒雷管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)串聯(lián)起爆技術(shù)。周邊孔爆破施工中則先采取光面爆破技術(shù)實(shí)施鉆爆，之后再進(jìn)行主爆孔起爆。

（4）在渠道開挖過程中，應(yīng)采取全斷面法施工，結(jié)合實(shí)際隧洞挖深分層逐級式開挖，每段劃分成多個(gè)作業(yè)面，挖掘機(jī)械和裝載機(jī)同時(shí)開挖，每一臺挖掘機(jī)應(yīng)按照實(shí)際運(yùn)輸距離，配備一定數(shù)量的自卸汽車進(jìn)行運(yùn)土[4]。

3.2.2 石方洞挖施工技術(shù)

石方洞挖施工中采用yt-28 手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆爆，ZL50C 輪式裝載機(jī)裝渣，15t 自卸卡車運(yùn)輸。四級圍巖和五級圍巖段在施工過程中，應(yīng)遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”的原則進(jìn)行現(xiàn)場施工。根據(jù)不同圍巖位置，進(jìn)行爆破施工方案設(shè)計(jì)。

（1）隧洞II 類圍巖洞段?？咨?.3m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔間距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周邊爆破的炮孔間距0.55m，從裝藥重心到自由面的距離0.7m，隧洞周邊孔裝藥量1kg 中含0.35mg；

（2）隧洞IV 類圍巖洞段?？咨?.5m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔間距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周邊爆破的炮孔間距0.5m，從裝藥重心到自由面的距離0.65m，隧洞周邊孔裝藥量1kg 中含0.24mg；

（3）隧洞V 類圍巖洞段?？咨?m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔間距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周邊爆破的炮孔間距0.45m，從裝藥重心到自由面的距離0.6m,隧洞周邊孔裝藥量1kg 中含0.2mg。在現(xiàn)場施工過程中，實(shí)際爆破參數(shù)須結(jié)合施工現(xiàn)場爆破試驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的爆破效果。

4 水利隧洞工程塌方處理措施

在水利隧洞工程的開挖施工中，一旦發(fā)生塌方現(xiàn)象，應(yīng)遵循“小塌清，先支后清”、“大塌穿，先棚后穿”的原則，開展具體的塌方處理工作。

（1）如果塌方體積不大，并已進(jìn)行噴錨支護(hù)或架設(shè)構(gòu)件支撐時(shí)，可以在兩端或者在一端從上至下將坍渣清除干凈，并在開挖過程中，對頂部實(shí)行噴錨支護(hù)或架設(shè)構(gòu)件支撐，避免再次出現(xiàn)坍塌。

（2）如果塌方體積比較大，或者出現(xiàn)坍體堵塞的情況，施工人員不能進(jìn)到塌方區(qū)域開展支護(hù)時(shí)，可以通過注漿的方法對塌體進(jìn)行加固，再采用“穿”的方法在塌方區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行開挖。

（3）針對隧洞塌方洞段，可以采用管棚預(yù)注漿施工工藝，或沿著開挖隧道的外輪廓線,從一定角度打入管壁帶孔的小導(dǎo)管,向管內(nèi)壓注漿液，這樣不僅能夠?qū)λw進(jìn)行加固，與鋼拱架組合，還發(fā)揮了支撐塌體的棚架作用[5]。

5 結(jié)束語

加強(qiáng)水利隧洞工程施工管理，不僅對隧洞工程施工質(zhì)量和進(jìn)度的提升具有促進(jìn)作用，還能有效提升了水利工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。在水利隧洞工程的施工過程中，開挖施工是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，會(huì)受到不同外界因素的影響，出現(xiàn)塌方事故，嚴(yán)重影響工程整體施工進(jìn)度，給工程各責(zé)任主體的經(jīng)濟(jì)效益帶來了一定的負(fù)面影響。因此，在現(xiàn)場施工中，應(yīng)進(jìn)行科學(xué)的測量，并結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，采用合理的鉆孔技術(shù)和爆破方法，防止事故的發(fā)生，提高施工安全性，確保水利隧洞工程的施工質(zhì)量。