水電水利工程隧洞開挖施工技術(shù)與質(zhì)量控制

徐俊杰，李 磊

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122）

在水電水利工程建設(shè)中，隧洞施工質(zhì)量對整個工程的成功與否起到了決定性的作用。通過優(yōu)化水電水利工程隧洞的施工管理，可以顯著地降低施工中的問題和風(fēng)險，從而確保隧洞工程的質(zhì)量達標(biāo)。然而，隧洞施工在水利項目中往往面臨諸多挑戰(zhàn)。由于開挖過程中易受到各種內(nèi)外部因素的干擾，隧洞施工時常遭遇各種不可預(yù)測的質(zhì)量問題。為應(yīng)對這些問題，建議在施工前，根據(jù)工程的具體環(huán)境和隧洞的開挖特性，仔細選擇合適的施工方法。同時，加強施工質(zhì)量的監(jiān)控，確保每一個施工細節(jié)都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，不僅能夠保障隧洞工程的安全和穩(wěn)定，還能充分體現(xiàn)隧洞施工在整個水電水利工程中的重要價值[1]。

1 水電水利工程隧洞開挖存在的問題

1.1 安全性問題

隧洞開挖中的安全性問題是工程中重要的關(guān)注點之一。由于地下環(huán)境的復(fù)雜性，施工人員可能會遇到各種不可預(yù)知的地質(zhì)條件，如斷層、孔洞、水壓和地下水滲透。這些不穩(wěn)定的因素可能導(dǎo)致隧洞坍塌、水害、火災(zāi)和有害氣體的積累。隧洞的深度和長度也可能影響到通風(fēng)、排水和應(yīng)急疏散的難易程度。此外，由于地下空間的限制，施工設(shè)備和人員的操作空間受限，容易引發(fā)事故。如果沒有進行充分的地質(zhì)勘查和風(fēng)險評估，或者沒有采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防和應(yīng)對措施，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能對施工人員的生命安全構(gòu)成威脅。

1.2 施工質(zhì)量問題

關(guān)于隧洞工程開挖施工質(zhì)量，主要從“半孔率、超欠挖、平整度”三個方面進行考慮衡量。在隧洞的爆破開挖過程中，半孔率是體現(xiàn)爆破開挖外觀質(zhì)量最直觀的指標(biāo)之一，根據(jù)以往工程經(jīng)驗表明，半孔率在很大的程度上反映了爆破開挖工程的總體質(zhì)量水平。超欠挖值是體現(xiàn)開挖爆破質(zhì)量均衡性和局部極端差異的指標(biāo)，結(jié)合線性超挖值可大致判斷開挖面平整度，異常的最大超挖值可體現(xiàn)圍巖是否有弱地質(zhì)段或不利組合節(jié)理。如爆破開挖后設(shè)計輪廓面平整度達不到設(shè)計要求或產(chǎn)生爆破裂縫，將增加巖體的不穩(wěn)定性或給后續(xù)支護施工帶來難度，增加加固處理措施費用，同時，影響工程進度。[2]

2 水電水利工程隧洞開挖施工技術(shù)

2.1 爆破設(shè)計

隧洞爆破設(shè)計是隧洞施工中的重要環(huán)節(jié)。在水電水利工程中，隧洞的穩(wěn)定性和安全性是至關(guān)重要的，因此選擇合適的爆破方法和孔網(wǎng)參數(shù)是至關(guān)重要的。不斷的優(yōu)化爆破設(shè)計不僅可以有效提高隧洞開挖的效率，還可以最大限度地減少對隧洞巖面和周邊環(huán)境的不良影響。

為提高地下洞室爆破開挖效果，爆破設(shè)計首先需要對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件進行詳細的勘察和分析，包括巖石類型、裂隙分布、應(yīng)力狀態(tài)等。了解地質(zhì)情況后，可以根據(jù)巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)選擇適合的爆破方式，洞室爆破開挖一般宜采用光面爆破工藝。經(jīng)驗表明，爆破設(shè)計中的炮眼深度、周邊孔孔距、裝藥量、起爆順序等參數(shù)直接影響地下洞室的爆破開挖質(zhì)量，因此必須對爆破設(shè)計進行優(yōu)化。首先根據(jù)現(xiàn)場巖性和開挖尺寸及工程經(jīng)驗，確定初步的爆破設(shè)計。然后，在現(xiàn)場進行爆破試驗，通過爆破后半孔率、最大超（欠）挖值、平整度等結(jié)果不斷優(yōu)化相關(guān)爆破參數(shù)，同時還要根據(jù)爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)點振動速度來判斷爆破對周圍結(jié)構(gòu)的影響，最終確定最優(yōu)的爆破設(shè)計參數(shù)。在開挖爆破施工過程中，還應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件的變化，不斷調(diào)整爆破設(shè)計參數(shù)以取得最佳的爆破效果，合理的參數(shù)選擇可以保證爆破的均勻性和連續(xù)性，可以有效提升洞室爆破開挖施工質(zhì)量。

另外，在隧洞爆破工作中，由于涉及巨大的能量釋放，安全問題是首要考慮的因素。在爆破設(shè)計過程中，必須全面考慮可能的風(fēng)險和危害，如巖石飛濺、有害氣體的釋放、地震波的影響等，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，以確保施工過程中人員的安全。此外，考慮到爆破后隧洞的用途和設(shè)計要求，特別是對于水利工程隧洞，需要確保爆破后的隧洞滿足水密性、穩(wěn)定性和使用壽命等方面的要求，以確保工程的可持續(xù)性和長期運行。

2.2 支護施工

隧洞開挖后的支護施工對于隧洞的穩(wěn)定性和施工人員的安全至關(guān)重要。隧洞壁面的即時支護不僅可以確保工程的持續(xù)進行，還能減少隧洞的變形和移位，提高施工效率。尤其在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，如砂質(zhì)土、黏土或有大量地下水的地方，支護施工的重要性更為凸顯。

各種支護方法都有其適用的環(huán)境和條件。例如，錨桿支護適用于硬巖或半硬巖地質(zhì)，它通過錨桿固定巖體，提供較好的穩(wěn)定性。而鋼支架支護多用于軟土地質(zhì)，它可以提供即時的支撐，防止土體的變形和移位。噴射混凝土支護則是通過噴射混凝土封閉裸露巖面，減少掉塊坍塌風(fēng)險，適用于各種地質(zhì)條件，尤其是在緊急情況下，它可以提供快速而有效的支護。選擇合適的支護方法需要考慮多種因素，如地質(zhì)條件、開挖深度、隧洞用途等。

施工時，選擇優(yōu)質(zhì)的支護材料和正確的施工方法也是至關(guān)重要的。支護材料需要有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性和持久性，以確保長時間的穩(wěn)定性。施工方法則需要確保支護的均勻性和連續(xù)性，防止隧洞壁面的裂縫和滲水。此外，隨著施工的深入，支護方法和材料可能需要調(diào)整，以應(yīng)對不同的地質(zhì)條件和施工要求。

2.3 隧洞掘進方法

隧洞的開挖方法在水電水利工程中具有關(guān)鍵性的作用，直接影響到工程的進度、質(zhì)量和成本。不同地質(zhì)條件和工程需求下，有多種隧洞掘進方法可供選擇，其中常見的包括全斷面掘進法、頂管法和盾構(gòu)法等。

全斷面掘進法通常適用于硬巖或堅硬地質(zhì)條件下，其特點是以傳統(tǒng)的開挖機械進行均勻的巖石開挖。這種方法在地質(zhì)條件較好的情況下，能夠保證較高的掘進速度和較好的施工質(zhì)量，同時也具有較低的成本。

頂管法適用于相對較軟的土壤或砂質(zhì)地質(zhì)條件，尤其在城市地區(qū)施工時常見。該方法從地表開始逐漸開挖，隨著進展逐漸安裝預(yù)制隧洞管段，從而實現(xiàn)地下空間的創(chuàng)建。這種方法能夠最小化地表干擾，對城市交通和建筑物影響較小。

盾構(gòu)法是一種適用于高度復(fù)雜地質(zhì)條件的高技術(shù)方法，通常用于軟土、泥漿、高水位等環(huán)境下的隧洞開挖。盾構(gòu)機具有強大的土壤掘進和支護能力，能夠減少地表沉降和地下水滲漏的風(fēng)險。尤其在城市地區(qū)和水下施工時，盾構(gòu)法被廣泛采用。

2.4 環(huán)境保護和廢料處理

在水電水利工程隧洞的開挖過程中，廢料的產(chǎn)生是不可避免的。這些廢料通常包括巖石碎片、泥漿和其他開挖產(chǎn)物。為了保護周邊環(huán)境，必須采取有效的廢料處理措施。廢料的處理包括分類、運輸和處置。分類是將廢料分成可回收和不可回收的部分，以最大程度地減少資源浪費。運輸廢料需要采用合適的交通方式，并確保在運輸過程中不會對環(huán)境造成污染。廢料的處置需要遵循當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，通常包括填埋、回收或重新利用等方法，以降低對土地和水源的不良影響。

此外，隧洞開挖可能對周邊地下水資源、生態(tài)環(huán)境和社區(qū)造成潛在的影響。為了減少這些影響，需要采取一系列環(huán)境保護措施。例如，塵?？刂剖侵匾沫h(huán)境保護措施之一，可以通過灑水、覆蓋和風(fēng)簾等方法減少施工現(xiàn)場的粉塵排放。此外，噪聲減少也需要考慮，可以通過降低機械設(shè)備的噪聲、合理安排施工時間等方式來減少噪聲對周邊居民的干擾。廢水處理是另一個關(guān)鍵問題，需要確保施工過程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗笈欧?，以避免對水質(zhì)造成污染[3]。

3 水電水利工程隧洞開挖施工質(zhì)量控制對策

3.1 加強技術(shù)準(zhǔn)備

水電水利工程隧洞開挖是一個復(fù)雜的工程任務(wù)，其中技術(shù)準(zhǔn)備起著至關(guān)重要的作用。一個周全的技術(shù)準(zhǔn)備階段不僅可以確保施工計劃的順利執(zhí)行，還可以為施工團隊提供一個清晰的指導(dǎo)方針，幫助施工團隊?wèi)?yīng)對遇到的挑戰(zhàn)。此外，適當(dāng)?shù)募夹g(shù)準(zhǔn)備還能有效地降低項目的整體成本，因為預(yù)先規(guī)劃和設(shè)計可以減少在施工過程中出現(xiàn)的延誤和錯誤。反觀，如果僅依賴傳統(tǒng)的或過時的施工方法，可能會遭遇各種預(yù)料之外的困難，從而增加項目的風(fēng)險和成本。

以某具體的水電水利工程為例，其中的技術(shù)指導(dǎo)明確規(guī)定了采用“新奧法”施工技術(shù)，這種方法為當(dāng)前施工團隊提供了一個結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)和實踐的操作指南。特別在處理軟弱圍巖時，這種方法的采納可以確保施工的安全性和效率。對于這類地段，傳統(tǒng)的施工方法可能無法達到預(yù)期效果，甚至可能引發(fā)安全隱患。因此，根據(jù)項目的具體需求和地質(zhì)條件調(diào)整挖設(shè)策略，確保工程的質(zhì)量和安全，是每個施工團隊都應(yīng)遵循的原則。

3.2 優(yōu)化施工方案

隨著國家的快速發(fā)展，各項工程項目的需求和挑戰(zhàn)也日益增多。合理的技術(shù)方案選擇成為項目成功的關(guān)鍵因素之一。在眾多的工程項目中，可能會出現(xiàn)技術(shù)方案選擇不當(dāng)，從而導(dǎo)致施工過程中的各種困難和挑戰(zhàn)。針對這些可能的問題，水電水利工程隧洞開挖施工中的技術(shù)方案選擇應(yīng)當(dāng)考慮多種因素，如地質(zhì)條件、現(xiàn)有的施工技術(shù)和工具，以及可能的外部干擾。例如，選擇合適的爆破工藝、炸藥類型和設(shè)備都是確保施工順利進行的關(guān)鍵。

以某特定水電水利工程為例，充分體現(xiàn)了如何根據(jù)具體情況選擇和優(yōu)化施工方案。在這個項目中，光面爆破工藝得以應(yīng)用，而這一決策是基于對地質(zhì)條件的深入研究。利用專業(yè)設(shè)備如ZWL-80/47.2L 電動扒渣機，確保爆破后的清理工作高效且準(zhǔn)確。為確保施工的安全性和質(zhì)量，選用了先進的氣腿式風(fēng)鉆和TK-961型濕噴機。此外，還遵循一系列嚴(yán)格的施工原則，如“管超前、嚴(yán)注漿、早封閉、勤量測”，這都確保了隧洞開挖施工的順利進行，最大限度地減少可能的風(fēng)險和誤差[4]。

3.3 強化技術(shù)監(jiān)督

在水電水利工程隧洞開挖施工中，技術(shù)監(jiān)督的角色不可或缺。透過對技術(shù)應(yīng)用的細致監(jiān)控，確保工程的施工質(zhì)量達到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，避免可能的失誤。首先，確立明確且可執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是前提，這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)基于工程現(xiàn)場的實際情況，確保各施工環(huán)節(jié)均能夠準(zhǔn)確對接。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，每一步施工都應(yīng)進行詳細的記錄和監(jiān)測，不僅為施工團隊提供了寶貴的參考信息，同時也確保了每個工程環(huán)節(jié)都能按預(yù)定的方向前進。技術(shù)監(jiān)督也能促進工程中的創(chuàng)新與進步，使得整個工程能夠更加符合現(xiàn)代技術(shù)的要求。

隨著施工的推進，技術(shù)監(jiān)督應(yīng)具備一定的靈活性，以應(yīng)對不可預(yù)測的施工挑戰(zhàn)。尤其是在大規(guī)模的施工項目中，可能會遇到各種預(yù)料之外的情況，如環(huán)境變化、設(shè)備故障或人員配置的問題。在這些情況下，技術(shù)監(jiān)督應(yīng)迅速識別問題，并采取必要的措施進行糾正。例如，對于出現(xiàn)的偏差，應(yīng)進行深入分析，找出根本原因，并采取措施進行調(diào)整，確保施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。技術(shù)監(jiān)督不僅要保持對施工的嚴(yán)格監(jiān)控，還要具備靈活應(yīng)變的能力，確保整個水電水利工程隧洞開挖施工都能在預(yù)定的軌道上穩(wěn)步前進。

3.4 加強過程管理

在水電水利工程隧洞開挖項目中，每一個細節(jié)都可能影響到最終的施工質(zhì)量，尤其是當(dāng)涉及關(guān)鍵材料如混凝土的處理時?；炷恋馁|(zhì)量直接關(guān)系到工程的穩(wěn)定性和耐久性。冬季施工時，由于溫差，材料的性質(zhì)可能發(fā)生變化，因此混凝土拌合的時間和方法需要特別關(guān)注。為保證混凝土的質(zhì)量和性能，施工方需要考慮環(huán)境因素，確?；炷猎跀嚢钑r得到充分的混合。延長拌合時間不僅可以確?；炷林懈鱾€成分得到充分的混合，還能減少因材料溫度差異而可能引發(fā)的施工問題。適當(dāng)?shù)陌韬蠒r間還能避免混凝土出現(xiàn)離析、沉淀等不良現(xiàn)象，從而確保工程的結(jié)構(gòu)強度和施工質(zhì)量。

此外，導(dǎo)流洞內(nèi)的混凝土應(yīng)由專用的混凝土罐車進行運輸，并采用泵送入倉的澆筑方法。為防止混凝土在冷季溫度下受到冷卻，罐車外部需要使用泡沫板進行保溫，同時還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┛s短運輸時間，確?；炷帘３至己玫臓顟B(tài)。在混凝土泵送的過程中，泵送管道也應(yīng)該用泡沫板包裹，以避免混凝土在運輸過程中出現(xiàn)離析或溫度下降的現(xiàn)象。此外，工地的專業(yè)人員還需要定期對混凝土的表面狀況進行檢查和測量，以確保其質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。通過這種嚴(yán)格的過程管理，不僅可以維持混凝土的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，還能進一步提高整個水電水利工程隧洞開挖的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

水電水利工程隧洞開挖施工是一項復(fù)雜的任務(wù)，其涉及的施工步驟眾多，且隧洞本身的結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，這無疑增大了施工的挑戰(zhàn)。為確保工程的順利進行與高質(zhì)量完成，每一階段，從前期的準(zhǔn)備到實際施工，再到后續(xù)的檢查，都需進行細致的規(guī)劃與管理。特別是在施工之前，充分的準(zhǔn)備和科學(xué)的管理策略是關(guān)鍵。通過對每一步驟和每一細節(jié)的精確控制，不僅可以最大程度地減少施工過程中的質(zhì)量問題，還能確保整個水電水利工程隧洞開挖施工的安全與穩(wěn)定。因此，對于任何涉及此類工程的團隊或者組織，高度的專業(yè)性、責(zé)任感和對技術(shù)的尊重都是成功的關(guān)鍵[5]。