水利隧洞工程的開挖施工和塌方問題的處理研究

董 謙

（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

在實(shí)際的水利工程建設(shè)過程中，隧洞建設(shè)工程是其重要的組成部分，但經(jīng)常受到外界客觀環(huán)境因素和人為因素的影響，加上施工作業(yè)人員沒有采用相對(duì)統(tǒng)一的建設(shè)方法進(jìn)行操作處理，導(dǎo)致部分隧洞工程建設(shè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)質(zhì)量不具有安全性，甚至形成較為嚴(yán)重的塌方事故，為施工作業(yè)人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成一定的威脅。為了提高水利隧洞工程建設(shè)的建設(shè)質(zhì)量，管理部門應(yīng)結(jié)合實(shí)際的工程建設(shè)情況，從實(shí)際情況出發(fā)，在規(guī)范施工作業(yè)人員操作手段的基礎(chǔ)上，確保開挖施工流程的穩(wěn)定性[1]。

1 水利隧洞工程的主要功能

眾所周知，隧洞工程是水利建設(shè)工程項(xiàng)目的一部分，其主要的建設(shè)目標(biāo)就是大量輸水或者當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，進(jìn)而發(fā)揮排洪抗?jié)车淖饔茫?dāng)進(jìn)行開挖建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照國家規(guī)定的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)將隧洞建成封閉式的內(nèi)部輸水結(jié)構(gòu)，久而久之，人們通俗的將其叫做水工隧洞。因各類隧洞建設(shè)工程的實(shí)施手段和應(yīng)用特點(diǎn)都存在一定的差異性，建筑工程的管理人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的工程情況，運(yùn)用不同的開挖技術(shù)來增加隧洞結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷力，并在周密分析的基礎(chǔ)上，制定相對(duì)完善的工程建設(shè)方案。在實(shí)際的工程建設(shè)過程中，放水隧洞以及泄水隧道是最為常見的隧道結(jié)構(gòu)建設(shè)形式，放水隧道主要的建設(shè)功能是進(jìn)行大面積的灌溉、規(guī)模建設(shè)發(fā)電以及為廣大人民群眾提供大量水源[2]；而泄水隧道與前者有所不同，它主要是利用隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行泄放超過警戒線的水源，與此同時(shí)，施工作業(yè)人員還可以基礎(chǔ)的對(duì)水電站尾水進(jìn)行有效管理，并進(jìn)行基礎(chǔ)的建筑結(jié)構(gòu)施工建設(shè)。例如，近年來，我國著名的地下調(diào)水工程主要是利用隧洞工程的操作技術(shù)，當(dāng)建設(shè)工程后期投入使用過程中，隧洞施工項(xiàng)目暴露了諸多工程建設(shè)問題，特別是斷層塌方、地下暗河等不良現(xiàn)象，對(duì)此，相關(guān)人員應(yīng)充分對(duì)工程場地進(jìn)行實(shí)際的勘察，并采用一定的科學(xué)技術(shù)對(duì)土壤的化學(xué)物理成分進(jìn)行分析，進(jìn)而可以更好的對(duì)水利隧洞工程建設(shè)的安全穩(wěn)定實(shí)施做保障。

2 水利隧洞工程開挖施工準(zhǔn)備分析

外界客觀環(huán)境因素以及人為因素始對(duì)水利隧洞工程的建設(shè)形成負(fù)面影響，所以，在隧洞工程準(zhǔn)備之前，建筑企業(yè)管理部門應(yīng)詳細(xì)的對(duì)隧道工程場地的邊線、開挖軸線以及坡度、控制線和開挖的具體深度進(jìn)行綜合分析和測量，并引進(jìn)先進(jìn)的排水基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)埋設(shè)適量的控制樁以穩(wěn)定整個(gè)施工建設(shè)結(jié)構(gòu)[3]。另外，建筑人員還應(yīng)制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)隧洞開挖區(qū)域進(jìn)行截水溝建設(shè)，對(duì)那些臨時(shí)存在的排水溝和積水坑進(jìn)行安全規(guī)劃，在滿足施工建設(shè)安全、合規(guī)操作的基礎(chǔ)上，開挖過程中應(yīng)保留合理的坡度，同時(shí)對(duì)施工產(chǎn)生的廢水、圍巖滲水以及工作位面所產(chǎn)生的內(nèi)積水進(jìn)行有效排泄和管控。另外，為了提高工程項(xiàng)目的坡度安全，工程建設(shè)人員應(yīng)親自對(duì)工程現(xiàn)場進(jìn)行全方位的測量，一旦發(fā)現(xiàn)隧洞結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破裂、掉塊以及破損等不良情況，建筑團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)立即停止工程建設(shè)，采用有效的加固手段來集中進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，在此過程中，建筑企業(yè)應(yīng)投入適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)資金來購買先進(jìn)的開挖基礎(chǔ)施工設(shè)備，進(jìn)而促進(jìn)水利隧洞工程開挖工作的順利開展，與此同時(shí)，應(yīng)定期的對(duì)開挖機(jī)械設(shè)備老化零部件進(jìn)行維修保養(yǎng)，延長設(shè)備使用壽命，提高施工作業(yè)人員的整體組織效率，最后為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)價(jià)值奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。

3 水利隧洞施工開挖施工技術(shù)

3.1 全斷面開挖施工技術(shù)

一次性爆破形成隧道可以采用全面的開挖施工處理技術(shù)，并采用獨(dú)特的操作手段來支撐隧洞室內(nèi)的結(jié)構(gòu)支護(hù)，其中，經(jīng)過大量的實(shí)踐證明，全斷面的開挖施工技術(shù)展現(xiàn)了諸多優(yōu)點(diǎn)，一般表現(xiàn)為：建筑企業(yè)的施工作業(yè)人員應(yīng)在保證水利隧洞開挖工作安全實(shí)施的前提下，應(yīng)用簡單的操作工藝流程來提升隧洞工程的進(jìn)展[4]。另外，為了避免外界環(huán)境因素的影響，建筑企業(yè)應(yīng)適當(dāng)?shù)馁徺I相關(guān)先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，從而使得企業(yè)節(jié)約大量的人力、物力資源。除此之外，應(yīng)用全斷面開挖施工技術(shù)可以有效的幫助隧洞結(jié)構(gòu)快速成型，以避免圍巖結(jié)構(gòu)對(duì)隧洞內(nèi)部形成不利影響。值得注意的是，全斷面開挖施工技術(shù)在相對(duì)堅(jiān)硬的隧洞中應(yīng)用較多，施工作業(yè)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的工程建設(shè)情況，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)施工水平設(shè)計(jì)完善的建設(shè)方案。

3.2 臺(tái)階開挖施工技術(shù)

正臺(tái)階法和反臺(tái)階法是當(dāng)前臺(tái)階開挖施工技術(shù)的主要應(yīng)用方法，總而言之，在進(jìn)行實(shí)際的水利隧洞工程開挖過程中，建筑企業(yè)的設(shè)計(jì)方案人員應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件來決定相關(guān)應(yīng)用何種技術(shù)，以此來制定洞室內(nèi)的規(guī)格、尺寸和大小，在穩(wěn)定的巖體和土體中，應(yīng)用的臺(tái)階開挖技術(shù)較為普遍。

4 水利隧洞工程開挖施工要點(diǎn)

4.1 施工測量工藝

建筑測量人員應(yīng)專業(yè)的對(duì)水利隧洞工程進(jìn)行周密的測量，并根據(jù)實(shí)際的工程建設(shè)情況應(yīng)用合理的開挖工程技術(shù)，待其進(jìn)行隧道爆破后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)工程場地的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行收集、整理和匯總，并布置出適量的點(diǎn)布孔位。另外，當(dāng)水利隧洞開挖斷面測量之后應(yīng)完成混凝土的澆筑環(huán)節(jié)，并保證測量工作的間距在6-12cm之間[5]，與此同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而制定相關(guān)洞軸線，反復(fù)的對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的測量，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2 鉆孔施工要點(diǎn)

首先，隧洞施工作業(yè)人員應(yīng)按照規(guī)定對(duì)腰線、中線以及開挖輪廓線進(jìn)行測量，進(jìn)而可以促進(jìn)更好的鉆孔施工建設(shè)；其次，當(dāng)進(jìn)行濕式風(fēng)鉆鉆孔過程中，應(yīng)全面的對(duì)鉆機(jī)和相關(guān)螺栓進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)部分重要零部件發(fā)現(xiàn)損壞，應(yīng)立即進(jìn)行更換和改造，進(jìn)而提升風(fēng)鉆機(jī)運(yùn)行處于最佳狀態(tài)；最后，為了避免超挖現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)對(duì)隧洞周邊孔的偏角管控在最小的角度范圍內(nèi)，并保證光爆孔的偏差保持在8cm之內(nèi)。

4.3 爆破施工的要點(diǎn)

水利隧洞施工的爆破操作可能會(huì)直接影響整個(gè)工程項(xiàng)目的安全性和穩(wěn)定性。首先，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的施工情況制定科學(xué)、合理的爆破設(shè)計(jì)方案，并重點(diǎn)關(guān)注爆破施工的開挖斷面平整和洞壁穩(wěn)固，在爆破期間，還應(yīng)嚴(yán)格管控炸藥的具體用量，避免爆破施工對(duì)圍巖的不利影響；其次，還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)爆破模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)確定具體的爆破結(jié)果后及時(shí)的上報(bào)給上級(jí)管理部門，以便監(jiān)理部門的監(jiān)理工程師可以實(shí)時(shí)的對(duì)爆破結(jié)果和爆破參數(shù)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)和控制；最后，建筑施工企業(yè)應(yīng)明確爆破施工點(diǎn)的具體位置，妥善的應(yīng)用相關(guān)操作技術(shù)進(jìn)行隧洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷面開挖，在進(jìn)行鉆孔爆破設(shè)計(jì)的過程中，使得相關(guān)鉆孔的直徑在38.5-42.5mm之間，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)合理的確定炮孔深度，一般情況下，可以選擇使用防水乳等炸藥，通過非點(diǎn)導(dǎo)爆管起爆。為了減少爆破施工對(duì)圍巖的不利影響，相關(guān)人員不應(yīng)使用藕合裝藥[6]。

在對(duì)前述三點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注后，還應(yīng)綜合處理爆破施工之后的危石清除處理工作，當(dāng)爆破過程中，出現(xiàn)大量的危石后，相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清除，從而更好的促進(jìn)水利隧洞安全建設(shè)。另外，技術(shù)檢驗(yàn)人員應(yīng)嚴(yán)格按照施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)已經(jīng)開挖洞內(nèi)的圍巖穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行技術(shù)檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)大量的碎石掉落，應(yīng)有針對(duì)性的采取相關(guān)處理手段，進(jìn)而對(duì)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，只有等到所有的破碎洞段都得到提升和改善后，應(yīng)立即對(duì)隧洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)加設(shè)大約6cm左右的混凝土，只有等到出渣基礎(chǔ)工作都順利完成后，再全面的進(jìn)行安全檢查。

5 水利隧洞工程開挖塌方處理

水利隧洞工程項(xiàng)目的開挖處理直接影響著整個(gè)施工建筑工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量，在實(shí)際的建設(shè)期間，施工作業(yè)人員應(yīng)堅(jiān)持“小塌清，先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的基本原則規(guī)范流程建設(shè)。值得說明一點(diǎn)的是，這里所說的“小塌清，先支后清”，即在水利隧洞施工建設(shè)中，開挖過程的塌方量相對(duì)較少，為了維修并加固水利隧洞工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，施工作業(yè)人員應(yīng)加固塌方內(nèi)部基礎(chǔ)建設(shè)，之后再采用獨(dú)特的施工技術(shù)來清理塌方內(nèi)部的雜物和碎石，塌方內(nèi)部的加固操作，應(yīng)統(tǒng)一進(jìn)行處理，一旦出現(xiàn)塌落等不良事故，會(huì)直接威脅著施工作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。一般情況下，如果水利隧洞工程內(nèi)部曾經(jīng)出現(xiàn)過塌方事件，都會(huì)間接的影響隧洞兩側(cè)結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，為后期隧洞投入帶來了諸多不確定風(fēng)險(xiǎn)隱患，此時(shí)，施工作業(yè)人員沒有重視塌方頂部的支撐加固，可能會(huì)立即導(dǎo)致塌方坑道側(cè)壁失去平衡，從而造成再次塌方。

“大塌穿，先棚后穿”就是指施工作業(yè)人員在進(jìn)行大規(guī)模的水利隧洞施工建設(shè)過程中，即塌方工程量相對(duì)較大時(shí)，開挖建設(shè)周期相對(duì)較長，這時(shí)就需要施工作業(yè)人員具有實(shí)際的工作能力和獨(dú)特的操作技巧，通過先進(jìn)的技術(shù)檢測設(shè)備來快速定位塌方區(qū)域的具體位置和主要形狀，從而為后期塌方工程建設(shè)創(chuàng)造有利的條件[7]。與此同時(shí)，當(dāng)發(fā)生以上建筑情形時(shí)，可以將塌方結(jié)構(gòu)看做一個(gè)整體，也可以看成是一段相對(duì)破碎松散的地層結(jié)構(gòu)，此時(shí)可以應(yīng)用超前支撐的方法或者是采用開挖導(dǎo)坑的方法穿越塌方體，來提升內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量效果。特別是在采用以上的施工方法后，當(dāng)進(jìn)行穿越處理技術(shù)時(shí)，應(yīng)將塌方部位的兩端的頂部進(jìn)行加固處理，進(jìn)而擴(kuò)大塌方的整體加固部位，與此同時(shí)，在實(shí)際的穿越過程中，還可以利用插板法來穩(wěn)固內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即施工作業(yè)人員針對(duì)隧洞導(dǎo)坑內(nèi)部的頂端使用相關(guān)技術(shù)手段，將適量的插板安設(shè)在相關(guān)塌方體內(nèi)，從而形成相對(duì)完整的棚頂基礎(chǔ)設(shè)施，然后，施工作業(yè)人員在保證安全建設(shè)環(huán)境的條件下，全面的進(jìn)行開挖技術(shù)處理，并重點(diǎn)關(guān)注開挖期間的挖變襯砌效果。

6 結(jié)束語

總而言之，水利隧洞開挖工程建設(shè)受到各種外界客觀因素的影響，相關(guān)建筑人員應(yīng)妥善處理隧洞工程建設(shè)的各個(gè)操作流程，并積極學(xué)習(xí)并引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的隧洞開挖處理技術(shù)，要求相關(guān)人員不斷學(xué)習(xí)理論知識(shí)，同時(shí)，聘請專業(yè)的建筑專家對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行專業(yè)的指導(dǎo)，通過技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐，在因地制宜、統(tǒng)籌規(guī)劃的基礎(chǔ)上，確保水利隧洞工程開挖的安全性和穩(wěn)定性，避免塌方問題的出現(xiàn)，最后促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。