水利工程輸水隧洞施工開挖與襯砌技術(shù)研究

范世運，王 赫

（吉林省節(jié)水灌溉發(fā)展股份有限公司，吉林長春130000）

開挖襯砌技術(shù)是水利工程輸水隧洞施工中的關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)水平直接影響工程整體質(zhì)量和輸水隧洞的使用壽命。在實際施工中，應嚴格按施工技術(shù)的規(guī)范性與標準性進行操作，避免出現(xiàn)各類質(zhì)量問題，影響輸水隧洞的正常使用。

1 開挖施工技術(shù)

1.1 洞口

首先，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合理的開挖工藝，如采取土石方明挖工藝，按照自上而下順序分層分段開展洞口土石方開挖作業(yè)，使用挖掘機等機械器具將洞口土方保持特定坡勢，以此來改善洞口開挖排水效果，積水在重力作用下朝指定方向排放，避免在坑底形成積水。同時，在保證施工安全的前提下，可選擇采取光面爆破技術(shù)，使用TY26型手風鉆機等設備，在隧洞洞口處鉆設若干孔洞，在洞內(nèi)裝入藥包，確定無誤后，同時起爆藥包，全斷面一次爆破成型，對欠挖部位開展人工鑿除作業(yè)。其次，提前清理現(xiàn)場地表植被與障礙物，做好超前支護，為后續(xù)洞口開挖作業(yè)的開展營造良好施工條件，避免洞頂受到施工擾動與地下水作用影響出現(xiàn)坍塌事故。最后，合理選擇洞口施工時間節(jié)點，洞口圍巖結(jié)構(gòu)受雨水滲透侵蝕易出現(xiàn)松動脫落與洞頂塌方事故，盡量避免在雨期組織洞口施工。在雨季進行隧洞開挖施工時，提前對圍巖結(jié)構(gòu)進行加固處理，如采取注漿加固法，在圍巖孔隙裂縫中高壓灌注水泥砂漿，待砂漿凝結(jié)硬化起到堵塞滲水通道與穩(wěn)固圍巖的作用。同時，在施工現(xiàn)場設置截水溝與集水井等排水設施。

1.2 洞身開挖技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場情況、地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)與圍巖種類，選擇適當?shù)亩瓷黹_挖技術(shù)，常用技術(shù)為臺階開挖法、全斷面開挖法以及支撐法，不同技術(shù)的適用范圍、工藝流程及操作要點存在明顯差異。其中，全斷面開挖法適用于圍巖等級為I、II類的水利工程，在現(xiàn)場配置多功能作業(yè)臺車，施工人員使用手風鉆機等設備在隧洞內(nèi)部鉆設若干數(shù)量的楔型掏槽，在槽內(nèi)放入藥包與塑料導爆管，采取毫秒微差技術(shù)按順序起爆藥包。而臺階法是采取機械開挖方式在現(xiàn)場挖設臺階，依次挖設上中下臺階，搭設支護結(jié)構(gòu)來封閉成環(huán)，必要情況下使用風鉆鉆孔爆破。例如，應用三臺階臨時仰拱法時，使用銑挖設備開展洞身開挖作業(yè)，依次挖設上中下臺階，將單個臺階的長度控制在4.0m左右，臺階挖設完畢后，在限定時間內(nèi)封閉掌子面，采取錨桿、鋼筋網(wǎng)、混凝土噴射層的聯(lián)合支護技術(shù)，在現(xiàn)場搭設鋼架橫撐。

1.3 輸水隧洞開挖支護技術(shù)

輸水隧洞開挖期間受到施工擾動影響，容易破壞洞口與洞身部位圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，進而出現(xiàn)圍巖松動脫落與隧洞坍塌等安全事故。因此，為保障施工安全，同步開展隧洞開挖支護作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇支護技術(shù)種類，在隧洞洞口與洞身部位搭設支護結(jié)構(gòu)來固定圍巖。例如，應用噴錨支護技術(shù)，在洞口與洞身部位鉆設若干數(shù)量孔洞，在孔內(nèi)插入特定型號的螺紋鋼筋，合理設定錨桿長度與間隔排距等參數(shù)，在孔洞內(nèi)灌注水泥砂漿，待漿液凝結(jié)固化后形成全長黏結(jié)性水泥砂漿錨桿。隨后，在錨桿上掛靠高強度鋼筋網(wǎng)，將鋼筋網(wǎng)與錨桿進行固定連接，搭設鋼拱架，要求鋼拱架緊貼巖面，在拱部邊緣處設置超前錨桿。最后，在鋼筋網(wǎng)表面均勻噴射混凝土，對混凝土層表面進行壓實抹平處理，做好混凝土養(yǎng)護作業(yè)，在混凝土凝結(jié)硬化后，與錨桿、鋼筋網(wǎng)共同構(gòu)成支護體系。此外，為減小地下水滲漏與壓力作用等因素對隧洞支護效果造成的影響，避免出現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)問題，提前做好相關(guān)準備工作，如清理隧洞洞口與洞身周邊分布的散碎土石塊，采取高壓灌漿加固技術(shù)對隧洞圍巖結(jié)構(gòu)中的孔隙裂縫進行封堵處理，在現(xiàn)場設置排水溝與截水溝等排水設施。

2 襯砌技術(shù)

2.1 錨桿施工

1）錨桿選擇。綜合分析圍巖結(jié)構(gòu)及種類、鉆孔方法、鉆孔機具型號等因素，合理選擇錨桿的材質(zhì)種類，設定錨桿長度與直徑等參數(shù)，要求將錨桿的插孔長度控制在錨桿總長的35%以上。

2）錨桿預處理。在正式施工前，對錨桿的規(guī)格尺寸與外觀質(zhì)量進行檢查，退回存在明顯質(zhì)量缺陷的錨桿。隨后，清除錨桿表面附著的灰塵污漬與殘留銹跡，對輕微彎曲的錨桿進行校直處理。

3）成孔質(zhì)量控制。施工人員使用手風鉆機等設備，在現(xiàn)場鉆設若干數(shù)量孔洞，對成孔質(zhì)量進行檢查，如檢查相鄰孔洞間距、成孔位置、孔徑、深度、孔壁垂直度等，確定成孔質(zhì)量達標后，將錨桿插入孔內(nèi)，對錨桿插孔深度進行測量調(diào)整，將注漿管插入孔內(nèi)75mm左右，勻速注入水泥砂漿，待砂漿凝結(jié)硬化后，即可完成錨桿施工。

4）確定錨孔施工順序。在一般施工條件下，依次開展錨桿施工與混凝土噴射作業(yè)，在隧洞洞身形成錨噴支護體系。而在現(xiàn)場分布IV、Ⅴ類圍巖或是特殊圍巖時，需要緊跟開挖面，選擇向噴后錨再復噴施工順序，提前在洞身圍巖結(jié)構(gòu)表面噴射一層適當厚度的混凝土層，再開展錨桿施工與混凝土噴射施工，以此來強化圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。

2.2 混凝土噴射

在混凝土噴射環(huán)節(jié)，為減小材料因素對輸水隧洞襯砌質(zhì)量造成的影響，應提前做好混凝土試拌作業(yè)，制備小批量的混凝土，將混凝土試樣送至實驗室檢測，根據(jù)檢測報告與混凝土材料性能指標的對比結(jié)果，對混凝土配合比方案進行優(yōu)化調(diào)整，對應變更水泥、集料、拌合水等原材料的用量比重，調(diào)整拌合水pH值，更換水泥品種。隨后，對隧洞圍巖進行清理，清除現(xiàn)場分布的障礙物與松散圍巖，在后續(xù)混凝土噴射過程中，避免松散圍巖受混凝土沖刷作用力影響而出現(xiàn)掉落事故。嚴格控制混凝土噴射速度、噴射壓力、混凝土層厚度等參數(shù)，將參數(shù)偏差值控制在允許范圍內(nèi)，并對混凝土噴射成果質(zhì)量進行檢查，對局部脫落開裂的混凝土層進行補噴。最后，對混凝土層表面進行壓實整平處理，開展混凝土養(yǎng)護作業(yè)，避免在混凝土凝結(jié)硬化期間受自身與外部環(huán)境影響而出現(xiàn)裂縫。

2.3 襯砌施工

首先，為保障施工安全，提前對隧洞噴錨支護體系進行檢查，判斷噴錨支護質(zhì)量是否滿足施工要求，在必要情況下對噴錨支護體系進行加固處理。例如，檢查混凝土噴層表面是否形成裂縫，根據(jù)裂縫寬度和深度，采取表面封閉法或是內(nèi)部修補法進行處理。其次，開展測量放樣作業(yè)，以施工圖紙為參照，使用水準儀等設備，對輸水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的中線、斷面與標高進行測量標記，并采取排堵水措施，確保襯砌表面無滲水現(xiàn)象。隨后，以隧洞底板為起始點，向頂板與拱頂部位延伸澆筑混凝土，嚴格控制混凝土澆筑速度，如果澆筑過快易在表面形成裂縫，盡量一次性完成襯砌澆筑作業(yè)。最后，開展混凝土養(yǎng)護作業(yè)，在表面淋灑適量水分，將內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，待達到養(yǎng)護時間，且試塊強度達標后，開展脫模作業(yè)。

3 結(jié)語

綜上所述，在水利工程輸水隧洞施工中，應確保隧洞開挖與襯砌施工規(guī)范化操作，根據(jù)工程情況合理選擇技術(shù)工法，嚴格控制各施工環(huán)節(jié)質(zhì)量，預防和減少襯砌裂縫、圍巖松脫滑落、隧洞坍塌等施工問題的出現(xiàn)，提高輸水隧洞整體建設質(zhì)量，保障工程順利開展。