浅谈隧洞工程施工支洞的选择

四川省水利职业技术学院 四川都江堰 611830

【摘要】本文笔者根据自己多年从事水电隧洞工程建设的经验总结，对各种开挖断面在多长的施工距适合设置支洞，以及如何选好支洞口位置作了通俗的介绍，作为工作经验交流，供对隧洞工程感兴趣的同行参考。

【关键词】隧洞；施工；支洞选择

中图分类号：TV554 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）08-（页码）-页数

隧洞工程是基本建设中常见的工程项目，凡在山区修建水电站、高速公路、铁路、矿山等项目，几乎都涉及隧洞工程。如遇隧洞太长时，为了减小施工难度，节约成本，缩短工期，通常在地形条件允许的情况下，选择适当的位置设置施工支洞。

1.讨论选择支洞问题的意义

第一，施工支洞并不是每个隧洞工程都有，也就是说隧洞工程不是一定要设支洞，设不设支洞最终是以综合效益来决定，包括施工成本、设备投入、施工工期等，最终都能通过计算比较出经济效益来。并不是说设隧洞太长了，施工困难了，无法施工，才设支洞。而是从综合经济效益的角度来考虑需要设置支洞。

第二，主洞工程一般是永久建筑物，是主体工程，因此，在工程前期已纳入项目整体中加以详细讨论，一般主洞由设计确定。施工支洞不同，施工支洞一般为临时工程，支洞设置也具有灵活性，除支洞个数有一定灵活性，各个支洞的支洞口位置及支洞轴线走向灵活性更大，由于支洞设置的灵活性及临时性，导致调整的可能性，往往设计前期做的工作不是很细致，就留给后来参与工作的工程技术人员在开工前对支洞选择做更多工作的空间。

第三，支洞的数量（也即设几个支洞）及支洞位置优劣，与工程施工安全、工程投资、工期、进度密切相关，因此，在工程开工之前，有必要对支洞的选择再做进一步的工作，特别是支洞口位置和轴线的选择，从施工角度做更详细的工作。

2.施工支洞数量的确定

前面已经说到，主洞较长时，施工难度大，施工成本高，工期长，设置支洞的目的就是有利于解决这些问题。那么主洞一般要多长，或者主洞在哪种情况下需要设支洞呢？一般来说，主洞设置施工支洞，主要由三个因素决定，一是主洞长度，二是主洞断面大小，三是是否有设置支洞的地形（地形决定支洞本身的长度）。

首先讨论在不考虑地形因素对设置支洞的限制，并满足主洞是在两端都有开挖工作面时，主洞长短和主洞开挖断面大小与需要设置支洞的原因分析如：（1）主洞开挖断面1200m，应考虑设置支洞。因为开挖断面1500m时，应考虑设置支洞，因为该断面开挖作业时，只能用小型施工机械装、运渣、通风设备仍然受到洞内空间限制，单工作面开挖超过800米时，送风、排烟困难。（3）主洞开挖断面12～20㎡，长度>2500m时，应考虑设置支洞，因为该断面开挖装、运渣时，中、小型机械可操作，安装送风、排烟设备空间不太充足，断面若与12㎡接近，送风、排烟1200米有困难，若断面靠近20㎡，送风、排烟1500米可解决。（4）主洞开挖断面20～40㎡，长度>3500m时，应考虑设支洞。因为该断面开挖时，中、大型机械可操作，送风、排烟设备有空间，单工作面开挖超过1800米时，送风、排烟有困难。（5）主洞开挖断面>40㎡，长度>4000m时，应考虑设支洞，因为该开挖断面大型施工机械随意操作，有充足的安装送风、排烟设备的空间，单工作面开挖超过2000米时，送风、排烟距离长有难度，用电损耗增大，施工成本大幅度增加。

在前面讨论断面大小和距离因素后。其次再考虑地形因素对设置支洞的影响。如果主洞经过埋深大的地形，要想在此设置支洞，势必导致支洞很长，如果设置支洞不能有效减少主洞每个工作面的施工距离，还反而增加支洞本身的工作量，这种情况下就不能考虑设置支洞的方案。如横跨山脊的山洞，通常难以找到设置支洞的地形。

3.选择支洞口应该注意哪些问题

3.1支洞与主洞相交处主洞两侧的施工长度

选择支洞要使支洞与主洞的交点尽量平分所要施工的主洞段。如果考虑主洞有坡降时施工排水问题，则两轴线相交处偏主洞下游10%左右更好。若实际地形不允许，就采取尽量平分即可，也就是选一个接近中间点的位置。

3.2支洞长度、洞口高程与轴线坡度

支洞长度与主洞埋深有关，主洞埋深越大处设置支洞就越长，因此，地形凹处或有冲沟处，主洞埋深浅，支洞短，还有支洞口高程较高时，支洞可能短。但支洞口高程又由支洞与主洞相交点高程和支洞的轴线坡度决定。一般在条件允许时选择支洞口高程应低于主洞与支洞交点的高程，以保持支洞进洞为上坡，上坡坡度为1%～3%最好。上坡主要考虑洞内地下水能自然流出。若有困难，通常做到进洞上坡不超过5%或进洞下坡不超过8%，如上坡超过5%，下坡超过8%，施工难度加大。

3.3支洞口地形、地质条件

洞口地形、地质条件是非常重要的条件，洞口开口处最好陡壁，前面有施工平台的地形，陡壁且能见到基岩。满足了这些条件，洞口工作量小，进洞快，洞外施工场地也好布置。洞口很多时候布置在冲沟旁边，但要注意的是，一定要对冲沟上游进行调查，看是否有爆发洪水、泥石流的条件，应保持安全距离。在此还要特别提醒，要留意挂口边坡顺坡方向的棱角线式的地形，通常棱角线外凸的棱角线下安全，凹进山里的棱角线下危险。因山坡凹进山里的棱角线常有滚石顺槽滚下，或者山坡有积水流下，是极大的安全隐患，特别是高边坡。所以洞口不能正对上方为凹槽的地形，安排施工工棚时也应尽量避开该地形或留有安全距离。

3.4洞通条件

隧洞施工期间有机械、车辆进出洞口场地，运进材料、设备、物资，并可能还要将大量弃渣运往场外一定距离，所以要考虑交通道路。如有大型设备进出，要考虑道路的转弯半径和坡度。还有，在考虑自身施工交通的同时，还要考虑地方道路社会车辆交通，尽量避免相互干扰。

3.5洞口水源条件

尽管支洞口有时设在冲沟旁，这样既考虑了地形，又考虑了水源问题。但有的冲沟不是常年有水，因此施工用水必然成为一个问题。施工用水一般考虑一是从洞口附近高处引入，二是从低处河沟等水源抽水。除此之外，进洞一定深度后，洞内可能有地下水流出，回收处理后可做施工用水。

3.6弃渣条件

隧洞开挖洞渣量大，并且洞渣混有大量的地下水，有时甚至有泥浆，通常施工道路路况差，能选一个在洞口处弃渣的场地最好。实在不行要考虑尽量不走干道，自设施工便道为好。堆放弃渣的渣场要有安全防护措施，避开洪水、泥石流，该修挡墙的要修挡墙。历史上有弃渣场发生重大安全事故的先例，如2009年7月下旬在大渡河，中国大唐开发的长河坝水电站因暴雨导致弃渣场发生泥石流，造成中水七局项目部二十多人被埋的特大安全事故。

4.支洞轴线的选择

如果把支洞口位置和与主洞的交点确定后，支洞轴线的确定相对就简单了。在这里不妨先谈谈选择支洞轴线前要做的工作。前面谈确定洞口时，需要测量洞口的地形、坐标、高程，为了选好洞轴线，我们在遇到地形复杂或支洞可能经过有建筑物的地方，我们要求测量将拟选的洞轴线投影在地面上的线在实地放出来，观察沿线地面、地形、地貌，有无建筑物，跨沟处最小埋深等。如果这些条件都合适，尽量选择直线，少转弯。不过还得考虑一个问题，既然支洞进入主洞，我们考虑是两侧都要施工，那就要求支洞与主洞尽量是垂直相交，以利于施工机械、车辆转弯。

笔者曾参与四川峨边县幸福二级电站的建设，该电站隧洞施工时，二号支洞口设在似沟非沟的凹槽下面，支洞轴线与凹槽方向近于一致，在施工中经常有积水流下浸泡洞口，在洞口已浇筑的情况下，还造成周围一些小塌方，给施工造成麻烦，幸好上面地形平缓，无滚石等固体物落下，否则安全事故不可避免。但问题更严重的是，由于洞线与凹槽方向近一致，顺槽开挖进去，沿线围岩均为黄泥夹大孤石，自稳能力差。施工临时支护采用钢拱架几十厘米一品，开挖三个多月，掘进一百多米，遇地下水停工一段时间后，原开挖支护好的一百多米由于洞顶塌方将拱架顶部压平，拱架严重变形导致施工机械无法进去，最后放弃该支洞，一共折腾半年多时间。

5.总结

选择支洞考虑的因素太多，不可能每个条件都达到最好，我们讨论支洞选择，就是要充分分析现场各种条件，既要利用好有利条件，又要尽量避开不利条件，综合考虑，权衡利弊。但总的原则是，安全是第一位的，在保证安全的前提下，才可讨论经济效益问题。为了既能做到安全，又不要有过于保守性的投入，就要靠多做工作，多总结，多征求各方的意见。最终支洞的选择和调整，其方案应报请有关各方会审确定。