水利水电工程隧洞施工要点

摘要：隧洞的开凿因为受地质条件、施工条件以及安全稳定性等因素的制约而成为水利工程建设中的难题。本文着重讨论隧洞施工中的技术要点。

关键词：水利水电工程；隧洞；施工

中图分类号：F407.9 文献标识码：A水工隧洞大致分为四种类型，即小、中、大和特大型隧洞。其中中小型隧洞在水电站及引水工程中所占的份额最多，故为水工隧洞之重；又因中大型隧洞具有单位长度开挖量少、出渣量少、受地质影响较小，洞口安全支护比较方便等特点，设计施工方案时可采用标准方案或同类工程类比法。

1 开挖方式

隧洞开挖方式有全断面开挖法和导洞开挖法两种。开挖方式的选择主要取决于隧洞围岩的类别、断面尺寸、机械设备和施工技术水平。合理选择开挖方式，对加快施工进度，节约工程投资，保证施工质量和施工安全意义重大。

1.1 全断面开挖法

全断面开挖法是将整个断面一次钻爆开挖成洞，待全洞贯通后或待掘进相当距离以后，根据围岩允许暴露的时间和具体施工安排再进行衬砌和支护；这种施工方法适用于围岩坚固完整的场合。全断面开挖，洞内工作面较大，工序作业干扰相对较小，施工组织工作比较容易安排，掘进速度快。全断面开挖可根据隧洞断面面积大小和设备能力采用垂直掌子掘进或台阶掌子掘进。垂直掌子掘进因开挖面直立，作业空间大，当具有大型施工机械设备时，作业效率高，施工进度快；台阶掌子掘进是将整个断面分为上下两层，上层超前于下层一定距离掘进，为了方便出渣，上层超前距离不宜超过2～3.5m，且上下层应同时爆破，通风散烟后，迅速清理上台阶并向下台阶扒渣，下台阶出渣的同时，上台阶可以进行钻孔作业。由于下台阶爆破是在两个临空面情况下进行的，可以节省炸药；当隧洞断面面积较大，但又缺乏钻孔台车等大型施工机械时，可以采用这种开挖方式。

1.2 导洞开挖法

导洞开挖法就是在开挖断面上先开挖一个小断面洞（即导洞）作为先导，然后再扩大至设计要求的断面尺寸和形状。这种开挖方式，可以利用导洞探明地质情况，解决施工排水问题，导洞贯通后还有利于改善洞内通风条件，扩大断面时导洞可以起到增加临空面的作用，从而提高爆破效果。

根据导洞与扩大部分的开挖次序，有导洞专进和导洞并进两种方法。导洞专进法是将导洞全部贯通后，再进行扩大部分开挖，有利于通风和全面了解地质情况，但洞内施工设施一般要进行二次铺设，费工费事；除地质情况复杂外，一般不采用。导洞并进法是将导洞开挖一段距离(一般为10～15m)后，导洞与断面扩大同时并进。导洞开挖法一般是在工程地质条件恶劣、断面尺寸较大、不利于全断面开挖时才采用的开挖方法。

1.2.1 上导洞开挖法

导洞布置在隧洞的顶部，断面开挖对称进行。这种方法适用于地质条件较差，地下水不多，机械化程度不高的情况。其优点是安全问题比较容易解决，如顶部围岩破碎，开挖后可先行衬砌，从而安全施工；缺点是出渣线路需二次铺设，施工排水不方便，顶拱衬砌和开挖相互干扰，施工速度较慢。

对开马口是将同一衬砌段的左右两个马口同时开挖，随即进行衬砌。为安全起见，每次开挖马口不应过长，一般以4～8m为宜。在地质条件较好，围岩与拱圈粘结较牢的条件下，采用对开马口，可以减少施工干扰，避免爆破打坏对面边墙。当围岩较松散破碎时，应采用错开马口方法。即每个衬砌段两个马口的开挖不同时进行，一个马口开挖后立即进行衬砌混凝土浇筑，待其强度达到设计强度的70%时，再开挖和浇筑另一个马口，各段马口的开挖可交叉进行。也有把隧洞顶拱挖得大一些，使顶拱衬砌混凝土直接支承在围岩上，而不需要再挖马口。

1.2.2 下导洞开挖法

导洞布置在断面的下部。这种开挖方法适用于围岩稳定、洞线较长、断面不大、地下水比较多的情况。其优点是洞内施工设施只铺设一次，断面扩大时可以利用上部岩石的自重提高爆破效果，清理方便，排水容易，施工速度快；缺点是顶部扩大时钻孔比较困难，石块依自重坠落，岩石形状不易控制，如遇不良地质条件，施工不够安全。

1.2.3 中间导洞开挖法

导洞在断面的中部，导洞开挖后向四周扩大。这种方法适用于围岩坚硬，不需临时支撑，且具有柱架式钻机的场合。柱架式钻机可以向四周钻辐射炮眼，断面扩大快，但导洞与扩大部分同时并进，导洞出渣困难。

1.2.4 双导洞开挖法

双导洞开挖又分为两侧导洞法和上下导洞法两种。两侧导洞开挖法是在设计开挖断面的边墙内侧底部分别设置导洞，这种开挖方法适用于围岩松软破碎、地下水严重、断面较大，需边开挖边衬砌的情况。上下导洞法是在设计开挖断面的顶部和底部分别设置两个导洞，这种方法适用于开挖断面很大、缺少大型设备、地下水较多的情况，其上导洞用来扩大，下导洞用于出渣和排水，上下导洞之间用竖井连通。

导洞一般采用上窄下宽的梯形断面，这样的断面受力条件较好，并且可以利用断面的两个底角布置风、水、电等管线；导洞的断面尺寸应根据开挖、支撑、出渣运输工具的大小和人行道布置的要求确定；在方便施工的前提下，导洞尺寸应尽可能小一些，以便加快施工进度，节省炸药用量；导洞高度一般为2.2～3.5m，宽度为2.5～4.5m(其中人行道宽度可取0.7m)。

2 隧洞塌方预防和处理措施

在水利水电工程隧洞施工中最易出现的安全事故就是隧洞塌方。对待水利水电工程隧洞塌方，认真搞好预防工作，将会取得良好的效益。预防隧洞塌方，主要从以下三点着手：

首先，认真搞好勘测设计。在隧洞工程的勘测设计工作中，深入细致调查和勘探隧洞所在区域的地质环境，详细掌握隧洞轴线和进出口的地质资料，对隧洞穿越垭口、沟谷和山体认真分析，尽可能全面掌握所有可能发生塌方的不良地质情况。选择洞线时，尽量避开断层、溶洞、堆积体流砂、地下水和软弱破碎带等不良地层，若必须通过时，应事先考虑相应的技术措施，正确选定施工方法，认真搞好施工组织设计，以便指导工程施工。

其次，施工中应正确合理选择施工方法和防塌技术措施，准备必要的材料和工具。防塌措施有：搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破开挖技术、合理掌握开挖进度、加强支撑和衬砌进度等。

再次，施工过程中应经常进行检查，及时发现发生塌方的种种预兆，及时采取工程技术措施，防止塌方事故的发生。

3 隧洞塌方处理措施

塌方发生后，应首先加固未塌地段，以防塌方蔓延，让抢险工作有一个安全的空间；同时，要组织相关人员到塌方现场调查研究，查明塌方的范围、性质以及塌方区围岩的地质构造和地下水活动情况，认真分析形成塌方的原因，及时制定出可行的塌方处理方案。

根据塌方的规模和塌碴的补给情况，塌方可分为大塌方和小塌方。当塌方体厚度大，范围长，已将开挖坑道堵死，或塌方还继续不停的扩展，人员不能或不易进入塌穴的，属于大塌方；反之，当塌方体不足以将坑道全部堵塞，塌方在较长的时间内不再发展或基本停止，人员有可能进入塌穴观察处理的，属于小塌方。根据塌方的危害程度，塌方亦可分为严重塌方和轻微塌方。对于塌方后造成很大的人员伤亡或损失的，属于严重塌方；反之，属于轻微塌方。无论是何种塌方，我们都应认真对待，并根据塌方的实际情况制定相应的塌方处理技术措施。

结束语

水工隧洞是水利枢纽中的重要组成部分之一，隧洞线路必须与水利枢纽的建设任务相适应，并须根据地形、工程地质和水文地质、水文等条件选定。

参考文献

[1]钟汉华.水利水电工程施工技术.2004.

[2]宗敦峰.水利水电施工.2008.

[3]熊启钧.隧洞.2002.