宋少敏

（安能西藏建設(shè)發(fā)展有限公司，西藏 拉薩 850000）

0 引言

合理選擇施工技術(shù)、施工方法，對于大斷面導(dǎo)流隧洞的開挖施工有著重要的影響。具體施工期間，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場地層巖性、水文氣象等因素，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，制定可行科學(xué)的開挖工藝與技術(shù)方案，切實做好隧洞開挖、支護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，提高開挖的安全性和高效性。

1 斷面導(dǎo)流隧洞分類及施工難點

上游水流在經(jīng)過圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞等設(shè)施后，可以有序、平穩(wěn)的流向河流的下游。對于導(dǎo)流隧洞而言，根據(jù)其斷面形式的不同，可將其分為城門洞形、馬蹄形以及圓形等等。有壓、無壓導(dǎo)流隧洞主要采用的是圓形、城門洞形或者是馬蹄形斷面[1]。此外，根據(jù)斷面尺寸的不同，可將導(dǎo)流隧洞分為特大斷面、大斷面、中斷面以及小斷面4 種不同的類型，具體的尺寸界定如表1所示。

表1 導(dǎo)流隧洞斷面尺寸情況

一方面，受施工現(xiàn)場地形地貌、地層巖性、地質(zhì)特征等因素的影響，使得導(dǎo)流隧洞的施工難度不盡相同。另一方面，導(dǎo)流隧洞所處的圍巖級別，也將對施工技術(shù)、處理方法的選擇產(chǎn)生一定的影響。鑒于此，在開展導(dǎo)流隧洞的施工開挖工作之前，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場的工程地質(zhì)等因素，明確施工難點，合理選用施工技術(shù)與工藝。首先，開挖之前，應(yīng)當(dāng)對圍巖地質(zhì)條件做出分析，開展超前支護(hù)、排水以及探測等相關(guān)準(zhǔn)備工作。其次，開挖鉆爆期間，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循“少擾動、控爆破、勤量測”的基本原則，積極做好工程地質(zhì)預(yù)報，對現(xiàn)場的地質(zhì)情況進(jìn)行全面掌控，確保施工期間的安全效果。此外，考慮到大斷面導(dǎo)流隧洞施工期間可能遇到復(fù)雜地質(zhì)問題，施工時應(yīng)提前制定科學(xué)、可行的開挖支護(hù)方案。尤其在導(dǎo)流隧洞穿越不良地質(zhì)段的情況下，如果不能預(yù)先了解地質(zhì)情況，或選用的開挖工藝技術(shù)不合理，都將導(dǎo)致施工受阻，甚至威脅到施工人員的安全。另外，施工環(huán)節(jié)中應(yīng)重點加強(qiáng)對裂隙較為密集區(qū)域、輕微風(fēng)化區(qū)域的圍巖施工質(zhì)量控制，以免發(fā)生塌方問題。除此之外，導(dǎo)流隧洞開挖還受到降雨、地下水滲透等因素的影響。隨著雨水的不斷下滲，圍巖可能出現(xiàn)軟化、強(qiáng)度降低以及松散性增大等問題，施工時應(yīng)采取針對性措施，防止坍塌、工期延誤等問題的發(fā)生。

2 大斷面導(dǎo)流隧洞開挖工法

首先，大斷面導(dǎo)流隧洞開挖之前，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對工程的概況、特點進(jìn)行全面的了解，并選用合理的施工工藝與技術(shù)，確保后續(xù)工作的有序開展。其次，開挖期間結(jié)合現(xiàn)場情況，可以選用上、中、下層開挖方式。在進(jìn)行上層開挖施工時，又可采用上層中導(dǎo)洞開挖、上層兩側(cè)擴(kuò)挖的施工方式[2]。對于中層開挖施工，需要采用合理的爆破工藝，并對兩側(cè)位置進(jìn)行爆破施工，以此提高施工效率。再次，導(dǎo)流隧洞施工期間，可以結(jié)合上一層開挖施工情況，對下一層開挖施工技術(shù)與工藝進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。最后，大斷面導(dǎo)流隧洞開挖環(huán)節(jié)中，中層兩側(cè)預(yù)裂爆破施工有著一定的難度，且工藝流程相對復(fù)雜。為確保施工安全性效果，可以預(yù)先開展生產(chǎn)性試驗，進(jìn)而合理進(jìn)行爆破參數(shù)的設(shè)計。導(dǎo)流隧洞開挖如圖1 所示。

圖1 導(dǎo)流隧洞開挖

3 大斷面導(dǎo)流隧洞開挖施工技術(shù)要點研究

3.1 不良地質(zhì)段處理技術(shù)

針對不良地質(zhì)段開挖施工期間可能存在的溶洞、軟弱巖層問題，應(yīng)進(jìn)行預(yù)加固處理，以提高圍巖結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定效果。處理期間，可結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采用懸吊錨桿、固結(jié)灌漿技術(shù)等，對不良地質(zhì)段進(jìn)行處理。除此之外，還可通過排水措施，提高不良地質(zhì)段的強(qiáng)度。比如，導(dǎo)流隧洞施工過程中可能發(fā)生河水倒灌、涌泥以及涌水等問題，施工時可以采用加密配筋、混凝土回填等方式，為隧洞開挖提供作業(yè)條件[3]。

3.2 破碎圍巖、斷層開挖技術(shù)

在開展大斷面導(dǎo)流隧洞施工時，應(yīng)當(dāng)遵循“弱爆破、多循環(huán)、淺鉆孔”的施工原則，施工期間要制定合理的開挖程序與方法，采用自上而下的開挖施工工藝，并配合超前支護(hù)、注漿加固等措施，提高破碎圍巖、斷層部位的處理效果。另外，還可結(jié)合現(xiàn)場具體情況，采用分布開挖技術(shù)。具體開挖過程中，應(yīng)重點加強(qiáng)對左右半洞、中部預(yù)留巖柱以及中導(dǎo)洞的開挖質(zhì)量控制。如果采用自上而下三層開挖的方式，需要加強(qiáng)對保護(hù)層開挖質(zhì)量的控制。

3.3 軟巖及巖溶區(qū)開挖技術(shù)

一方面，受風(fēng)化等因素的影響，軟巖區(qū)構(gòu)造面切割嚴(yán)重，且含有大量的膨脹性黏土礦物。同時，軟巖區(qū)的孔隙度大、強(qiáng)度較弱，土體中含有大量的泥質(zhì)礦巖、粉砂巖等成分。在進(jìn)行大斷面軟巖段導(dǎo)流隧洞開挖工作期間，應(yīng)做好支護(hù)處理，并采用多循環(huán)、弱爆破的施工技術(shù)。針對現(xiàn)場的具體情況，軟巖區(qū)主要采用多層開挖的方式，施工時應(yīng)當(dāng)對分層開挖的厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制[4]。如果軟巖區(qū)的巖層較薄，可以采用多層分布開挖技術(shù)，并滿足“早封閉、弱爆破、短進(jìn)尺”的施工要求，開挖完成后要及時進(jìn)行斷面驗收。另一方面，針對巖溶地區(qū)導(dǎo)流隧洞的開挖工作，主要受到巖溶發(fā)育所導(dǎo)致的溶槽、溶濾帶以及溶洞、落水洞等因素的影響。具體施工期間，應(yīng)當(dāng)采用“拉、封、堵”的施工技術(shù)，按照自上而下的順序進(jìn)行施工。需要注意的是，溶洞空腔底板施工期間應(yīng)加強(qiáng)對回填質(zhì)量的控制。隧洞開挖現(xiàn)場如圖2 所示。

圖2 隧洞開挖現(xiàn)場

3.4 導(dǎo)流隧洞支護(hù)技術(shù)

3.4.1 斷層及復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)導(dǎo)流隧洞支護(hù)技術(shù)

首先，如果導(dǎo)流隧洞施工期間遇到卸荷帶、斷層帶等不良地質(zhì)情況，容易出現(xiàn)開挖變形等問題。為確保開挖施工的順利開展，應(yīng)采用噴鋼纖維混凝土、錨桿配合格構(gòu)梁等方式好做支護(hù)。具體施工期間，可采用初噴、掛網(wǎng)、復(fù)噴、錨桿支護(hù)、掛網(wǎng)、再噴等施工工藝。其次，對于隧洞交叉段、進(jìn)出口等位置，如果存在地質(zhì)條件較為惡劣的問題，可以采用噴射混凝土、掛網(wǎng)、錨桿支護(hù)等措施，提高開挖工作效率與質(zhì)量。此外，如果導(dǎo)流隧洞需要穿越斷層破碎帶，施工期間可以采用格柵鋼架錨桿系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)。

3.4.2 巖溶、軟巖地段導(dǎo)流隧洞支護(hù)技術(shù)

導(dǎo)流隧洞施工時，如果存在突水、涌水或者穿越破碎帶、軟巖地段的問題，可以采用超前支護(hù)的方式進(jìn)行處置[5]。為確保施工環(huán)節(jié)的安全性，還需要進(jìn)行圍巖加固、地下水封堵等措施。超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用期間，需要結(jié)合現(xiàn)場情況，選用大管棚、小管棚或者是小導(dǎo)管錨桿進(jìn)行處置。對于大管棚鋼管的設(shè)置，上仰角不能侵入設(shè)計斷面，上仰角控制在2°～5°為宜。鋼管中心間距應(yīng)當(dāng)控制在25～30cm 左右，直徑應(yīng)控制在80～128mm 左右，長度以10～80m 為宜。施工期間，小管棚、小導(dǎo)管錨桿的支護(hù)參數(shù)值如表2 所示。

表2 支護(hù)參數(shù)

4 案例分析

4.1 工程概況

某水利樞紐項目臨時工程一標(biāo)段內(nèi)的導(dǎo)流隧洞全長768.93m，開挖斷面面積為117.32m2左右，結(jié)合洞室規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)，屬于大斷面隧洞。由于受到前期施工進(jìn)度的影響，洞身開挖、支護(hù)工期相對緊張。在本標(biāo)段中，施工主體是導(dǎo)流隧洞施工。導(dǎo)流隧洞分布于大壩左岸的山體內(nèi)部，總體呈曲線型布置，曲線段的轉(zhuǎn)角是61°42′。該導(dǎo)流隧洞的斷面形式采用的是城門洞形，進(jìn)口底板的高程達(dá)到了337.0m，出口底板的高程達(dá)到了335.0m，洞底坡為2.6‰。

4.2 開挖技術(shù)要點

導(dǎo)流隧洞使用兩頭掘進(jìn)的方式進(jìn)行開挖，開挖期間采用上下層開挖方式。施工時上下層同時作業(yè)，下層分左、右兩區(qū)開挖。Ⅲ類圍巖洞段開挖期間，采用上下層兩層開挖方式，上層的高度為7.4m，下層的高度為6.35m。其中，上層主要使用全斷面光面爆破開挖的方式，并利用手風(fēng)鉆造孔，一次開挖深度能夠達(dá)到3m。除此之外，上層支護(hù)與開挖工作面的距離為20m。Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞段采用上下兩層開挖的方式，上層高度為7.4m，下層高度為6.75m，并使用全斷面光面爆破的開挖方式，具體的斷面施工順序如圖3 所示。在上層洞段開挖50m 時開展下層開挖工作。下層開挖期間，采用左右側(cè)交替開挖的方式。當(dāng)上層開挖長度達(dá)到40m，開始進(jìn)行下層一側(cè)開挖，另一側(cè)主要用作施工道路。

圖3 開挖分區(qū)

4.3 施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點

首先，開挖之前做好測量放線。測量人員采用激光全站儀等設(shè)施，對開孔位置使用紅油漆標(biāo)注在掌子面上，嚴(yán)格根據(jù)測量放線標(biāo)記點進(jìn)行鉆孔。當(dāng)爆破工作結(jié)束后，對開挖邊線進(jìn)行復(fù)核。同時，每間隔一周的時間，進(jìn)行一次洞軸線、坡降的復(fù)測與檢查，確保開挖精確滿足要求。其次，在進(jìn)行鉆孔工作期間，炮眼直徑設(shè)計為φ42，使用手風(fēng)鉆鉆孔的方式，鉆孔結(jié)束之后，經(jīng)檢查合格才能裝藥。此外，爆破施工期間，嚴(yán)格控制掏槽孔、主爆孔以及底孔的裝藥量，并借助毫秒延發(fā)雷管對微差爆破質(zhì)量進(jìn)行控制。裝藥環(huán)節(jié)中，采用每2 人一組的方式，根據(jù)鉆爆設(shè)計圖控制裝藥量，使用自上而下的裝藥方法，起爆網(wǎng)路主要采用復(fù)式聯(lián)結(jié)網(wǎng)路的形式。此外，施工時注意通風(fēng)降塵工作。洞室內(nèi)部啟用專業(yè)的通風(fēng)設(shè)備，提高洞室內(nèi)部通風(fēng)效果。當(dāng)爆破散煙結(jié)束之后（30min），對開挖面存在的爆破渣堆進(jìn)行灑水除塵處理。另外，爆破施工結(jié)束后，開展安全檢查工作，尤其要做好危石、盲炮等問題的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處置。當(dāng)確保爆破地點安全之后，并征得當(dāng)班爆破負(fù)責(zé)人的同意后，才能允許施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場。最后，導(dǎo)流隧洞開挖環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢渣，使用3m3裝載機(jī)進(jìn)行裝載，并利用25t 自卸車降廢渣運輸?shù)街付ǖ臈壴鼒?。整個開挖過程重點加強(qiáng)爆破技術(shù)、施工質(zhì)量以及安全防護(hù)工作的管控，以免出現(xiàn)安全事故。

5 結(jié)語

受施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、地層巖性、氣候水文等因素的影響下，導(dǎo)流隧洞開挖工作存在較大的復(fù)雜性。尤其在不良地質(zhì)條件下，隧洞開挖施工難度大大增加。鑒于此，施工期間應(yīng)重點做好不良地質(zhì)條件下導(dǎo)流隧洞的開挖、支護(hù)工作，加強(qiáng)對施工難點、施工質(zhì)量的管控，確保各類施工工作有序開展。