小断面长距离水工隧洞施工关键技术

杨攀

中铁十七局集团第六工程有限公司 福建 福州 350014

水利工程项目日渐增多，许多施工企业都在水利工程建设中积累了丰富的施工经验，克服了原有技术的诸多不足，提高了水利工程的建设质量与效益。但由于水利工程的规模庞大，结构体系复杂，施工建设中的技术要求较高，特别是在小断面长距离水工隧洞施工中，面临更多的施工难点，施工企业在遇到这一施工条件时，应综合分析现场的施工条件，参考行业内的施工规范与标准，制定更为科学的施工技术方案。

以某引水工程为例，此工程项目的规模庞大，施工建设周期长，小断面长距离水工隧洞施工为项目的重难点部分。根据本工程的建设规划要求，引水工程中包含输水隧洞、管道、闸门井等主要建筑物，几种建筑物施工相比较，隧洞为本项目施工的难点，施工中最容易出现质量与安全方面的问题。依据现场情况，水工隧洞长23.3km，断面尺寸为5.5m×4.0m，围岩主要为凝灰熔岩，具体的施工作业中适宜采用钻爆法施工。

此隧洞工程建设中的技术难度系数较高，“小”指的是在现场作业中专业的机械设备无法进入到隧洞内开展施工作业，没有足够的空间放置和运行机械设备，只能采取人工操作的方式，“长”指的是现场通风、电力、排水等作业，在同等距离下如果隧洞的洞径较大，就不是“长”隧洞，如隧洞的洞径相对较小，只能采取人工作业的方式，就称之为长隧洞。伴随着现场开挖作业，隧洞断面将会或多或少地影响出渣、通风排烟处理，一旦现场的送风距离、运输车与通风管间距较小，可能出现通风管被破坏的情况[1]。因此，考虑到现场施工的这些特征，有关人员在具体施工中需强化技术管理，制定科学且可行的施工方案。

3.1 施工工期

本工程项目中的水工隧洞，最为突出的特征就是小断面、长距离，合同工期为36个月，考虑到现场的施工难度，施工中的工期较为紧张，施工企业需制定科学的进度计划，科学安排施工流程，并细分工作量。

3.2 工程特征

本项目建设中，水工隧洞的断面较小，距离偏长，通风效果难以达到预期，利用机械设备开展施工作业时，现场空间狭小，不具备机械作业的条件。本工程项目的建设中，现场分布的地下水较多，水量和水位严重干扰了现场的施工进度，再加上此隧洞的距离较长，施工中有严格的工期限制，隧洞施工受到多种因素的影响，在前期技术人员需做好充分的规划与协调，针对每一种施工影响因素都制定对应的处理策略[2]。

水工隧洞的断面小，作业空间狭小，施工作业中遇到的技术难题多，施工流程复杂。为克服现场的诸多技术难题，施工人员需结合现场的地质水文等基本条件，科学引入机械化施工技术，以提高施工速度，用机械与人工作业相配合的方式来提高施工质量，在工期范围内高质量、如期完工。

4.1 施工方案

本工程项目中，考虑到现场地质条件的复杂性，采用了动态化施工方式，利用这一方式不仅能达到施工的质量规定，还能提高施工的安全性。在本项目的I、II、Ⅲ、Ⅳ类围岩均采用全断面爆破开挖工艺，Ⅴ类围岩采用人工配合机械分台阶开挖法，局部利用弱松动钻爆开挖工艺。隧洞施工作业包含超前支护、开挖、初期支护、二次衬砌等施工流程。综合类似的项目经验，考虑本项目的现场特点以及施工要求，在现场作业中的隧洞岩洞开挖中采用全断面光面爆破、控制爆破法，洞内装渣采用扒渣机，出渣采用有轨运输、电瓶车牵引。衬砌采用自行式液压衬砌台车，拱墙一次浇筑。

4.2 施工方法

水工隧洞施工作业中，开挖为关键步骤，开挖作业中为最大程度上提高质量与安全，施工人员应综合现场的诸多因素来确定进尺，将此参数作为施工依据。由于采用的是钻爆法，在钻孔作业中，需由专业的技术人员按照爆破设计方案进行钻孔施工，各钻手分区、分部位定人定位钻孔，保障钻孔质量。每排炮由专业人员开展检查，保障其符合平、直、齐的要求，水平周边孔偏差需在5cm以内，其他钻爆孔偏差同样也在5cm以内。装药爆破环节，针对洞室开挖环节，炮工要在技术人员指导下按爆破设计方案要求实施规范化作业。此隧洞施工建设中尤其要关注通风问题，为保障通风条件最佳，达到连续通风的要求，施工人员需选择满足要求的通风管，创造接力通风条件。

5.1 施工通风

对小断面长距离水工隧洞施工作业而言，通风问题最值得引起关注。正常情况下隧洞中的供风量需达到要求，确定这一参数时，施工人员需根据隧洞最多能承受的人口数量、洞内的最小风速、洞内出渣车等来计算供风量。隧洞通风处理中也需配备特定型号与功能的通风设备，考虑到现场的作业空间狭小，如选用大直径的通风管，将不利于设备运行，也会影响运输工作，而小直径通风管产生的风阻较大，难以保障隧洞中的供风量、供风距离。经由综合对比，施工作业中可配备Ф800mm规格的通风管，以创造良好的通风条件，通风机功率为55kW，供风量为600m3/min，选用布质材料的风筒，确保通风条件与各项参数达到规定[3]。通风设备安装问题也会影响通风效果，不利于现场作业，为此，施工人员需规范安装通风设备，安装工作中必须严格遵守安装规范，如应选择恰当的安装位置，为保障通风效果。在全部隧洞口均要安装通风设备，设备从洞口进入洞内时严禁有折角、转弯，达到顺畅通风的要求。施工人员安装风管时，需遵循平顺性规定，风管的截面要完整，一旦有破损问题，应利用胶水黏结破损位置。通风管在送风阶段，送风口与掌子面的距离不得小于15m，接力通风时后面风机的供风量要超过前面风机的供风量，且不得与前面风筒相连接，相互之间要保持30～50m的间隔距离。

5.2 钻爆法施工

针对本工程项目的钻爆作业，为提高爆破作业的安全性，现场作业人员需根据爆破方案的有关要求来组织施工作业。爆破采用减弱松动爆破法，严格控制爆破作用指数，保障可达到爆破后的岩块基本松散，用机械解小装运。本工程中的相关爆破参数为：最小抵抗线：最小抵抗线按通常采用的W=（20～40）d公式计算，式中d为炮眼直径，采用的小直径（36～50mm）钻头；
孔距a：按a=（1～1.2）W确定，排距b=W；
爆破倾角α：根据钻机性能，一般α不小于75度；
炮孔长度L：L=H+ΔL；
式中H—开挖高度m，ΔL—超深m；
单位炸药消耗量q：每孔装药量计算按Q=qab（w）H计算，必须经过试爆进行确定。爆破施工中正常眼为耦合连续装药，每孔放两发雷管，堵塞长度需达孔深的1/3以上，装药结束后用炮泥填实；
预裂孔采用间隔不耦合装药方式，选择直径32mm的药卷，底部加强装药一卷半后间隔0.5m一支，绑在竹片上装入炮孔。

5.3 水泥基药卷锚杆

本工程项目中针对小断面长距离水工隧洞施工作业，水泥基药卷锚杆需配备手风钻来完成钻孔施工处理，有关施工人员在对锚杆孔实施钻孔作业之前，应重视前期的测量工作，参考施工设计方案中的有关参数，清晰且精准标注开孔位置。锚杆孔的孔轴同样应以施工方案且依据完成开孔任务，但必须保障其与开挖面的垂直性。锚杆孔深度也是施工中需关注的重点参数，施工中必须要将这一参数控制在合理的范围内，当钻孔深度达到设计标准后利用高压风实施冲洗，保障锚杆孔内无任何杂物。砂浆施工作业中应结合施工要求配制高性能砂浆，砂浆浓度应适当高一些，所配制的砂浆最好做到随配随用，对超过初凝时间的药卷需及时报废。

5.4 混凝土二次衬砌

此水工隧洞作业中，混凝土二次衬砌施工为关键步骤，在进入这一施工环节后，现场需配置自行式液压衬砌台车辅助施工作业，当然，现场并不仅仅涉及这一种设备，还包含抗侧偏千斤顶。衬砌施工作业开始之前，施工人员要在隧洞拱部部位上顶上抗浮千斤顶，在此操作环节还应该规范操作，避免损坏衬砌，在千斤顶顶端需开展特殊设计与处理。为保障所设置的工作窗符合实际的施工标准，施工人员需综合从振捣、排气、抗浮等多种因素着手，尽可能提高顶拱封堵的密实性，一般需在顶部位置上设置3个封口器，实施顶拱的封堵处理。在台车方面应使用液压收支与丝杆顶升，以从根本上保障台车可靠运转。现场施工作业中出现模板变形的概率较高，为避免这一现象影响施工作业，钢模应采用厚度为8mm的钢板，以增强结构整体性、稳定性、防水性。

6.1 质量保证措施

考虑到小断面长距离水工隧洞施工中质量问题频发的情况，为达到工程建设的质量目标，实际的施工建设过程中需开展全过程质量管理与控制，主要需做好以下工作：①在工程企业中成立专门的质量控制小组，由该小组负责工程现场的质量管理与控制，设置专职质量监测人员。现场施工作业中，质量控制小组全面监管开挖支护施工作业，通过质量监督与检查来发现现场的施工问题，对每个班、每道工序均需实施跟踪检查、指导与监督，并形成完整的质量监督报告，落实质量责任。②对用于本工程项目的测量设备，必须检验合格以后才可投入使用，控制测量采用全站仪做导线控制网，为提高测量结果的准确性，必须要由专业的人员来负责测量任务。③开挖断面的测量误差需控制在正常范围内，一般不得超过10cm，相对于中线的误差不大于±5cm，如遇到起伏大、变径或转弯段，则需增加测绘断面。④锚杆开孔环节必须严格执行施工图纸的规定，保障开孔位置的正确性，孔位偏差需在10cm以内，与此同时，锚杆孔的孔轴也需达到施工规定，如施工图中对孔轴没有明确要求，需保障锚杆孔轴与开挖面的垂直性。⑤砂浆锚杆应按照先注浆后安装锚杆的顺序来实施，锚杆孔径需超过锚杆直径，且锚杆孔深也要得到施工规定，控制孔深偏差，将此偏差保持在0.5m以内。

6.2 安全保证措施

小断面长距离水工隧洞施工作业中，现场的安全风险较大，为提高施工安全性，工程企业在施工作业中需强化安全管理，开展全过程施工监管。首先，正式钻孔之前，施工人员与管理人员需检查工作面的安全性、照明条件，保障工作面处于安全状态，且照明亮度达到了施工要求，如掌子面有松动的岩石，需由专人来清理，并采取支护处理的方式。其次，进洞施工作业人员必须遵循安全操作规范，正确佩戴安全防护用具，如要戴好安全帽、防护手套、穿工作服。第三，强化施工中的监控量测，及时将有关的测量结果反馈给有关作业人员，利用测量数据指导现场的施工作业，如发现隧洞变形现象，则需及时采取有效的措施来抑制变形。最后，保障洞内通风，在现场配备大功率风机，并做好通风设计，选派专人负责现场的通风管理。

小断面长距离水工隧洞是水利工程中较为常见的施工情形，这一条件下的施工难度较大，不仅面临技术难题，也存在施工风险，为有效保障施工质量与安全，有关人员在现场作业中需规范利用相应的施工技术，并立足现场条件创新技术，构建全新的施工技术体系。

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