水利隧洞工程的开挖施工和塌方处理

路隆郡

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

在水利工程建设项目中，水利隧洞工程是重要的基础工程之一。加强水利隧洞工程施工管理，能够有效提升水利工程项目的经济效益。因此，在工程施工过程中，应根据水利工程隧洞开挖特点，采用相应的施工技术，确保施工得以顺利进行。

1 水利隧洞工程开挖施工要点

1.1 施工测量阶段的要点控制

在水利隧洞工程施工中，应安排专人测量开挖施工中所需要的数据，并根据实际数据和隧洞爆破施工设计方案和参数，进行开挖爆破布孔。此外，在测量断面时，应在混凝土施工前期，对测量距离进行控制，通常情况下，会选择在5～10m 处对隧洞轴线开展全方位检测，并确保检测的精准性，合理制定工程总量，科学布置施工工序。在隧洞开挖施工准备阶段，还需对隧洞洞壁和洞顶相隔20m 的位置，设置桩号和标志牌[1]。

1.2 钻孔施工阶段的要点控制

在隧洞开挖过程中，工作人员应根据测量的腰线、爆破布孔、开挖的周边线等，采取相应的钻孔技术开展钻孔施工。还应仔细检查钻孔施工所用到的机器，包含机器卡套、机器内部弹簧、紧固件、支架等，确保钻孔施工机器正常工作。

1.3 爆破施工阶段的要点控制

爆破施工存在一定的危险性，因此，在作业开始前，应制定详细周全的施工方案，保证开挖面具有良好的平整性，并对炸药进行严格控制，使爆破对周围岩层的影响降到最低。在爆破开始前，应进行多次爆破试验，准确判断周围岩石的具体情况，这一过程也需要制定较为详细的试验方案，并上报相关监管部门，审核通过后才可以开展爆破试验活动。试验时，要做好爆破参数的收集与整理，包含岩石物理性质、力学性质以及变化程度等相关数据，并制定相应的爆破方案[2]。

2 水利隧洞工程常用的开挖施工技术

水利隧洞工程的开挖施工，应根据隧道周围一定范围内，对洞身的稳定有影响的岩体类型、底层的稳固性，选择开挖施工技术，如全断面开挖施工技术、导洞开挖技术等。隧洞高度相对较高时，可以采用台阶法开挖方案，以防止超挖，保证隧道开挖作业的安全性，提高施工质量。

2.1 全断面开挖施工技术

这种开挖施工技术，主要适用于隧道围岩稳定性较好的开挖段。开挖区域内的岩石比较坚固时，可以通过钻孔、装药、爆破开挖隧道的方法实施作业，之后再进行支护作业。选用全断面开挖施工技术，可以提高施工速度，使水利工程隧洞施工质量和效率显著提升。

2.2 导洞开挖施工技术

导洞开挖是先掘进断面的一部分,而后扩大至全断面，通常适用于断面较大、地质条件差的情况。导洞开挖技术用于水利隧洞工程，具有一定的灵活性，能根据隧洞施工区域地质特点，为接下来的排水、隧洞不良地质处理等创造了极为便利的条件，保证了隧洞施工过程中良好的通风效果。

2.3 锚杆加固支护技术

锚杆加固支护技术，主要应用在隧洞出口边坡、开挖深度超过5m，或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境特别复杂的工程，以及隧道、正在生产的采掘工作面等地下洞室施工过程中。锚杆支护技术具有节约成本、效果明显、操作简单、运用灵活等诸多优点。由于隧洞的开挖施工具有多种方式，支护方式也随之不同。如果隧洞围岩基本质量较好，表面平整，可以挂设钢筋网片，喷射混凝土；如果开挖断面不具备一定的稳定性，则应先选择随机锚杆的方法开展支护作业，再进行隧道衬砌混凝土施工作业。

2.4 混凝土衬砌隧道施工技术

在水利隧道工程中，衬砌是沿隧洞周围建筑的、具有永久性支护特点的结构，能够有效避免隧洞围岩变形或者围岩坍塌。施工前要做好勘测，在全面掌握施工岩石及其工程地质性质后，才可以进行混凝土衬砌作业。当隧洞水平收敛速度与实际要求相符，隧道净空位移和拱顶位移速度满足衬砌要求，同时支护表面没有出现裂缝，才可以进行衬砌施工[3]。

3 水利隧洞开挖施工技术应用案例

3.1 工程概况

以甘肃中部生态移民开发供水工程1 标段为例，主体隧洞工程长2778.77m，隧洞进口段在开挖掘进过程中（桩号24+346.5-24+417），掌子面失稳，洞顶发生大量涌砂。该段隧洞穿越古沟槽，布置第四系中更新统地层之中，埋深38～53m，围岩岩性为（Q2pl）洪积粉质粘土、砂质粉土、粉细砂及砂砾石，地层结构复杂，呈交互状沉积，土层结构密实，其粉细砂层、砂砾石层中赋存地下水，水量较小，地下水沿侧墙滴渗及底板处涌出，地下水活动轻微～中等，水质差，对普通混凝土具硫酸盐强腐蚀性。围岩物理力学指标：天然密度1.7～1.9g/cm3，内摩擦角20°～28°，凝聚力0.024～0.04MPa，泊松比0.29～0.40，坚固系数0.4～0.5。判定（Q2pl）围岩类别为极不稳定的Ⅴ类围岩。隧洞（Q2pl）围岩成洞条件差，赋存地下水，开挖中围岩不能自稳。其中24+346.5～24+417.0 段围岩为粉细砂层，在开挖过程中发生围岩坍塌、变形，出现涌砂、涌土现象。洞身顶部形成空腔，该空腔存在重大安全隐患，为保证隧洞工程质量，施工前准备充分，先防护后施工，安全进洞，严格按“新奥法”施工技术组织施工。开挖时坚持安全第一的原则，采用“弱爆破（或不爆破），少扰动，早支护，勤测量，快封闭”的方法，采取适宜的辅助施工措施，各工序紧密衔接，确保施工安全。

3.2 开挖施工技术

3.2.1 土石方明挖施工技术

（1）隧洞进口和出口土方明挖施工。将土和岩石按照施工设计图纸，从上到下分层进行松动、破碎、挖掘并运出，每一层的厚度都应严格控制在4m 内。开挖过程中应安排工作人员专门负责监督、检查，对高度大于30m、小于100m 的岩质边坡位移变形加强监控，并采用铲斗容量为1.2m3的反铲挖掘机实施挖装，15t 自卸卡车进行运输。

（2）隧洞进口和出口石方明挖施工。选择yt-28 手风钻进行钻孔，在凿岩深度相同的情况下，其转速较低，更加耐用，并配有消音罩，有效改善了现场作业条件，与同类型机具相比较，具有重量轻、噪音小、效率高、经济效果好等特点。在实际施工过程中，应从上到下分层操作，每层实际厚度为3m，采用铲斗容量为1.2m3的反铲挖掘机进行装渣，15t 自卸卡车进行运输。

（3）在主爆孔爆破施工中，应使用台阶微差松动爆破技术，2 号岩石硝铵炸药，非电毫秒雷管网络系统串联起爆技术。周边孔爆破施工中则先采取光面爆破技术实施钻爆，之后再进行主爆孔起爆。

（4）在渠道开挖过程中，应采取全断面法施工，结合实际隧洞挖深分层逐级式开挖，每段划分成多个作业面，挖掘机械和装载机同时开挖，每一台挖掘机应按照实际运输距离，配备一定数量的自卸汽车进行运土[4]。

3.2.2 石方洞挖施工技术

石方洞挖施工中采用yt-28 手风钻进行钻爆，ZL50C 轮式装载机装渣，15t 自卸卡车运输。四级围岩和五级围岩段在施工过程中，应遵循“短进尺、强支护”的原则进行现场施工。根据不同围岩位置，进行爆破施工方案设计。

（1）隧洞II 类围岩洞段。孔深3.3m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔间距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周边爆破的炮孔间距0.55m，从装药重心到自由面的距离0.7m，隧洞周边孔装药量1kg 中含0.35mg；

（2）隧洞IV 类围岩洞段。孔深2.5m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔间距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周边爆破的炮孔间距0.5m，从装药重心到自由面的距离0.65m，隧洞周边孔装药量1kg 中含0.24mg；

（3）隧洞V 类围岩洞段。孔深2m，隧道直孔掏槽爆破的炮孔间距0.3m，崩落孔距0.9m，排距0.8m，周边爆破的炮孔间距0.45m，从装药重心到自由面的距离0.6m,隧洞周边孔装药量1kg 中含0.2mg。在现场施工过程中，实际爆破参数须结合施工现场爆破试验进行相应调整，以实现最佳的爆破效果。

4 水利隧洞工程塌方处理措施

在水利隧洞工程的开挖施工中，一旦发生塌方现象，应遵循“小塌清，先支后清”、“大塌穿，先棚后穿”的原则，开展具体的塌方处理工作。

（1）如果塌方体积不大，并已进行喷锚支护或架设构件支撑时，可以在两端或者在一端从上至下将坍渣清除干净，并在开挖过程中，对顶部实行喷锚支护或架设构件支撑，避免再次出现坍塌。

（2）如果塌方体积比较大，或者出现坍体堵塞的情况，施工人员不能进到塌方区域开展支护时，可以通过注浆的方法对塌体进行加固，再采用“穿”的方法在塌方区域内部进行开挖。

（3）针对隧洞塌方洞段，可以采用管棚预注浆施工工艺，或沿着开挖隧道的外轮廓线,从一定角度打入管壁带孔的小导管,向管内压注浆液，这样不仅能够对塌体进行加固，与钢拱架组合，还发挥了支撑塌体的棚架作用[5]。

5 结束语

加强水利隧洞工程施工管理，不仅对隧洞工程施工质量和进度的提升具有促进作用，还能有效提升了水利工程项目的经济效益。在水利隧洞工程的施工过程中，开挖施工是一项基础工作，会受到不同外界因素的影响，出现塌方事故，严重影响工程整体施工进度，给工程各责任主体的经济效益带来了一定的负面影响。因此，在现场施工中，应进行科学的测量，并结合施工现场的实际情况，采用合理的钻孔技术和爆破方法，防止事故的发生，提高施工安全性，确保水利隧洞工程的施工质量。