小型水利工程隧洞开挖施工技术

小型水利工程隧洞开挖施工技术摘要：隧洞开挖施工作业是水利工程建设过程中必不可少的一项内容，同时也是非常重要的一个施工环节，高度重视隧洞开挖施工作业，保证开挖质量满足相关标准至关重要。但具体施工中，隧洞开挖施工质量易受多方面因素的干扰和影响，特别是开挖技术体现尤为明显，可以说开挖技术水平的高低直接决定着隧洞工程的最终开挖质量，所以必须结合工程实际情况科学选用开挖技术，同时认真开展前期勘探工作，做好一切准备工作，严格把控开挖施工要点，保证隧洞开挖质量，助推水利工程整体建设质量的不断提升。关键词：水利工程；隧洞；开挖；施工技术引言隧洞工程施工质量对整个水利工程建设质量具有极大的影响，通过科学选用隧洞开挖施工技术，加强隧洞施工过程管理，能够最大限度规避各类施工问题的发生，提高隧洞施工质量。但实际施工过程很容易受其他因素的干扰，致使隧洞施工面临着诸多隐患和问题。这就要求充分结合工程现场实际情况及隧洞开挖特点，选择最为科学合理的开挖技术，促使隧洞开挖施工技术作用的有效发挥，为水利工程建设质量奠定坚实的基础保障。1水利工程隧洞开挖前的准备工作开始水利工程隧洞开挖施工前，要求做好一起准备工作，为后续一系列工作的顺利开展提供保障。首先要进行技术交底工作，并根据施工图纸设计要求认真开展测量放样工作，以明确具体的开挖边线、坡度、深度、轴线及桩等内容，同时还要能够详细掌握现场的具体地质条件、水文环境、地形地貌、气候及水源等，进一步合理布设排水设施。通常情况下需在隧洞开挖区外侧设置截水沟，开挖层需设置临时性集水坑和排水沟，开挖面还有具有一定的倾斜坡度，确保围岩渗水、施工废水、雨水及工作面积水都能够及时排走［1］。实际开挖期间，工作还需高度重视边坡的稳定性状况，做好严密监测，一旦发现边坡出现较大裂缝、掉块或者滑动现象应立即停止开挖作业，同时实施围岩加固处理，避免边坡松动危及隧洞开挖作业的顺利推进。除此之外，还要定期维护保养施工机械设备，确保其始终处于良好的运行状态，为隧洞开挖施工的连续实施提供可靠的支持。2小型水利工程隧洞开挖施工技术要点2.1测量放样技术全面到位的测量放样对水利工程隧洞开挖施工具有很大的影响，必须保证各项测量数据的精准性，并基于此制定详细的测量放样方案。所有参与测量放样的工作人员必须具备足够的专业性，实际操作中要严格按照相关规范进行作业，明确各项操作参数和具体孔位，保证整个测量放样过程的可靠性与安全性，测量放样流程足够规范化，测量人员需遵照设计方案相关要求对隧洞轴线进行测量与复测，以提升测量结果的精准性。2.2隧洞线路的选择水利工程隧洞开挖施工过程中，路线的选择非常关键，需对施工区域各方面情况进行综合考虑，合理确定隧洞开挖位置，最好设置在坚硬的岩基上，同时还要避开严重破碎带和地下富水区，隧洞的入口和出口位置应确定在没有滑坡风险且山体比较平稳的岩基上。隧洞平面线路应尽量短且直，这样可以减小工程量，降低工程造价，保证工程施工效率和施工质量。若受现场条件制约影响需要设置弯度，要求弯度半径不能小于隧洞洞口直径的5倍，两个相邻隧洞间的岩体厚度应保证为隧洞直径的3倍左右。2.3钻孔施工技术我国目前多数水利工程隧洞钻孔施工多采用湿式风钻进行作业，开始钻孔前，工作人员需仔细全面检查湿式风钻各零部件是否处于良好的工作状态，避免施工期间发生空洞堵塞等问题。如果检查发现风钻某个零部件存在问题，应立即进行修理或者更换处理，保证整个钻孔施工过程的连续性与顺利性。除此之外，为了规避钻孔过程出现超挖现象，施工人员对周边孔外边角进行严格控制，避免设备操作范围过大破坏了其他孔洞。同时严格管控好挖槽孔和光爆孔偏差问题，避免超出规定数值范围，所有炮孔的开挖偏差都必须处于规定范围之内［2］。3小型水利工程隧洞开挖施工技术的运用3.1全断面开挖施工技术全断面开挖施工即将整个断面一次性钻爆开挖成洞，待掘进一段距离或者贯通全洞之后，根据现场实际情况和围岩可暴露时间合理开展支护和衬砌作业，该类开挖施工技术主要适用于围岩情况比较好的路段。全断面开挖施工技术在实际应用中体现出掘进速度快、施工组织简单且施工工序不易受干扰等优势，同时还可以根据设备使用性能和隧洞断面实际面积大小情况，合理选用台阶掌子或者垂直掌子掘进方式。台阶掌子掘进方式即将整个断面分成上下两层，实际掘进期间，上层的掘进速度要稍快与下层掘进速度，超前一定的距离，通常情况下超前距离最好控制在2米到3.5米之间，这样能够为出渣操作提供便利。上下层掘进过程还需同步进行爆破作业，通风散烟后应立马清理干净台阶上的各类杂物，同时往下台阶扒渣，下台阶出渣期间，上台阶即可开始钻孔操作。由于下台阶爆破作业的实施是处于两个临空面状态下，所以能在一定程度上减少炸药的使用量。全断面开挖施工技术在水利工程隧洞施工中的科学应用，能够大幅度提升施工效率，缩短施工工期，而且还能够有效保证隧洞工程整体施工质量。3.2导洞开挖施工技术该项开挖施工方法即先组织施工人员在平洞断面上开挖一个小断面的导洞，之后再进一步扩大至整个断面。实践证明，导洞开挖施工技术在实际应用中体现出非常好的灵活性，可以以现场地质特性为基础，为后续地质环境的处理及排水作业提供更多的便利，保障了隧洞良好的通风性。按照导洞和扩大开挖次序可以将其分成导洞专进和并进两种方式。第一种方式是指全部贯通导洞之后再实施扩大处理，这样能够更好地改善隧洞内部的通风环境，清楚掌握现场具体的地质环境，但缺陷就是需要二次铺设隧洞中的作业设施，在此过程中可能会消耗比较多的人力物力和财力，存在较大的能耗，所以这种开挖方式只有面对特别复杂的地质环境时才会使用［3］。第一种（导洞并进）方式是指在导洞开挖至10米到15米位置的时候，同步实施导洞和断面开挖作业。相比较而言，导洞开挖施工技术难度大于全断面施工，所以这种开挖方式只有在断面尺寸大、地质条件复杂多变，无法采用全断面开挖技术的情况下才会选用。3.3锚杆支护施工技术锚杆支护施工技术即利用木材、金属、聚合物或者其他类型材料构件加工制作成杆柱，然后将杆柱打入提前在地表岩体上钻好的孔洞内，进一步借助杆体的特殊构造（头部或者尾部托板），或者粘结作用将稳定岩体和围岩紧密结合在一起，从而达到组合梁、悬吊效果或者补强效果，实现支护的目的。具体支护方式还需根据隧洞开挖方式进行科学选用，因为不同的开挖方式对应着不同的支护方式。开挖围岩质量比较好的情况下多选用锚杆外挂钢筋网片并喷射混凝土模式；岩石层和断面不够稳定的情况下多采用超前锚杆或者随机锚杆支护模式。3.4钻孔灌浆施工技术从字面意思即可看出，钻孔灌浆施工技术即严格按照隧洞施工设计规范，利用回填和固结灌浆方式进行施工作业，这一施工技术的合理运用能够有效避免隧洞工程出现漏水问题。但需要注意的是，灌浆操作是基于钻孔作业完成之后，顶拱回填灌浆期间需进行分区段操作，各区段相互之间的距离应控制在45米左右。同时要求施工人员对整个施工期间的灌浆压力做好严格把控，之后在回填灌浆操作完成后方可进行固结灌浆操作，两者之间的间隔时间一般应控制在7天到14天，多采用梅花型固结灌浆孔模式，且必须严格按照事先标记好的孔洞顺序实施灌浆。3.5混凝土衬砌施工技术衬砌即沿着隧洞洞身周边用钢筋混凝土修建一个永久性的支护结构，以防止围岩结构坍塌或者变形，下图1为隧洞衬砌结构示意图。混凝土衬砌施工技术的应用需要注意：首先，开始施工前需组织专业人员深入现场进行仔细勘测，清楚掌握现场岩石具体属性，为后续衬砌施工作业的顺利推进奠定基础保障。其次，待输水隧洞周边位移速度明显减缓；同时拱顶位移速度和水平收敛速度均已达到混凝土衬砌施工标准；支护表面没有明显裂缝的情况下方可实施衬砌作业。再次，采取混凝土连续浇筑模式，通常情况下先实施底板浇筑，之后再实施拱顶建筑作业与顶板浇筑操作［4］。图1水利工程隧洞衬砌结构图3.6排水施工技术排水处理对于水利工程隧洞施工来说非常重要，如果排水不到位会严重影响隧洞作用的正常发挥，甚至还有可能引发坍塌事故，所以我们必须对隧洞排水问题引起足够的重视。水利工程隧洞水主要来源于岩石裂隙水和钻孔用水两个方面，施工中尤其要对岩石裂隙水引起高度重视，降水量偏多和植被茂密的山体岩石裂隙水往往较为丰富。排水施工可以采取以下两种方式：第一种是平洞和上波洞排水方式，要求提前制定具体的排水方案，根据隧洞中风水电管线具体布设情况在隧洞的某一侧或者中部合理设置排水沟，保证彼此间不会相互影响。第二种是下坡洞排水方式，正常情况下采用常规机械方式将多余的水排出洞外，如果用水量突增，则需借助大流量设备排水，确保多余水都能够及时排出，为洞内施工人员和机械设备提供安全的施工环境。3.7爆破施工技术这种开挖技术在我国水利工程隧洞施工中比较常见，下图2为爆破开挖施工技术具体的流程图。开始实施爆破前，要求相关人员深入现场对岩石厚度和实际开挖量进行系统全面的勘察，在保证爆破效果的同时，尽可能降低爆破作业的危险性。针对岩石覆盖厚度不超过6厘米的情况可以采取手风钻打孔爆破方式，以有效降低钻头的磨损程度［5］。科学合理的施工方案同样非常关键，其能够为施工人员具体操作提供指导和依据。隧洞底部和侧墙预留的保护层，在爆破完成后还需做好修缮和平整处理工作，确保隧洞表面足够光滑与平整。除此之外，开始实施爆破前，必须组织专业人员科学确定各项爆破参数，同时开展爆破试验，结合试验结果持续优化各项参数，在保证爆破效果的同时，还要确保所有作业人员的人身安全。图2水利隧道爆破工艺流程图3.8岩爆施工技术岩爆开挖施工技术的应用需提前做好断面喷水处理工作，同时还要沿轮廓实施锚杆孔洞开挖处理，科学控制循环间距和孔深，保证二次循环超前锚杆孔和前一排孔洞相互错位，与掌子面间的夹角呈60°〜75°，之后向超前锚杆孔洞内部注水，在此期间施工人员要把控好具体的注水时间，确保岩石得以软化。之后再安装超前锚杆，最后焊接钢筋片与锚杆，避免岩爆碎片崩落。4水利工程隧洞开挖施工质量控制对策4.1优化施工方案随着我国综合国力的不断增强，各行各业都取得了很大的进步，水利工程建设规模持续扩大，隧洞开挖作业要求越来越高。这就要求综合考虑多方面实际情况，制定最为科学合理的施工技术方案，为后续施工作业的顺利开展和施工效果提供可靠的保障。同时还需注意施工中可能遇到的各类突发情况，提前制定相应的防范对策，避免隧洞开挖施工陷入困境，尽可能降低隧洞开挖施工难度，提高施工效率和施工质量。例如：某水利工程隧洞施工中采用光面爆破开挖施工技术，结合现场地质条件选用恰当的炸药及用量，采用ZWL-80/47.2L电动扒渣机和自卸翻斗车进行配合施工作业，主要用于装渣、运输渣土、实施平整处理。利用气腿式风钻进行喷锚支护锚杆造孔操作，同时采用TK-961型湿喷机以最大限度减少粉尘污染。具体施工过程中，围岩的开挖施工需按照“勤量测、严注浆、管超前、早封闭”原则。通过不断优化与完善施工方案，能够保证水利工程隧洞开挖达到最佳效果，同时提升整个施工期间的安全性与稳定性。4.2强化技术监督水利工程隧洞开挖施工技术难度相对比较大，要求多项技术相互配合应用，这就使隧洞开挖施工面临着更多的考验。想要促使整个施工过程的有序顺利开展，还需强化施工技术监督管理，及时发现是各种潜在的各类隐患和问题，并第一时间做出针对性的处理，避免影响范围进一步扩大。首先，相关监管人员应充分结合现场实际情况科学设定施工技术标准，严禁任何人员随意更改，同时详细记录好每天的施工技术内容，保证开挖施工效率［6］。其次，根据实际需求适当调整施工技术内容。比如：隧洞开挖范围偏大，工程量比较多的情况下，施工人员应及时修正个别偏差问题，确保整个开挖过程的稳步推进。4.3加强过程管理首先，科学确定混凝土拌和时间。一定要对混凝土混合物实施充分的搅拌，确保各种原材料能够均匀混合在一起，避免材料温度差异对施工造成不良影响。有关部门及工作人员可以根据现场实际情况对具体的拌和时间做出适当更改和调整，若遇寒冷的冬季施工作业可以将拌和时间延长至常规时间的1.5倍左右。其次，利用混凝土罐车运送导流洞混凝土，采取泵送入仓浇筑模式，运输期间还应借助泡沫板对罐车进行保温处理，尽量缩短运输距离，避免混凝土在运输途中发生离析现象。再次，组织现场人员定时测量混凝土表面温度，规避温度裂缝的发生，保证混凝土浇筑养护质量。结束语总而言之，水利工程隧洞结构往往较为复杂，施工技术要求比较高，施工工序复杂，施工难度偏大，对施工人员的专业能力要求比较高。开始施工前必须做好一切准备工作，制定最为科学合理的施工方案，结合现场各方面实际情况科学选用开挖施工技术，最后还要做好质量检查与清理工作，保证隧洞开挖质量满足水利工程建设实际要求，推动我国水利行业的长足发展。参考文献陈平，冯笑.关于水利工程输水隧洞施工期排水控制要点的探讨[J].浙江水利科