浅谈水工隧洞开挖轮廓控制技术

张东东

摘要：水电工程中的长引水隧洞开挖时，由于长引水隧洞的洞轴线长，且沿线隧洞埋深不一样，隧洞沿线穿越的地质条件复杂多变，其施工质量较难保证。文章重点就水工隧洞开挖轮廓控制技术要点进行研究分析，旨在为业内人士提供一些建议和帮助。

关键词：水工隧道；开挖问题；轮廓控制技术；要点

引言

在水工隧洞开挖过程中，地质情况很差的洞段或遭遇严重涌水的洞段，极易发生隧洞掉块及坍塌，将危及工程施工及人员安全。因此，在工程施工准备阶段，就应针对不良情况提出防治预案，尽可能地保证人员安全及施工的正常进行。

1水工隧洞的施工特点分析

1.1水流特点

泄水隧洞出口流速高，单宽流量大，能量集中，消能防冲措施要求较高。隧洞进口位于水下较深处，闸门承受的水压力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。高水头无压泄水隧洞，容易在高速水流的作用下引起振动及洞身空蚀破坏。有压隧洞往往承受较大的内水压力，若衬砌漏水，压力水将渗入围岩裂隙，形成附加的渗透压力，破坏岩体稳定，所以要求有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。

1.2结构及施工特点

水工隧洞是从山体中开挖出来的地下结构，其结构形状、受力与围岩密切相关。隧洞开挖后改变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因此，隧洞中常需设置临时性支护和永久性衬砌，确保隧洞施工期和运行期的安全。与地面建筑物相比较，周期长、工序多，施工干扰较大。

1.3洞线选择

第一，地质条件是隧洞线路选择的决定性因素，隧洞应尽可能布置在坚硬的岩基中，避开严重的破碎带和地下水丰富的地段，线路轴线与岩层层面、构造断裂面和主要节理裂隙面应具有较大的夹角，使洞线通过岩层倾角较陡的地段，隧洞进出口要选在山岩完整稳定无滑坡的位置；第二，隧洞路线应力求短而直，以减少工程费用和水头损失，如由于地形、地质条件和枢纽布置的原因必须转弯时，其弯曲半径要大于5倍的洞径或洞宽，使水流平顺；第三，隧洞应有一定的埋置深度，以减小衬砌厚度，一般顶部及侧面的岩层厚度应大于3倍隧洞的洞径或洞宽；第四，应兼顾施工方便。对于长洞应考虑便于设置施工竖井或支洞，增加开挖工作面加快施工进度，并便于出渣和进料。

2水工隧洞开挖问题分析

短隧洞通常经过前期的地质勘探，可以全面的准确了解地质的情况，如果存在问题，也可以预先分析出解决的办法。但是长隧洞即使勘探工作很仔细，也不可能避免掉探孔间出现地质情况突变的问题，给开挖带来了一定困难。遇到的问题有岩体松散或破碎，出现断层；地下水位高，有渗漏和涌水现象；出现页岩层理倾角较大，甚至接近于垂直，层理间有页泥夹层，处理这些问题的办法是通过新奥法来施工，详细如下：一是要加强施工的监测，提前了解出地质的问题，研究出处理的措施，避免因为开挖不当而造成的损失；二是使用光面爆破，尽量少超挖；三是锚喷支护，如果岩层有破碎的时候要考虑通过钢衔架或钢拱架来支撑。当出现地下水位高或涌水量大的时候，要加强排水工作，在隧洞的底部设置积水坑、排水沟，进行抽排，在洞侧壁和洞顶部位打孔，埋好排水管。如果地下的水位高于隧洞输水最高运行水位，不会产生内水外渗现象，也可以保留排水管。

3水工隧洞开挖轮廓控制技术要点分析

3.1测量控制

隧洞轴线是隧洞开挖的关键，一般水工隧洞轴线为直线，因此就以轴线为直线型隧洞为例进行说明。首先在洞口外沿轴线大致方向选择一块视野比较开阔，施工过程中不受影响的位置，根据设计给定的已知点和隧洞轴线点坐标，测算并布设第一个轴线控制点，沿轴线方向向隧洞另外一洞口方向延伸，延伸越远越好布设第二个轴线控制点，第一点和第二个点，第一点和隧洞口必须通视，同样在隧洞另外一端做两个轴线控制点。轴线控制点做好后必须校核，最直接的方法就是用经纬仪或全站仪沿轴线控制点一头用正倒镜导到另一头进行轴线控制点复合。根据复合误差判定轴线控制点的精度，若误差在允许的范围内，那经过调差后隧洞轴线控制点可以使用，若不满足精度要求，应重新进行控制点布置并校核，直至误差达到允许的范围内。控制点布置完成后为了方便和减小误差，可以在轴线上布设一台激光照准仪，激光照准仪使用起来比较简单方便且精度高。加大施工过程中的测量频率，及时调整并提高开挖精度。

3.2工法控制

隧洞爆破中应注意的问题，爆破开挖的方法很多，很多的爆破专业书籍都讲得很细致，其中应特别注意几个细节，隧洞开挖初期飞石的安全，隧洞开挖进尺较短时，切记爆破警戒距离一定不能小于爆破设计的安全距离，特别是洞口初始的几次爆破，飞石的距离会非常远而且多，因为隧洞开挖时必须进行掏槽，所谓掏槽实际就是利用炸药的爆炸力把此部分岩石从岩石面里面蹦出来，为其它炮孔的爆破形成临空面，掏槽位置的炸药单耗特别高，是一般爆破面炸药单耗的好几倍，所以此部分岩石爆破过程中应特别引起注意。钻孔应注意光爆孔的钻孔位置角度和间距，光爆孔是控制隧洞成型的关键，光爆孔的钻孔质量直接影响隧洞的断面成型质量。孔位应严格按爆破设计要求布孔，选择用经验技术过硬责任心强的工人负责钻孔，钻孔的角度一定要控制好，以求最大限度的减小开挖轮廓线的偏差值。

3.3出渣控制

出渣是隧洞开挖工程中极为关键的工序，每个钻爆循环所用的时间基本上是相同的，而且可以压缩的空间不大，但是出渣不一样，在围岩较好的隧洞中影响进度最多的可能就是出渣工序。而且对于采用机械连续开挖的小断面隧洞来说，出渣效率影响机械操作手判断轮廓线的准确性，间接影响隧洞开挖精度，或导致开挖轮廓线偏差值增大。因此出渣设备的选择对于隧洞开挖来说至关重要。对于大型隧洞可以用装载机直接装自卸汽车运输，并附一台中型挖掘机，也可以用挖掘机直接装自卸汽车运输，对于小型隧洞可以采用趴渣机装小型自卸汽车运输，再就是机械设备的选择必须考虑隧洞单口掘进的深度，对于较长的隧洞装渣运输宜考虑电动装渣设备和电动有轨运输。

3.4通风控制

通风设备的选择，通风设备应根据隧洞的断面面积、单面开挖长度和出渣设备选择，若隧洞断面条件允许宜考虑大功率设备不宜考虑小功率设备，特别是对于以柴油为动力的出渣设备，通风不仅考虑放炮时的排烟，还必须考虑出渣过程中的通风，通风设备必须与出渣设备相匹配。在工程中如果通风设备功率不足，机动车的尾气排不出隧洞，造成出渣过程被迫中断，会导致出渣时间的大大加长，开挖进度的严重滞后。重新更换通风设备，不但耽误施工进度，还会增加工程施工成本，因此得不偿失，应超前谋划，选定设备型号，根据施工进度及时延长通风深度，为开挖精度的规范控制提供条件。

结束语

综上所述，水工隧洞开挖因为受到了各种客观条件限制，通常会出现一些施工上的难题，如果要解决这些问题，使得开挖施工既安全可靠且又经济合理，就必须根据具体情况，因地制宜采取相应的可操作性强的措施，才可以达到预期目的。以上简述了隧洞开挖轮廓的影响因素和处理措施，期望在总结经验的基础上不断的改进创新，提高开挖施工技术水平，为又快又好又省的进行水利水电工程建设提供一些科学依据。

参考文献：

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[2]李小东，田明，张艳.小型水工隧洞施工技术探讨[J].河南水利与南水北调，2017，46(10):53-54.

[3]江晓洲.水工隧洞围岩渗流场和应力场数值模拟与分析[D].西安理工大学，2017.

作者简介

张东东：助理工程师、本科、1989年12月、6104271989****2230