水工隧道开挖支护技术

李松泉

摘要：为结合当前我国水工隧道工程建设情况，明确水工隧道工程开挖支护施工要点，提高水工隧道工程开挖支护施工技术水平，助力水工建设事业发展，从水工隧道工程特点分析入手，具体阐述水工隧道工程开挖施工技术，针对水工隧道工程开挖支护施工要点展开详细分析，提出提升水工隧道工程开挖支护施工有效性的措施，以期提供参考。

关键词：水工隧道工程；开挖支护

引言

在水工隧道施工过程中，由于现场作业环境复杂，为确保作业环境的安全，在施工过程中需要应用多种开挖支护技术，来对隧道内部的支护结构进行构建。但水工隧道施工工序复杂、施工要点众多，且会受到多种影响因素而导致安全事故的发生，因此本文以水工隧道开挖支护施工为研究对象，重点对其施工要点进行分析。

1水工隧道工程特点分析

分析水工隧道工程施工工艺可知，在实际施工建设过程中，其工艺非常复杂，并且存在较大的施工难度，可以将其总结为以下几点：第一，在水工隧道工程施工建设过程中，由于存在诸多不可控因素，会直接影响到后续施工建设。比如施工区域地质条件对水工隧道施工的明显影响，如果在施工前未能全面、详细地勘察施工区域情况，设计人员不了解地质条件、水文环境等情况，极易引发设计不合理、不符合施工建设要求的情况，进而引发施工安全问题。第二，由于水工隧道工程施工作业很难保证不会破坏原区域内的地质结构，与此同时，也无法准确获取区域内地质变化的相关数据，容易在后续施工中造成塌方故事，对施工人员以及施工建设安全性产生不利影响。

2水工隧道开挖支护技术

2.1开挖施工工艺

开挖过程中各台阶开挖与支护沿隧道方向错开，同步作业，开挖完成后即刻初喷4cm混凝土封闭工作面。开挖施工工艺如下：测量放样→超前支护→上台阶弧形断面开挖支护→作业面检查→中台阶开挖支护（两侧错开，可同时开挖）→下台阶开挖支护（分别开挖）→分段开挖隧底→仰拱施作。上、中、下台阶开挖过程中对稳定状态评估，若出现不稳定状态，及时停止上台阶开挖，对已完成段落进行加固，调整支护参数后再继续进行施工。a.上台阶弧形断面开挖：本段围岩钢拱架设计间距80cm，每循环开挖1榀，可根据围岩掉块情况适当缩短开挖长度，减小拱架间距。预留核心土长度宜为4～5m，宽度宜为开挖宽度1/3～1/2。开挖以机械开挖（单钩）为主，两侧拱脚辅以松动爆破的方式。两侧拱脚需进行弱爆破的，周边眼打设3～5个，间距50cm，单孔装药量根据松散程度0.5～1支（直径Φ32,单支长度30cm乳化炸药）；辅助眼打设数量、间距与周边眼相同，装药量为1～2支。b.中、下台阶开挖：由于软岩隧道围岩破碎，且结合较差，中、下台阶以机械开挖为主，若存在孤石或较硬夹层时，采取弱爆破的方式，遵循“小间距、少装药”的原则（可隔孔装药）。开挖循环进尺保持与上台阶弧形断面相同。开挖时利用机械将上台阶拱脚挖出20～30cm，以确保钢拱架连接质量。c.隧底开挖：两侧下台阶开挖完成后2～3m后，及时进行隧底开挖并封闭成环。

2.2管棚注浆浆液配制

水泥浆用高速搅拌机混合，原料混合比严格供应。钢管用水泥、水玻璃浆双液浆填充水泥∶水玻璃=20∶1、水泥浆水水泥比:1∶1、浓度=35。灌浆后，M30水泥砂浆用于满足无接缝钢管以提高钢管刚度。在生产水泥污泥或稀释水玻璃时，严禁水泥块或废纸进入泥浆。当泥浆排入污泥储罐时，通过滤网过滤。制备的浆液储存在带有低速混合器的浆液储存罐中，以防止浆液在较短的储存时间内沉降和分离。预喷射试验合理确定了喷射比和喷射压力等喷射参数。泥浆比的选择必须考虑岩石的裂缝和泥浆的扩散半径。浆液应随配随用，用多少配多少，以免造成浪费。

2.3隧道围岩支护体系

（1）隧道围岩支护体系的构成。隧道围岩常用的支护体系由复合围岩结构和复合支护结构组成，其中复合围岩结构包括原岩、深层围岩与浅层围岩，复合支护结构由初期支护与二次衬砌组成。确保浅层围岩的稳定是隧道开挖稳定性控制的关键。轴向压力由围岩和支护结构共同进行承担，其中围岩是承载轴向压力的主体，要确保其自稳能力。首先是支护结构能防止浅层围岩因变形而出现破坏，确保其稳定性；其次是在隧道开挖之后允许围岩出现可控的塑性变形，并在合适的时机进行支护施工，最大限度发挥围岩的自稳能力。（2）支护结构的功能及机制。支护结构的基本功能为确保隧道断面的使用净空，承受各种荷载。其中“支”是指支护结构给隧道围岩应力状态带来变化，改变受力状态，使其从单向受力变为双向受力或者是从双向受力变为三向受力，进而提高了围岩的稳定性及安全性，如图1（a）所示。而“护”则是改变了围岩的力学性能，进而提高隧道结构的稳定性，如图1（b）所示。

图1  支护体系作用机制

2.4分部开挖法

所谓的分部开挖法，也称为“导坑超前开挖法”，主要就是针对水工隧道某一部分进行的提前开挖。分部开挖法实施过程中，最常使用的方法就是上（上下）导坑超前开挖法，还有单（双）侧壁导坑超前开挖法等方法，在实际应用过程中，需要结合具体的施工环境、地质条件等情况，综合考量后，选择对应的分部开挖法。例如，对于大跨度隧道施工建设，应当开挖松软、稳定性差的地层，此时，建议选择侧壁导坑法，在实际应用过程中应循序渐进，避免开挖隧道周围产生的强烈破坏力对开挖造成影响。实际应用过程中，施工人员需要在待开挖的坑道中设置临时支撑架，再沿坑道进行分部开挖施工，在此基础上，从边墙逐步向顶拱修衬砌，同时，施工人员需要在衬砌支撑保护作用下，向核心部分进行下挖，在此过程中，也可以修筑仰拱，进一步提高安全性。应用分部开挖法可以提升安全性，保证施工质量。

2.5提高开挖支护设计信息化水平

为进一步提高开挖支护设计效果，工程企业应当开展信息化管理，逐步实现水工隧道开挖支护设计信息共享性。在此过程中，工作人员可以及时将工程开挖支护施工数据录入信息管理系统中，而后交由专业技术人员进行问题的分析和评估，找到问题存在的原因，并制定出较为完善的预防方案。

除此之外，在开发支护设计过程中，应加大力度应用BIM技术，借助该技术构建出路桥隧道施工三维模型，将工程建设实际情况、地质条件、施工进度、施工要求等及时录入系统中，依托网络系统，模拟分析出隧道开挖支护施工流程、环节，分析其中存在的问题，找出相关影响因素，在此基础上，制定出较为完善的施工计划、方案，提高施工效率，保证施工质量。与此同时，应用BIM技术，还可以规避施工风险，降低施工安全事故发生概率，减少施工成本，切实提高路桥隧道开挖支护施工整体工作效率与质量。

结语

综上所述，在水工隧道工程施工中，应用开挖支护技术可以保证工程建设的安全性，确保开挖支护施工可以顺利实施。在实际施工过程中，除了要参考技术规范和具体要求之外，还必须结合实际情况，综合考量水工隧道施工环境、施工情况等，确定适宜的开挖支护施工技术，并考虑工程所处环境、人为因素等情况，优化、调整开挖支护技术，进一步完善施工方案，确保隧道开挖支护施工技术得到合理的应用，进而保障水工隧道施工的安全性、稳定性。

参考文献

[1]彭俊骥.路桥隧道工程建设中的开挖支护施工技术[J].工程技术研究，2019（18）：51-52.

[2]朱荣华.路桥隧道工程开挖支护的施工要点分析[J].四川水泥，2019（1）：290.