淺析水電工程引水隧洞開挖與支護施工技術(shù)與方法

淺析水電工程引水隧洞開挖與支護施工技術(shù)與方法摘要：水電工程是保障民生國計的基礎(chǔ)項目工程，其建設(shè)規(guī)模大、施工項目復(fù)雜，對各項施工技術(shù)及工藝要求較高。而引水隧洞項目的開挖和支護施工是水電工程施工中的重點環(huán)節(jié)，其是保證后續(xù)安全施工的關(guān)鍵，但其施工操作極易受到地形地貌及施工環(huán)境等因素的干擾，為了提高引水隧洞的施工質(zhì)量，還應(yīng)綜合分析多項因素制定科學(xué)完善的施工方案。對此，文章就水電工程引水隧洞開挖與支護施工技術(shù)和方法進行了分析，以供參考。關(guān)鍵詞：水電工程；引水隧洞開挖；支護施工技術(shù)；施工方法前言：近年來，為了滿足社會經(jīng)濟的發(fā)展需求，水電工程的修建數(shù)量逐漸增多，其分布范圍廣泛，各施工區(qū)域的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)及施工環(huán)境等都存在一定的差異性特點。在引水隧洞開挖施工中應(yīng)明確水電工程的建設(shè)規(guī)模、施工標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量指標(biāo)等基本內(nèi)容，結(jié)合實際的施工環(huán)境確定合適的開挖方法和支護施工技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的施工操作強化水電工程引水隧洞的安全性和穩(wěn)定性，為后續(xù)施工建設(shè)提供可靠保障。一、水電工程引水隧洞概述水電工程引水隧洞的主要作用是縮短引水距離，提高水電工程的運行效率、減少水資源浪費問題。在水電工程運行期間，水輪機的助推力主要來自水位高差所產(chǎn)生的流重力，其可轉(zhuǎn)化為電能推動水輪機轉(zhuǎn)動，進而為發(fā)電機供電。而引水隧洞在其運行過程中則是將上部水流引至水輪機的密閉空間內(nèi)，再由有壓引水隧洞或無壓引水隧洞進行水流對接，其主要通過引流路線提高水流速率，提升水輪機的運行效率[1]。所以，在引水隧洞開挖過程中要充分掌握施工區(qū)域內(nèi)的巖石結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等基本信息，依照實際情況選擇可靠的支護施工技術(shù)，由此才能保證引水隧洞的穩(wěn)固性，確保其能長效引流，保障水電工程能安全運營。二、工程概況以天星壩水庫工程為例，其主要由樞紐工程和輸水工程構(gòu)成。其中，樞紐工程由大壩、導(dǎo)流溢洪供水放空隧洞和輸水隧洞組建而成，輸水主隧洞全長6850m、進口底板高程為2001.9m、出口底板高程約為1995.0m，隧洞有壓段為圓形斷面，無壓段為城門洞型斷面。隧道進口段0+000-0+030為淺埋段，埋深約為3～15m，在對進口底板進行查看后發(fā)現(xiàn)其高程低于導(dǎo)流洞底板，在運行期間存在超標(biāo)洪水翻過上游圍巖灌入進口的風(fēng)險。其地表基巖為玄武巖，巖體發(fā)育3組構(gòu)透裂隙，長度在2m以上、寬度在1～10mm以內(nèi)。此工程洞身段的隧洞洞頂有穿越天星壩水庫干流天星壩河、支流梅家河等通過，且隧洞帶構(gòu)造存在強烈擠壓現(xiàn)象，在強烈的構(gòu)造應(yīng)力下，巖體極易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。因此，在施工開挖中需要加強支護施工技術(shù)的有效應(yīng)用，提高襯砌穩(wěn)固性，相關(guān)人員要綜合分析此工程施工的多項基本因素，依照工程建設(shè)指標(biāo)和施工需求制定科學(xué)、高效的引水隧洞開挖方案、明確隧洞支護施工技術(shù)，確定施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證隧洞開挖、支護技術(shù)的規(guī)范性，確保最終的施工效果能滿足工程建設(shè)要求。三、水電工程引水隧洞開挖施工技術(shù)的分析開挖施工是水電工程引水隧洞施工質(zhì)量的基礎(chǔ)保障，其關(guān)乎著水電工程的施工成本及施工進度，是水電工程施工中的重要環(huán)節(jié)。為了保證引水隧洞的穩(wěn)固性，在開挖前應(yīng)充分掌握施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件、依照實際環(huán)境明確重點施工部位，詳細(xì)了解施工要點，同時還需選擇合適的開挖方式實施具體操作，確保引水隧洞的開挖質(zhì)量。下述進行了具體分析：（一）全斷面開挖法全斷面開挖法需要利用多臂鉆機進行鉆鑿炮孔以及錨桿孔等孔洞。施工人員應(yīng)依照引水隧洞的開挖方案確定鉆孔數(shù)量，根據(jù)實際情況選擇等級合適的鉆臂和臂數(shù)，同時輔以同等級鉆鑿機開挖出直徑約10m左右的隧洞。此方法是當(dāng)前隧洞開挖施工中廣泛應(yīng)用的施工技術(shù)，其操作便捷、掘進效率高，可大幅度提高施工效率，有利于節(jié)省施工成本，就上述工程而言，其針對II、III類圍巖洞段采取了全斷面開挖方法。但在具體施工過程中還應(yīng)充分考慮巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因為此方式主要借助機械設(shè)備開展施工操作，如若巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性達不到設(shè)備施工標(biāo)準(zhǔn)，那在掘進過程中則容易發(fā)生隧洞坍塌等安全事故，給施工人員造成一定威脅[2]。所以，在采取全斷面開挖法時要綜合分析掘進條件、隧洞直徑以及巖體結(jié)構(gòu)，在保證各項施工條件均能滿足掘進設(shè)計需求的基礎(chǔ)上嚴(yán)格依照技術(shù)規(guī)范實施開挖作業(yè)，確保全斷面開挖法的施工質(zhì)量。（二）斷面分部開挖法在引水隧洞開挖前，對整體開挖工程量進行綜合分析，依照施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備運行參數(shù)、工藝流程以及質(zhì)量指標(biāo)等將開挖項目分為多個子項目，由施工人員依照施工方案依次完成各開挖項目，而這種方式稱之為斷面分部開挖法。其主要包含了導(dǎo)洞開挖和臺階開挖法兩種，由于其斷面劃分形式存在差異性，所以在施工過程中需要依照引水隧洞的跨度、土質(zhì)結(jié)構(gòu)等選擇合適的開挖方式。導(dǎo)洞開挖法也可稱之為三導(dǎo)洞法，其適用于通風(fēng)條件良好、巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、直徑在10m以上的隧洞開挖項目中，施工人員需將斷面分為左、中、右三部分，先開挖中導(dǎo)洞，然后依次開挖左右兩個導(dǎo)洞。臺階開挖法又稱正臺階環(huán)形開挖法，其可依照地層情況將開挖面分為上、下、左、右等若干部分，在操作過程中按照施工要求實施開挖作業(yè)，通常適用于直徑在10m以內(nèi)、施工環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件不良且?guī)r層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差的隧洞項目中。四、水電工程引水隧洞支護施工技術(shù)的應(yīng)用分析相較于普通項目工程而言，水電工程引水隧洞的施工難度更大，因為其極易受到施工環(huán)境、施工設(shè)備等因素的影響，加之現(xiàn)場安全隱患較多，在施工過程中需要綜合考慮多項干擾因素。因此，引水隧洞的支護施工質(zhì)量是否達標(biāo)尤為重要，只有切實保障隧洞支護的穩(wěn)定性和安全性，才能提高引水隧洞的質(zhì)量指標(biāo)，確保水電工程能長效運行。（一）混凝土泵隧洞支護技術(shù)混凝土泵隧洞支護技術(shù)主要在于混凝土澆筑，通過混凝土結(jié)構(gòu)加固引水隧洞。在施工操作時利用排氣管、導(dǎo)管以及尾管等構(gòu)成混凝土輸送管，借助壓力將混凝土擠壓至模板支撐艙內(nèi)，由此完成混凝土的澆筑工作。在采取混凝土泵隧洞支護技術(shù)時，施工人員應(yīng)加強安全防范意識，當(dāng)澆筑至頂拱倉面時，施工人員應(yīng)將艙內(nèi)的施工工具撤出，待澆筑至入孔相平時需保證施工人員能安全撤離[3]。在澆筑完孔洞后，施工人員可按照規(guī)范操作適當(dāng)提高混凝土泵的運行效率，以此加快施工進度，需要注意的是，澆筑過程中要實時觀察混凝土傳輸管道的通暢性，避免應(yīng)管道堵塞影響混凝土的澆筑質(zhì)量，保證混凝土澆筑的連續(xù)性。（二）架設(shè)鋼支撐施工技術(shù)為了保證鋼支撐架設(shè)的穩(wěn)固性，可在引水隧洞原地基0.2m左右的位置進行安裝，以此提高地基承載能力，為后續(xù)安裝基腳槽鋼提供可靠保障。在實際架設(shè)過程中，施工人員要嚴(yán)格依照施工圖紙及施工方案進行操作，精準(zhǔn)定位槽鋼安裝位置，切實將安裝誤差控制在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，通常可將槽鋼安裝至鋼支架基腳位置。就上述天星壩水庫工程而言，在其洞口開展支護施工時，為了強化洞口的支護效果，施工人員按照施工要求采取了補強加固措施，利用Φ28錨桿預(yù)支護以及工字鋼拱架支撐實施操作，切實鎖好了洞口，提高了洞口的穩(wěn)固性。另外，完成鋼支撐施工操作后，施工人員應(yīng)對安裝質(zhì)量開展自檢工作，保證各連接部位緊密銜接，同時將槽鋼凹槽架設(shè)至墻角或拱腳鋼支撐上[4]。在檢查期間如若發(fā)現(xiàn)鋼支撐同初噴層之間的縫隙較大，那么可結(jié)合實際情況采用墊塊方式增強圍巖和鋼支撐之間的緊密性，盡可能將其間距控制在50mm以內(nèi)，確保兩者相輔相成，強化鋼支撐在支護的牢固性。為了防止在后續(xù)施工中出現(xiàn)巖石脫落等問題，可通過焊接的方式將鋼筋網(wǎng)焊接至鋼支撐內(nèi)，由此提升鋼支撐的支護效果，切實達到水電工程引水隧洞的支護要求。（三）錨桿支護施工技術(shù)開展錨桿支護施工操作時，施工人員需借助回旋設(shè)備進行鉆孔作業(yè)（如圖1），其可按照設(shè)計指標(biāo)將鉆孔間距把控在145mm以下、錨桿孔的深度在50mm以內(nèi)即可。同時，要依照施工需求和實際環(huán)境確定桿體長度、選擇合適的錨桿支護體，保證錨桿的適應(yīng)性及穩(wěn)定性，確保其能滿足引水隧洞的支護標(biāo)準(zhǔn)，確定錨桿質(zhì)量達標(biāo)后施工人員方可對錨桿進行整直、除銹等操作，由此延長錨桿使用壽命，避免其在應(yīng)用過程中出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。圖1.錨桿支護施工示意圖在灌漿管深入鉆孔過程中，施工人員要把控好孔底間距，盡可能將其維持在50～90mm的范圍內(nèi)，以此為后續(xù)開挖施工提供便利，待灌入砂漿后方可將錨桿拉出，在確定孔口無砂的前提下，可依照操作流程開展第二次灌漿施工，進一步強化引水隧洞的穩(wěn)定性和安全性。（四）新奧法隧洞支護技術(shù)新奧法隧洞支護技術(shù)又稱之為錨噴構(gòu)筑法，其是當(dāng)下新興的一種隧洞支護技術(shù)。相較于傳統(tǒng)支護技術(shù)而言，新奧法支護技術(shù)可全面提升整體隧洞的強度，施工人員可按照設(shè)計指標(biāo)、引水隧洞的施工環(huán)境構(gòu)建可同圍巖結(jié)構(gòu)緊密貼合的、具有一定柔性特質(zhì)的支護結(jié)構(gòu)，其可利用巖層自身穩(wěn)定性及環(huán)境約束性有效結(jié)合混凝土噴錨技術(shù)來增強整體圍巖結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)，促使圍巖、混凝土及錨桿形成一個整體結(jié)構(gòu)，由此減少巖層松動現(xiàn)象，降低外界對隧洞巖層的干擾[5]。為了充分發(fā)揮出新奧法隧洞支護技術(shù)的效用價值，在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的配合比，通過科學(xué)精準(zhǔn)的配制提高混凝土混合料的性能指標(biāo)，切實做好基礎(chǔ)保障工作，確保引水隧洞的支護質(zhì)量能達到水電工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)束語：水電工程是社會經(jīng)濟體系中的重要組成部分，鑒于引水隧洞對水電工程的重要性，在實際施工過程中應(yīng)加強現(xiàn)代化工程操作意識，明確引水隧洞開挖施工、支護技術(shù)的操作要點和難點，在充分掌握工程基本信息的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場實際環(huán)境選擇科學(xué)、高效的施工方法和施工技術(shù)，為后續(xù)施工操作提供可靠保障。與此同時，還應(yīng)強化質(zhì)量管控意識，提高施工風(fēng)險的防范意識，強化施工操作的規(guī)范性及標(biāo)準(zhǔn)性，消除隧洞開挖、支護施工中的安全隱患，減少風(fēng)險因素帶來的不良影響，確保開挖、支護的施工操作能順利完成，為水電工程長效、穩(wěn)定的安全運營奠定良好基礎(chǔ)。參考文獻：[1]沈文海.水利水電工程引水隧洞洞挖施工方法分析[J].江西建材,2022(0