王曉平

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

隧洞本身具備地質(zhì)構(gòu)造的特殊性，工程技術(shù)人員對特殊的不良地質(zhì)洞段，如果沒有嚴格保證其達到安全穩(wěn)定程度，則不良地質(zhì)洞段易產(chǎn)生失穩(wěn)坍塌、冒頂?shù)群蠊瑥亩o施工作業(yè)人員帶來安全隱患等因素。新疆地區(qū)的烏斯通溝水庫屬于供應(yīng)當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)用水以及農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要工程組成部分，因此務(wù)必需要確保水庫導(dǎo)流放空沖砂隧洞達到工程最佳安全效能標(biāo)準。同時，工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測隧洞支護體系的各項指標(biāo)變化，以便于及時判斷隧洞支護體系的失穩(wěn)隱患因素，正確應(yīng)對與解決隧洞開挖支護的工程技術(shù)實踐難題。

1 新疆烏斯通溝水庫的基該工程特征

烏斯通溝水庫工程是一座以灌溉、工業(yè)供水為主的水庫工程，主要承擔(dān)向伊拉湖工業(yè)園區(qū)及阿拉溝流域一般工業(yè)的供水調(diào)節(jié)任務(wù)，同時解決灌區(qū)灌溉供需矛盾突出問題，緩解地下水超采問題。工程建成后向下游各業(yè)供水2128 萬m3。烏斯通溝水庫工程的主要開發(fā)任務(wù)是灌溉和工業(yè)供水，遏制灌區(qū)地下水超采。水庫總庫容1440 萬m3，正常蓄水位905.0m，興利庫容1022 萬m3，死水位876.0m，死庫容315 萬m3，綜合放水設(shè)計流量3.0m3/s，設(shè)計灌溉面積17.2 km2。

烏斯通溝水庫工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程，建筑物由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、右岸導(dǎo)流放空沖砂隧洞和溢洪洞、左岸灌溉引水隧洞組成。主要建筑物瀝青砼心墻砂礫石壩為2級建筑物，左岸灌溉引水隧洞、右岸導(dǎo)流兼放空沖砂隧洞、右岸溢洪洞等其他建筑物級別為3 級，臨時建筑物為5 級。導(dǎo)流放空沖砂隧洞全長為559.0m，導(dǎo)流洞由引水渠段、隧洞有壓段、工作閘井段、隧洞無壓段和出口明渠段組成，其中洞身段樁號為SL0+000.00～SL0+426.90，總長426.9m，縱坡0.03%。對導(dǎo)流洞主要設(shè)計為錨噴支護形式，采用鉆爆法施工，斷面形式為城門洞形隧洞尺寸為4.2m×4.7m（有壓洞段）、4.2m×5.2m（無壓洞段）。

表1 為導(dǎo)流放空沖砂隧洞的施工作業(yè)循環(huán)時間指標(biāo)。

表1 Ⅲ類圍巖開挖支護作業(yè)循環(huán)時間指標(biāo)表

2 新疆烏斯通溝水庫導(dǎo)流放空沖砂隧洞開挖支護的總體施工方案

導(dǎo)流放空沖砂進口段和出口段同時對向開挖，相距30m時停止一端開挖，在完成支護施工后，另一側(cè)單向開挖至貫通。導(dǎo)流洞進洞前應(yīng)完成洞口邊坡開挖、支護及洞口鎖口錨桿，方能進行洞內(nèi)開挖施工[1]。導(dǎo)流洞洞出口進洞前完成洞口邊坡開挖、支護、鎖口錨桿、超前錨桿，方能進行洞內(nèi)開挖支護施工。豎井與導(dǎo)流洞間巖體厚度小于10m 時，應(yīng)采取控制爆破措施，同時采取隧洞交叉處結(jié)構(gòu)加強支護等措施后，方可進行剩余段開挖，并做好相應(yīng)安全防護措施。邊坡被動防護網(wǎng)在設(shè)計高程處未施工完成，禁止下級邊坡開挖施工[2]。

從總體的施工規(guī)劃次序角度來講，隧洞開挖支護的基本施工環(huán)節(jié)重點包括前期放線測量、清理場地的表土層、開挖截水溝、修整洞臉邊坡體系結(jié)構(gòu)、布置錨筋樁、布置錨桿以及噴混掛網(wǎng)操作、布置被動性的工程防護網(wǎng)體系、開挖進洞操作等。施工技術(shù)人員針對隧洞開挖中的上述各個環(huán)節(jié)步驟都要密切進行質(zhì)量檢測，嚴格確保隧洞開挖以及圍巖支護的預(yù)期效果[3]。

3 新疆烏斯通溝水庫導(dǎo)流放空沖砂隧洞開挖支護的施工技術(shù)要點

導(dǎo)流放空沖砂洞具有作業(yè)面狹小、空間受限、較長的施工線路以及復(fù)雜區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的水工隧洞工程，在施工前應(yīng)當(dāng)建立有效的工程質(zhì)量保障措施，尤其是針對隧洞開挖以及隧洞支護體系的布置施工環(huán)節(jié)過程而言。在目前的現(xiàn)狀下，某些隧洞施工的操作實施人員由于忽視隧洞開挖支護中的操作細節(jié)質(zhì)量監(jiān)管工作，因此導(dǎo)致隧洞體系結(jié)構(gòu)失去堅固性，甚至是隧洞地質(zhì)塌陷，對施工人員造成人身傷害[4]。由此可見，工程技術(shù)人員必須要深刻認識到隧洞開挖支護的質(zhì)量安全監(jiān)管工作的意義，具體涉及隧洞施工技術(shù)的要點如下。

3.1 布設(shè)隧洞開挖的工程通風(fēng)通道

隧洞體系結(jié)構(gòu)包括了狹小的施工場所空間，施工操作人員所在的工程區(qū)域固有地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，其中包括隧洞潛水層、風(fēng)化巖層及軟弱土層等特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)[5]。在這種情況下，隧洞施工的操作人員必須要保留工程通風(fēng)以及人員逃生通道，旨在提供最基本的隧洞施工防護與保障，防止隧洞支護的施工人員在緊急狀態(tài)下無法順利逃生。具體針對施工通道在進行設(shè)計規(guī)劃時，基本思路為布置隧洞的逃生通道，充分確保工程運輸車輛以及施工操作人員能順利進出隧洞施工場地。工程技術(shù)人員對結(jié)構(gòu)較為狹窄的隧洞體系組成部分來講，應(yīng)當(dāng)致力于合理拓寬設(shè)備錯位區(qū)域，同時還要嚴格確?，F(xiàn)有的隧洞進出車輛與行人通道滿足防火安全指標(biāo)。

工程支護體系的施工技術(shù)人員必須要全面重視施工通風(fēng)的體系結(jié)構(gòu)布置，運用因地制宜的隧洞通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路來優(yōu)化現(xiàn)有的隧洞通風(fēng)模式。具體針對引水隧洞來講，包括較小斷面以及較長人員進出線路的隧洞必須要預(yù)留施工通風(fēng)體系，結(jié)合噴霧除塵的關(guān)鍵工藝技術(shù)方法來保障隧洞施工的操作人員安全。在目前的現(xiàn)狀下，隧洞支護的施工單位人員重點應(yīng)當(dāng)考慮采用機械化的凈化除塵體系結(jié)構(gòu)，使用信息化裝置來準確測試實時性的洞內(nèi)有害有毒氣體濃度，完善隧洞通風(fēng)體系的監(jiān)管工作施行保障機制[6]。例如在圖1 中，施工技術(shù)人員首先需要確保爆破造孔深度為3m，開挖過程中主要運用噴射混凝土支護以及砂漿錨桿支護體系。施工技術(shù)人員重點應(yīng)當(dāng)針對C25 規(guī)格的混凝土進行均勻噴射處理，確保系統(tǒng)砂漿錨桿的拱頂部位的面積為1.2m×1.5m。

圖1 Ⅲ圍巖開挖支護的工程支護參數(shù)圖

3.2 隧洞開挖爆破施工

隧洞爆破施工是非常關(guān)鍵的隧洞施工操作步驟，隧洞施工的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)嚴格按照隧洞爆破的正確操作步驟來進行爆破施工處理，避免給隧洞作業(yè)人員帶來人身安全的隱患。隧洞開挖爆破的掏槽施工步驟應(yīng)當(dāng)置于首要地位，工程技術(shù)人員對此需要準備機械化的大型施工輔助設(shè)施，確保掏槽孔能夠達到環(huán)狀布置的標(biāo)準，運用垂直設(shè)計的技術(shù)手段來布設(shè)掏槽孔洞[7]。一般來講，工程技術(shù)人員針對隧洞爆破的操作施工環(huán)節(jié)需要確保限定在40mm左右的鉆孔直徑尺寸大小，并且至少應(yīng)當(dāng)預(yù)留6 個左右的裝載炸藥孔洞。例如在圖2 中，工程技術(shù)人員主要應(yīng)當(dāng)控制于2m 的爆破造孔深度，開挖過程中主要運用噴射混凝土支護、砂漿錨桿、鋼拱架支護體系。全斷面開挖的施工操作過程關(guān)鍵應(yīng)當(dāng)包括初噴混凝土、系統(tǒng)錨桿支護、掛鋼筋網(wǎng)、鋼拱架接長處理、復(fù)噴混凝土等要點。

圖2 Ⅵ圍巖開挖支護的工程支護參數(shù)圖

工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)準確計算掏槽施工區(qū)域的炸藥裝載總量，否則如果出現(xiàn)了錯誤計算的情況，那么隧洞爆破操作的預(yù)期良好成效就無法得以充分展現(xiàn)，并且還會造成隧洞爆破操作中的人身傷害。在該基礎(chǔ)上，隧洞施工的工程技術(shù)人員務(wù)必將循環(huán)進尺設(shè)計長度控制在 2m～3m 。相比于掏槽孔的鉆探施工處理深度數(shù)值而言，爆破作業(yè)人員在正式進行掏槽施工操作的環(huán)節(jié)中，至少需要保留0.5m 左右的額外進尺長度，確保掏槽孔洞鉆探處理深度為2.5m～3.5m。

具體在計算掏槽施工區(qū)域的炸藥裝載體積數(shù)目過程中，隧洞工程技術(shù)人員必須要做到嚴格控制與限定裝藥總量。通常來講，施工技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將鉆孔長度表示為字母L，將裝填炸藥的系數(shù)表示為T，將掏槽施工區(qū)域的裝藥小孔總數(shù)表示為N，并且限定在0.7kg/m 的線裝藥密度。因此，掏槽施工區(qū)域的最大裝藥總量指標(biāo)Q應(yīng)當(dāng)?shù)扔贚、T與N的乘積，確保滿足掏槽區(qū)域的最大裝藥承載能力標(biāo)準。

3.3 隧洞支護體系施工

隧洞支護體系構(gòu)成了承載隧洞主體重量的最關(guān)鍵部位，工程技術(shù)人員目前必須要重點針對隧洞支護的體系結(jié)構(gòu)部位展開嚴格質(zhì)量監(jiān)測工作。隧洞支護體系應(yīng)當(dāng)達到結(jié)構(gòu)承載強度的最大限度要求，有效避免并且預(yù)防隧洞體系的失穩(wěn)坍塌后果產(chǎn)生。作業(yè)人員對隧洞混凝土的噴射施工層至少需要控制在4cm 以上的層次厚度，結(jié)合錨桿支護的工程技術(shù)手段來保障隧洞圍巖的穩(wěn)定安全性。在該前提下，施工技術(shù)人員有必要格外關(guān)注隧洞破碎帶以及其他特殊的隧洞地質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，進而對原有的錨桿支護以及混凝土噴射施工強度予以適當(dāng)增加[8]。

例如對掛網(wǎng)錨噴的隧洞支護組成方式來講，隧道工程的施工操作人員需要準確控制鋼筋網(wǎng)的掛網(wǎng)距離長度，同時還應(yīng)當(dāng)保證滿足8cm 以上的混凝土層覆蓋厚度技術(shù)標(biāo)準。隧洞施工的操作技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)保證錨桿布設(shè)長度為5m 左右，并且達到2m 左右的錨桿間隔距離。隧洞作業(yè)人員目前最好選擇綜合性的掛網(wǎng)錨噴技術(shù)、超前錨桿支護技術(shù)、鋼支撐技術(shù)來組合形成隧洞支護體系，確保緊密連接超前錨桿結(jié)構(gòu)與鋼支撐的頂拱部位，然后應(yīng)該將鋼筋網(wǎng)布置在隧洞體系的適當(dāng)區(qū)域。

3.4 處理隧洞特殊洞段

隧洞體系結(jié)構(gòu)中的特殊區(qū)域部位比較容易發(fā)生失穩(wěn)、塌方、冒頂?shù)劝踩[患，因此決定了隧洞施工的施工技術(shù)人員、作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)謹慎處理特殊的隧洞地質(zhì)區(qū)域，尤其是對地下水豐富的部位、豎井于隧洞交叉部位以及隧洞貫通部位而言。例如對隧洞的貫通結(jié)構(gòu)部位來講，隧洞工程的施工技術(shù)人員必須嚴格控制施工質(zhì)量，確保隧洞交叉部位達到堅固程度以及安全程度標(biāo)準，可運用實時檢測的儀器技術(shù)手段來控制隧洞施工質(zhì)量。

隧洞進出口段是易發(fā)生塌方、冒頂?shù)膮^(qū)域，因此必須要充分確保隧洞施工的作業(yè)人員準確掌握隧洞進出口段的施工處理要點。隧洞施工人員目前需要重點針對進出口段的鎖口體系結(jié)構(gòu)進行開挖施工處理，然后將鎖口錨桿均勻布置在兩側(cè)的隧洞輪廓線區(qū)域部位。在必要時，隧洞工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)視情況選擇錨噴加強以及鋼拱架的雙重支護體系，同時，延長強支護段長度進而達到全面增強隧洞支護力度的效果。

此外，隧洞交叉口的重點區(qū)域部位必須要保證滿足隧洞安全施工的基本條件標(biāo)準，充分保證隧道施工的作業(yè)人員能做到正確處理隧洞的交叉口特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在開挖豎井的過程中，應(yīng)當(dāng)保證主洞與支洞的連接交叉區(qū)域部位滿足承載性能良好的技術(shù)要求，并且合理采用布置密集孔洞等技術(shù)手段來解決施工技術(shù)難題。對破碎與松散的隧洞巖體應(yīng)當(dāng)防止出現(xiàn)頻繁擾動的情況，正確運用超前支護的施工技術(shù)措施。

表2 為中斷面的水庫隧洞體系支護施工操作實施要點。

表2 中斷面的水庫隧洞支護施工操作技術(shù)要點

4 結(jié)語

經(jīng)過分析可見，水利工程中的隧洞結(jié)構(gòu)體系不可缺少支護結(jié)構(gòu)支撐，施工作業(yè)人員針對隧洞開挖支護的重要工程組成部分應(yīng)當(dāng)給予關(guān)注，嚴格遵守隧洞開挖支護的正確操作實施步驟。通常情況下，隧洞開挖支護的關(guān)鍵施工要點應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在布設(shè)隧洞開挖的工程通風(fēng)通道、開挖爆破施工、支護體系施工以及特殊部位施工處理等。隧洞施工人員對自身安全健康應(yīng)當(dāng)切實予以保障，謹慎預(yù)防隧洞土層塌陷以及土壤結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等工程隱患。隧洞施工的操作技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)致力于引進機械化與自動化隧洞開挖支護手段，合理節(jié)約與控制隧洞施工成本。