摘 要：引水隧洞开挖支护是水利工程施工中的主要工序，由于所面对的地质、地理环境不同，开挖过程中需要必要的支护措施。水电站工程是一项十分复杂的建设工程，是国家完善基础设施建设的重要步骤，也是确保国民经济发展的基础设施之一。本文介绍引水隧洞的定义，分析了引水隧洞的开挖施工技术及支护施工技术。
关键词：水电站；引水隧洞；开挖及支护施工技术
建设水电站是促进国民经济发展的一项基础工程，对工程当地以及其他区域的人们来说，都是一项有利的工程。引水隧道作为水电站工程中的一个重要步骤，应该对其施工的各个过程进行质量监控，合理运用开挖技术和支护技术，提高隧洞施工的整体质量，从而提高整个水电站的工作效率，实现缩短工期、降低成本、提高效益的作用。
1.引水隧洞的定义
水电站发电的原理是利用大坝上游流水的重力势能作用，推动水轮机，带动厂区内部的发电机组转动，从而产生电能。而将上游的流水引到电站的水轮转动区域的这条引水通道就是引水隧洞。水利建设部门根据引水隧洞的水流情况和是否存在自由水面，将隧洞分为有压引水隧洞和无压引水隧洞。引水隧洞一直是水电站建设中的重要环节，在筛选引水隧洞洞线设计方案时，设计师要遵从洞线尽量短、隧洞内转弯的数量尽量少、上下游水流能够顺利衔接的原则。工程设计师在选定引水隧洞的设置区域时要考虑到隧洞所处的岩体的稳定性和地质构造，要远离地下水的区域。水电站的引水隧洞存在的施工难点有：引水隧洞的施工场地狭小。由于水电站往往是建在群山环绕，河流湍急的区域，而隧洞更是在山体里面建造的，这就很容易的压缩了工程的施工空间，也增加了工程建设中的各种的不定因素，使得整个工程的施工难度也扩大了。在山体内施工，要充分了解山体的地理地貌、岩石状况，否则施工现场很容易引发塌陷等情况，施工的安全就变得尤为突出。狭小的施工空间使得工程的施工条件变差，对通风、采光、除尘等方面的需求也想到增加。种种难点使得工程的施工难度不断加大，也要求工程的设计部门建立设计方案时，不但要考虑到节约工程成本的同时也要参考工程的施工环境、施工需求特点。
2.水电站引水隧道的开挖施工技术
隧洞开挖不仅仅关系到隧洞自身的洞身面，还直接影响整个工程的施工进度。洞身面指的是隧洞进入口的面积，一般来说，当水电站工程遇到隧洞工程量大的情况时，就会通过开挖支洞和竖井的方式来优化隧洞的建设效果，弥补其功能上的不足。确定施工区域的数量时，施工人员需要根据事先对工程当地的地质地貌、环境条件、设备情况等进行分析，从而挑选出更加合理的开挖施工方案。引水隧道常用的开挖方案有断面分部开挖法和全断面开挖法。
2.1全断面开挖法。全断面开挖法指的是利用多臂钻机，挖掘出8—10m 高度的隧洞［2］，该种方法的优点在于可以多个机器同时开挖，开挖效率较高，可提升施工效果，介绍开挖过程中耗费的时间。但是全断面开挖法也有其缺点，如对岩体性能和结构要求较高，挖掘高度限制较大，同时挖掘出的隧洞断面大，不利于洞身面的控制。另外，全断面开挖法对施工机械的要求较高，施工工艺较为精细，需要有专门的操作人员来操控机械。基于此种情况，全断面开挖法只适用于围岩稳固并且坚固的区域。
2.2断面分部开挖法。这种隧道开挖方法指的是将隧洞分为不同的环节，将总工程量划分成一些小的子工程量，分阶段对隧洞进行开挖作业。一些水电站建设单位还根据开挖方式的差异，将断面分部开挖法分为了导洞开挖法和台阶开挖法。台阶开挖法一般在大型隧洞开挖工程中应用，其方法为从地面向下开挖或者地面以下向上开挖，其主要应用于10m 以上的隧洞工程。导洞开挖法和台阶开挖法不同，其对施工中的通风条件、排水条件、岩石结构等有着较高的要求，其施工方法为: 选择合适的施工位置，在引水隧道的断面之上开挖出一个小的导洞，利用各类机械将小型导洞不断扩大，直至完成整个工程。导洞开挖法分为上、下导洞开挖法两种。总体来说，断面分部开挖法对机械设备的性能要求不算高，因此可以适用于多种类型的施工条件中，在围岩不稳定、洞泾较小的区域内同样适用。
3.水电站引水隧道的支护施工技术
引水隧道是一个复杂的工程，在开挖工程完成后，会因为各种自然因素的影响，导致隧洞坍塌或者不稳定等情况，为此，应当及时对开挖完成的区域进行支护，加固围岩的稳定性，确保工程的顺利实施。支护技术是非常必要的，其关系到隧洞工程的使用稳定性和安全性，也直接影响了后期工程的实施效果。当前，引水隧道支护施工技术主要包括了新奥法隧洞支护法和混凝土隧洞支护法。
3.1混凝土隧洞支护法。混凝土隧洞支护的重点在于浇筑混凝土，其应用方法为: 将排气管、冲天尾管、导管等相互连接，形成一个通畅的混凝土输送管道，在地表利用强化高压将混凝土挤压到模板仓内，然后进行混凝土浇筑。在应用该方法时，应该注意合理运用施工工艺，喷混凝土及挂网正式施工前, 按规范进行喷混凝土生产性试验, 以确定喷射作业参数。喷混凝土材料采用早强型P.o32.5水泥、坚硬的中砂或粗砂, 细度模数控制在2.2-3.0之间, 粒径<15 mm坚硬的小卵石,并加速凝剂, 混凝土配合比由实验室确定。喷锚料在拌和机中拌制, 3 m3混凝土搅拌车运至现场。人工分层施喷, 按“喷Ⅰ 网Ⅱ 喷”的程序进行, 并插标志控制喷层厚度。喷混凝土施工工艺流程见图:
喷混凝土前用高压水或风冲洗干净岩面, 对遇水易潮解的岩层, 采用高压风清扫岩面;在受喷面滴水, 淋水部位设截水圈, 埋设导管排水。喷射混凝土作业分段分片依次进行, 喷射顺序自下而上, 先边墙, 后顶拱依次进行, 边墙按4 ～ 6 cm一层施喷, 顶拱按3 ～ 5 cm分层施喷,后一层在前一层混凝土终凝后进行, 若超过1 h再行喷射,要先用风水清洗喷层面。初喷混凝土后, 即进行锚杆施工及钢筋网安装, 安装完毕后再进行分层复喷至设计厚度。钢筋网采用简易安装在汽车上的架子平台现场挂设, 利用锚杆头点焊固定,中间用膨胀螺栓加密固定, 使钢筋网紧贴壁面, 网间用铅丝扎固。同时，还应注意提高泵机的工作速率，尽可能的缩短工期，完成支护作业。
3.2新奥法隧洞支护法。这种支护方法指的是根据隧洞的建设环境和围岩的承载能力、稳定性来确定施工的进度和方法。新奥法隧洞支护主要分为爆破开挖光面、锚喷支护、检测岩石稳定性三个方面。其具体施工方法为: 首先了解工程所在地的岩石情况，合理开挖隧洞，预测隧洞开挖中可能出现的岩石形变情况; 根据形变情况，选择加固材料和工具，对岩体进行加固处理，提高岩体的抵抗冲击能力。新奥法隧洞是一种新型的隧洞支护方法，其能够起到保护隧洞的效果，同时出现安全事故的情况较少，应用范围较为广泛。
总之，建设好水电站将为人民生活、经济发展，等各个方面带来促进的作用。而引水隧洞作为水电站建设的重要环节，工程的设计以及施工部门要运用科学合理的开挖方法和支护方法，建设出质量过硬的引水隧洞。这将对整体提升水电站施工效率，减少建设成本的投入上发挥着极大促进作用。
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[5] 李金牌. 浅谈电站引水隧洞渐变段开挖与支护技术研究[J]. 城市建设理论研究: 电子版,2015(36).
论文作者:王天宇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/29
标签：隧洞论文; 水电站论文; 工程论文; 混凝土论文; 断面论文; 方法论文; 施工技术论文; 《防护工程》2017年第25期论文;