赵欢 张亚维 宁少妮
陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安市 710001
摘要：岩石本身具有低孔隙率和未风化的特点，是地下水运动的重要屏障。然而，岩体中存在的不连续性增加了渗透性，并且可能有很大的变化。隧道掘进过程中的涌水、渗漏对岩体的稳定性有着直接的影响。如果隧道是为输水而开挖的，则渗漏问题不仅限于隧道开挖阶段，因为在运营期间，无衬砌隧道也有很高的失水风险。本文论述了重点输水工程“施工四标”无衬砌引水隧洞预注浆和后注浆对控制渗漏的作用，以期为其他类似工程提供借鉴。
关键词：水工隧洞；常见问题；有效措施
中图分类号：TV543 文献标识码：A
1 引言
水工输水隧洞广泛运用于泄洪、发电、供水、灌溉等工程，近年来随着城市供水及农田灌溉日益增长的需求，水工输水隧洞得到了大量运用。通过对输水隧洞设计和计算等方面的研究，不但能够提高隧洞的安全性，而且能有效保证水工建筑物的整体质量和使用寿命。输水隧洞设计和计算等方面的工作已越来越受到相关部门的重视，基于上述原因，本文将深入分析和介绍输水隧洞设计和计算过程，以期对水工隧洞设计和进一步研究提供参考。
2 工程概况
某工程3号隧洞160+582～160+930穿过北川河浅滩洼地段，覆盖层较薄，最小埋深仅18~30m，设计为砂卵石洞段，地层岩性为第三系上新统卵石混合土层，洞底以下卵石层厚0～30m，围岩坚固系数fk=0.5。围岩工程地质分类为V类，围岩极不稳定，不能自稳，变形破坏严重，地下水位位于洞顶以上，隧道开挖时存在涌水突泥、塌方冒顶施工风险。
3 小断面隧洞施工的难点
首先对于该隧洞项目的建设来讲，单向掘进的距离过长最长超过了2100米，而且隧洞在施工建设时存在较多的拐弯施工内容，长隧洞拐弯隧洞对整体的通风、供电、排水、出渣等施工内容有着较大的要求，在该工程项目建设的过程中，通风和供电工作是难点和重点工作内容，会直接决定该项目能否顺利进行。其次，该案例在实际的隧洞开挖过程中不同土层需要进行不同断面的开挖，主要有圆形开挖断面和马蹄形开挖断面，在圆形开挖断面施工过程中需要铺垫一部分石渣，这样才能够保证轨道的平顺连接，保障工程项目的顺利进行，为作业人员的施工安全提供保障。但该施工方式后期需要将石渣清理干净，会给施工增加一定的施工量。如果清理不干净又会增加额外的成本投入，影响到工程的施工进度，该部分的内容相对于马蹄形断面的开挖内容来讲，施工难度较大，需要施工人员更加重视。
4 超前地质预报
为使隧洞浅埋段施工能够得以顺利实施，确保其施工的安全性能，对隧洞施工地段的相关情况要做好提前的准备工作，对岩土的种类、中间是否有无断裂带、有无溶洞、水文条件等方面做好细致的分析工作，只有做到这些，才能准确选择具体支护方式及参数，在施工过程的管理与控制方面有一个质的飞跃。目前国内外常用的超前预报方法有常规地质法、超前导坑预报法、超前钻探预报法和物探方法四种。随着计算机运用的发展，物探方法在工程实践中得到了广泛的应用，它通过采用地震波等地质勘测方法，通过一定的计算机软件进行处理，就可以对前方岩层的物理力学参数及含水情况进行预测和判断。但是对于隧洞浅埋段来说，由于其覆盖层多为砂砾石层，地震波传播条件差，预测精度不能满足工程要求，因此在实践中多采用超前钻探预报法，利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探，根据钻进速度、岩粉、冲洗液的情况综合判断获取前方的地质信息，但是其一般预报距离短，预报耗时长，预报结果不能反映整个工作面的整体情况。为避免上述不足，在施工中将超前大管棚与地质预报相结合，不影响施工工序，管棚布置于拱顶180°范围内，长度选择20~30m，从而延伸了预报的空间范围，提高了预报的准确性。
5 水工隧洞设计要点
5.1 大管棚设计参数指标
管棚选用?108热轧无缝钢管，壁厚δ=6mm，每循环长度20~30m，环向间距40cm；每一根管棚钢管由长度2～3m的短钢管用丝扣连接而成，受隧洞断面限制，外插角一般控制在5°～7°，同一循环管棚中，接头的位置应不在同一横断面内。为增加管棚钢架支护的刚度，需在钢管内注入双液水泥浆，注浆结束后用M30水泥砂浆填充，形成钢管混凝土。
5.2 预注浆
主要遵循两个标准来决定是否需要注入灌浆：（a）如果在运行期间流入隧道的地下水压力小于静水压力的1.5倍，（b）如果通过岩体的渗漏超过一定限度（通过1.5倍静水压力的勘探钻孔抽水后的水损失）。一般而言，标准（b）被认为是更可靠的，因为标准（a）仅在隧道开挖期间可能出现地下水流入的路段有效，因此（b）被广泛用于定义引水隧道的预注浆。首先，在隧道工作面河谷侧壁上钻一个21m长的勘探钻孔，钻孔角度与隧道轴线成8°角，略向上，角度约为5°。在钻井期间，定期观察记录可能的涌水量和冲洗水损失，以及此类事故的大致深度。其次，钻孔结束后，用封隔器和流量计测量隧道的涌水量。之后，以1.5倍的静水压力将水泵入钻孔（通过封隔器）进行漏水试验。最后，如果每米长度的漏水量超过1L/min，建议进行预注浆。对于预注浆，在隧道周边钻取12个21m长的钻孔，与隧道轴线成8°角，以形成注浆锥。
5.4 管棚的制作
由于引水隧洞断面小，施工作业面有限，安装管棚前首先需搭设钻机平台，使钻机支撑与稳定的基础之上，然后精确核定钻机位置，要求钻机与已设定好的孔口管方向平行，即钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在10°左右，利用钻机的变角度油缸，参照导向管的倾角确定钻机的倾角，确保钻杆与开孔角度一致，以达到钻进的导向作用。钻机开孔时钻速不易过高，钻入20cm后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20～30cm时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻秆，钻机低速反转，脱开钻杆，钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好联结套，方向对准后联结成一体。钻孔达到深度要求后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。
5.5 隧洞超挖、欠挖的控制
①首先在开挖工作进行之前，需要根据现场实际施工情况地质情况进行具体的分析，合理的控制开挖工作的各项参数，选择合适的开挖仪器设备，提高土层开挖的工作质量。②其次需要对过往的隧洞掘进工作经验进行总结，对目前的工作进行不断的调整，以此来获取最佳的开挖效果。③第三，需要提高打眼的精确度，尤其是周边打眼的精确度，这会对超挖值产生直接的影响。④对各施工段面进行及时的检查，并形成信息反馈给管理人员，这样能够及时了解施工后断面的情况，分析各项原因，以此来修正后续的施工参数。
6 结束语
根据输水隧洞的用途及其特点，应综合考虑地形、地质、覆盖厚度、枢纽总布置、水力学、施工、运行管理、沿线的建筑物等因素，保证水工隧洞进口应力、水流的畅通性、出口水流与下游的衔接性，减少冲刷现象的发生，与四周建筑物的安全距离，才能真正保证水工隧洞结构更加安全、可靠及合理。
参考文献：
[1] 刘德辉.盾构法输水隧洞设计与施工要点分析[J].四川水泥,2019(06):101.
[2] 段军红.水工隧洞堵头设计探讨[J].农业科技与信息,2019(10):113-114.
[3] 孙金龙,李生峰,凌小钦.输水隧洞大型溶洞处理施工技术[J].江西水利科技,2019,45(02):119-123.
[4] 周荣,孔祥郃.盾构法输水隧洞设计与施工分析[J].工程技术研究,2019,4(06):188-189.
[5] 王鹏.水工隧洞受力特性研究和结构设计思路[J].黑龙江水利科技,2019,47(02):122-123.