昭通市水利水电勘测设计研究院 云南昭通 657000
摘要：近年来，我国的水利工程建设有了很大进展，小断面长距离隧洞施工案例较多，施工经验比较成熟。本文针对小断面长距离水工隧洞的施工特点，以某隧洞工程为例分析了长隧洞的施工难点及重点，介绍隧洞施工中的开挖、通风、排水、照明及灌浆的设计与布置工作，根据隧洞的实际地质情况布置施工方案，并提出方案优化建议。
关键词：小断面；长距离；水工隧洞；施工布置
引言
水库是拦洪蓄水和条件水流的水利工程建筑物，可以利用来灌溉、发电、防洪等，由此能够有效地防止洪涝等灾害的出现，而且也能够契合大多数居民生活工作中正常用水的需求，因此水库工程在我国社会发展进程中占据不可比拟的地位。水库工程中输水隧洞是比较重要的建筑物，而小断面的长隧洞施工始终都是工程的关键点以及技术难点，输水隧洞施工技术涵括的范围较广，如隧洞开挖、通风、衬砌、灌浆等重要的技术。
1小断面长距离水工隧洞施工特点
对于隧洞工程来说，小断面长距离隧洞是组织施工过程中面临的统一难点，其中“小”是隧洞大型机械化设备无法进入隧洞施工，只能通过人工配合小型机械的方式完成施工；“长”则是指隧洞沿轴线方向的里程，长隧洞施工在现场通风、电力、排水以及运输距离等作业较为困难。隧洞的洞径小，洞内施工作业面有限，不能同时容纳多人施工，施工进度受影响。开挖过程中，隧洞断面会对深度、出渣和通风排烟等带来一定的影响，加上送风距离、运输车和通风管间距不足，增加了通风管受损的几率，隧洞洞内施工期间，需要设计电缆、照明等相关设备，隧洞中通风无法有效出渣，若想达到出渣的效果，便对通风效果造成限制，相应地降低隧洞内部空气质量以及施工安全性，延长循环施工的时间。
2隧洞开挖设计
某水库工程总库容1478.8万m3，设计灌溉面积3.1万亩，水库工程规模为中型水库，工程等别为Ⅲ等。输水隧洞全长6033m，闸前有压洞段为圆型断面，衬砌形式为φ2.2m的圆型断面，闸后无压洞段断面为圆拱直墙钢筋混凝土城门洞型，衬砌尺寸为2.2m×2.3m。隧洞由进口明渠段、有压段、闸室段、无压洞身段、出口明渠段、陡槽和消力池段组成。
由于隧洞施工断面较小，考虑采用常规钻爆法开挖，无轨运输。考虑错车、回车的需要，每隔200m设置错车道，错车道宽6m，长12m。采用全断面开挖，简易车载台车人工手风钻钻孔，人工装药，爆破后采用0.5m3轮式装载机配农用车运输渣料至弃渣场。一次支护主要采用喷锚支护方式。采用气腿风钻（YT26或YT28）钻锚杆孔，砂浆锚杆专用注浆泵注浆；混凝土自洞外的拌和站用小型自卸汽车运输至工作面附近，卸入湿喷机料斗，人工施喷。
3水工隧洞施工通风的选择与完善
由于隧洞开挖断面较小，施工过程中所需各种管线（包括送风管、排风管、水管、架空动力线、照明线路等）布置后，给排烟、出渣、材料运输等带来严重阻塞，故隧洞项目对施工队伍要求较高，工期较紧、施工难度大。
根据实际情况确定通风方案：根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）每人供给0.05m3/s的新鲜空气计算，漏风系数取1.2，洞内单个工作面同时工作人数按8人计算需要的通风量为0.48m3/s，则隧洞内需增设3台固定式15m³/min空压机作为分级供风使用。洞口配备1台2×55kW轴流通风机，以保证风力充足，待隧洞掘进到1200m的位置时串联1台2×11kW轴流风机，用接力风机把从洞口输送来的新鲜空气输送到掌子面，继续掘进超过800m时，配置1台2×5.5kW的轴流风机接力串联，把新鲜空气送入最后的200m掌子面。每天24h不停地向洞内供风，稀释有害气体浓度，保证新鲜空气输送到洞内，同时可以形成洞外空气和洞内空气的交换，改善洞内施工环境。根据通风方案的实际应用效果，提出以下几点建议：一是风机替换为轴流风机，当设备更换之后，可以有效提升通风效率。二是原本应用的老式风筒全部替换成拉链式PVC柔性风筒。当风筒更换之后，阻力、漏风率有效提升。三是为了能够有效提升排烟速度，施工现场距离工作面500m的位置，采用并联的方式设置11kW风机，将工作面上所有的炮烟快速清除。
因为串联风机和风筒之间面临缩径这一问题，所以要在串联风机之前，设置刚性风筒，和上一段位置之间形成大小可以随时调整的补风口。四是按照所采用的施工工艺，建议在通风布置期间使用湿式打钻、洞内洒水的方式，结合实际情况将通风排烟时间调整，从而有效满足排烟降尘这一要求。五是布置过程中风管要最大程度的保证顺直，不能出现弯折变形现象。实际应用期间要对风管进行重点防护，以免机械设备之间摩擦对风管造成破坏。若检查过程中发现风管损坏，必须及时修复，或者更换新风管。六是及时组织机械设备养护，使相关设备始终处于正常的运行状态下，以此达到降低废气排放量的目的。七是针对隧洞内部的道路组织维修、养护工作，若道路平整度差，会对车辆的行驶带来阻力，同时也会增加污染物的排放量。所以，维护人员要定期检查隧洞道路，避免因为道路质量问题影响后期使用。
4隧洞排水与照明设计
隧洞施工排水根据各洞段的地下水情况，反坡洞段一般在工作面设置临时抽水点，每隔400m～500m设置集中泵坑，通过水泵将水抽出洞外。正坡洞段可在隧洞一侧挖出排水沟，实现地下水向洞外自流。
该隧洞沿线地下水位较高，因此隧洞沿线地下水活动较强烈，隧洞开挖容易出现涌水现象。而且隧洞前段洞身围岩为二迭系下统栖霞茅口组灰岩、白云岩，隧洞开挖容可能遇溶蚀、溶洞或暗河，易出现涌水现象。工程采用裘布依理论公式预测正常涌水量，采用古德曼经验公式预测含水体地段最大涌水量。隧洞正常涌水量为138.0～1003.9m³/d，最大涌水量为779.36～1838.75m³/d。隧洞采用排水泵、排水沟及集水井结合的方式排水，隧洞地质情况复杂，涌水量较大，采用7.5kw水泵（IS100-80-125A）排水，排水流量为89m³/h。
隧洞施工用电从变压器低压端引接，洞外部分采用电杆架设，洞内部分安装在预先固定好的桥架上，供电线路统一采用“三相五线”制，净空高度不小于 2m，各用电设备按照“一机一闸”原则布置，照明采用低压LED皮管式灯带照明。
5隧洞施工回填灌浆技术
在正式进行回填注浆活动之前，工作人员需要对输水隧洞的顶部予以一定的注浆试验，再把试验的结果以数据的方式予以整合，同时要严格地依据数据进行回填注浆活动。在回填注浆的时候，相关执行人员还需要对注浆施工的压力指数予以把关，压力值维持在 0.2～0.3MPa范围内，接着通过由大到小的次序进行回填注浆，相关的工作人员在注浆的过程之中务必要对施工位置以及有关的联结部位予以把控。
回填灌浆在条件允许时应与混凝土衬砌平行作业，灌浆开始的时间在混凝土强度达到70%后进行。灌浆施工前安设抬动变形观测装置进行变形观测。回填灌浆采用预埋管法施工，在隧洞混凝土衬砌施工中预埋φ50mm的PVC管，回填灌浆在预埋管中采用YT28手风钻钻孔，孔深深入岩石10cm，并测记混凝土厚度和空腔尺寸。回填灌浆由底处向高处推进，空隙大的部位灌注水泥砂浆，掺砂量不大于水泥重量的200%。在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆并继续灌注5min即可结束。灌浆结束后，应先关闭孔口闸阀，再停泵，待孔内浆液初凝后才拆除孔口闸阀。回填灌浆因故中断，及早恢复灌浆，中断时间大于30min，设法清除至原孔深后恢复灌浆，此时若灌浆孔仍不吸浆，重新就近钻孔灌浆。所有灌浆孔和检查孔在灌浆作业结束后，用浓浆将全孔封堵密实和抹平，并割除露出的预埋管。
结语
综上所述，小断面长距离水工隧洞施工通风设计需要考虑的因素比较多，设计人员要结合现场情况制定可行的设计方案，总结不同地质情况的应用效果实时调整，保证隧洞通风效果，为今后隧洞工程设计、施工提供参考。
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