水电站引水隧洞开挖与支护的施工技术

水电站引水隧洞开挖与支护的施工技术

李森林

李森林

浙江华东工程安全技术有限公司浙江杭州310014

摘要：随着我国对三农问题的重视不断加强，农业供给侧结构性改革的稳步推进，农业生产的效率要求越来越高，加之传统能源日益枯竭，国内人民用电需求量不断增加，在这样的大背景下，水利工程的建设规模越来越大，尤其水电站的建设速度更是稳步提升。引水隧洞作为水电站众多水工构筑物中较为重要的一个，是水电站发电机组的正常工作的关键，其施工难度和施工要点也相对较多。本文以水电站引水隧洞为主要论题，就其分类、开挖技术与支护技术为主要研究对象，简要概述相关要点。

关键词：水电站；引水隧洞；开挖；支护；施工

引言

水电站在建设中要注意引水隧洞的建造技术，在施工中包括开挖和支护两个阶段，这两个阶段的施工也关系到整个水电站工程的质量，在开挖和支护两个阶段的施工中能够达到设计的标准，高质量的完成引水隧洞的建设，就可以加快工程的进度，降低工程建设的资金消耗。

1水电站引水隧洞的基本定义

水电站发电体现了物理学中的重力势能转化为电能的的原理，是利用大坝上下游之间流水的作用差，形成极大的重力势能，重力势能则推动水轮机运动，再把力量传输到厂区内部的发电机组上，引发发电组转动，这便完成重力势能向电能的转化，从而产生电能。而实现将上游的流水引到水轮的转动区域，而完成这一道流程的条引水通道便是引水隧洞。根据水力的相关研究得知，隧洞主要可为有压引水隧洞和无压引水隧洞两种，两者的分类标准根据引水隧洞的水流状况和是否存在自由水面进行判断。引水隧洞在整个水电站的建设施工中发挥着重要的作用，为此制定出一个科学合理的引水隧洞的洞线设计方案至关重要，相关技术人员应遵从以下的原则，洞线长度尽可能短、弯道的数量尽可能少、上下游的水流能实现无缝的衔接。相关技术人员在选定设置引水隧洞区域时，要充分考虑到引水隧洞所处的岩体特性，岩体是否具有稳定性，地质构造是否特殊，减少在有地下水的区域进行施工。

引水隧洞的施工技术和环境难点：（l）引水隧洞所处的施工区域狭小。由于水电站建设在有极大落差的山谷间，使得能利用的施工范围受到了极大的限制，而隧洞建设在山体的内部，这就更加压缩了工程的施工空间，给工程施工建设带来了更多的不确定因素，加剧了整个工程的施工难度。（2）在山体内施工，要充分考虑到山体的地理位置，地貌特征等问题，避免在施工现场引发不必要的山体塌陷、滑坡、泥石流等意外事故。因此，提高施工技术确保施工安全就格外重要。

2水电站引水隧道的开挖施工技术

2.1断面分部的隧洞开挖法

断面分部的隧洞开挖方法就是先将整个隧洞的工作量分成若干个小工作量的隧洞断面，然后在对这些分成小断面的隧洞进行开挖施工。根据开挖方式的不同，又将断面分部开挖法分为了台阶开挖法和导洞开挖法。台阶开挖法一般应用于大型的隧洞工程中，在隧洞中从地面往下开挖或者是从下往地面挖。台阶开挖法适用于10米以上的引水隧洞工程。导洞开挖法在应用时对通风排水、岩体类型、导洞的情况这些方面有要求。导洞开挖法的具体操作是：选在引水隧洞的断面上开挖一个小型导洞，再由这个小型导洞进行扩大面积作业，直至挖到整个断面的方法。导洞开挖法根据导洞周围的情况和小型导洞的位置，将导洞开挖法分为了上导洞开挖法、下导洞开挖法、上下导洞开挖法。断面分部开挖法对机械设备的需求不高，能运用于施工环境差的隧洞工程中。断面分部开挖法也适用在围岩稳定性不高、洞径较大的隧洞工程中。

2.2全断面开挖法

全断面开挖法是在多臂钻机的帮助下进行挖掘出一条隧洞，其优点有很多，可以满足多个多臂钻机同时施工开挖，大大地提高了开挖的效率，进而减少了开挖过程中时间消耗。但是这种开挖方法也有其不足之处，对岩体的性能和结构的要求较高，在挖掘高度上是也要受到极大地限制，由于挖掘的隧洞的断面加较大，对控制洞身断面则十分不利。另外，这种开挖方法需要高水平的施工机械和较高的施工工艺。

2.3喷射混凝土

在材料选择中水泥应用P.O32.5硅酸盐水泥，砂可以选择坚硬耐久的中砂和粗砂，最大粒径要＜2.5mm，砂的含水率在5%左右为最佳，石子的粒径要＜15mm。混凝土喷射机采用湿喷机，搅拌机配备强制式搅拌机，因为其所拌合的混凝土较为均匀，表面较为光洁，尤其当砂石料中少量含水时，其效果会更为突出，喷头可以采用双水环喷涂。然后进行喷射混凝土的准备工作，对开挖面的尺寸进行仔细检查，及时清除松动的危石，并对开挖面的粉尘和杂物进行及时的清理，并埋设喷层厚度的检查标志。排水引流工作也十分重要，其可以安设软式弹簧盲管，施工作业区的环境也要进行提前准备，保持良好的通风条件和照明条件。最后进行喷射混凝土的施工，在喷射之间，要结合岩面的潮湿情况，合理调整水灰比，喷射工作需要分段、分部、分块进行，并按照先墙后拱、自下而上的原则进行喷射。在实际喷射过程中，整个喷射分段的长度不能超过6cm，分部为先下后上，分块的大小为2m×2m，喷嘴与岩面的距离要保证在1m左右，两者相互垂直，对于凹陷的岩面可以先喷、多喷，对于凸出的岩面要注重后喷、少喷。在喷射混凝土终凝之后，还要对其进行洒水养护，保证喷射面湿润，且养护工作的时间不能少于一周。

2.4混凝土泵隧洞支护法

混凝土泵又称作混凝土输送泵，作为该支护方式的主要设备，将混凝土连续不断地输出，其输送管道主要由冲天尾管和导管等管道构成，完成混凝土输送工作后利用压力，将混凝土传递至模板支撑的仓内，至此，浇筑工作完成。该过程中需要注意的要点较多，为保证施工质量和人员安全，浇筑到顶拱仓面时，要撤出仓里的施工工具，混凝土浇筑到人的身高相平时，施工人员要撤离。为提升工作效率，在孔洞浇筑完毕后，可以适当加大混凝土泵的工作效率，加快施工速度。混凝土泵在使用过程中，一定要注意管道的畅通，隧道工程的支护工作需要支护与开挖同时交叉进行。一旦混凝土泵出现问题，不仅会出现窝工的现象，甚至还可能对岩层的稳定性产生损害，影响施工安全和施工质量。

2.5新奥法施工要点

与传统支护方法不同，新奥法致力于构建一个薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构，使得支护结构与岩层构成一个完整的支撑体系，提升结构稳定性，避免岩层松动。作为隧道支撑结构的一部分，为尽量避免隧道周边围岩应力的扰动，需采用全断面掘进，使用光面爆破的方式，保证结构完整性和稳定性。使用混凝土喷锚技术，形成较薄的衬砌层，保证其能够与岩层紧密结合，协同变形，提高支护系统承载能力。新奥法施工在隧道开挖后构筑防水层，以保证围岩隧道排水正常；为了支护系统有变形余量，需根据实际情况，选择合理的尺寸，保证支护系统的正常工作；减小外界扰动，尤其是爆炸和震动的影响，维护结构稳定性；确保围岩的封闭性，避免留下工程质量隐患。

结语

总而言之，在水电站的建设施工过程中要提高引水隧洞的施工技术水平，在施工中无论是开挖阶段还是支护阶段，都要满足施工工艺和施工技术的要求，为建设发电站献计献策，因此还要进一步对其加强研究。

参考文献：

[1]刘雪峰.七里塘水电站发电引水隧洞设计与研究[J].黑龙江水利科技，2014，42（06）：43-45.

[2]韩涛林.水电站引水隧洞开挖与支护的施工技术[J].江西建材，2014（2）：132-133.