摘要：对于松散、软弱破碎岩体中的隧洞开挖，应尽量减少对围岩的扰动，宜采用先支后挖、边挖边护或先对岩体进行加固后再开挖等方法。或者采取一挖一支护，稳步前进，即开挖一循环后及时进行砼支护，及时回填灌浆。

1.工程概况

庄塔水库位于澧水流域溇水支流输赢溪上游，大坝坝址坐落在湖南省慈利县庄塔乡境内，距县城40km。坝址控制集雨面积15.8km2，外引集雨面积39.8km2，正常蓄水位352m，正常库容1680万m3，设计灌溉面积5.58万亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖等综合效益的中型水利工程。枢纽工程由大坝、引水隧洞、溢洪道和灌溉发电输水隧洞等建筑物组成，水库于1976年蓄水运行。

庄塔水库引水隧洞工程全长4588m，最大引水流量5m3/s，设计年引洪水2500万m3。该工程由1#、2#隧洞和明渠连接段组成，其中1#隧洞长4210m，2#隧洞长320m，明渠长58m。该引水隧洞为圆拱直墙型无压隧洞，净断面尺寸2.48*1.85m，坡比2/1000～5/1000。该隧洞工程施工难点在于断面小、距离长，1#隧洞仅有进、出口两个工作面可以同时施工，单个工作面掘进长度达到2100m，因此搞好1#隧洞施工是完成该工程的关键。该引水隧洞工程于2001年8月8日动工，由于建设资金严重不足，中途曾多次停建，通过多方筹资最终于2010年12月10日全面贯通受益。

2.实践与应用

2.1石方开挖

该引水隧洞断面尺寸小，设计开挖断面6.6m2，采用全断面开挖方式施工，两台手持式风钻同时钻孔作业，钻孔深度2.0m，电雷管分级延时起爆，每一循环进尺控制在1.6～1.8m。施工中遇到泥质页岩、煤层等软弱地段时采用短进尺、弱爆破、多循环的方式，减少对围岩的扰动，施工过程中严密监测，及时撬除危岩，及时采取有效支护。煤层段采用水循环湿钻，岩溶裂隙段采用超前地质钻孔，防止掌子面出现突发性坍塌、突泥、涌水涌沙事故的发生。

按照单向开挖隧洞安全地点至爆破工作面距离不少于200m的要求，施工人员在爆破前全部撤离至飞石、有害气体和冲击波影响范围之外且无威胁的安全地点，施工机具在爆破前撤至距爆破工作面不少于100m的安全位置。在隧洞相向开挖的两个工作面相距30m时，双方人员在放炮前都撤离工作面。相距15m时，采用单向掘进施工，另一方停止施工，保证了隧洞贯通时的施工安全。

2.2通风排烟

隧洞施工过程中，通风排烟是不可缺少的技术环节，在施工工序中占据着重要位置。良好的通风系统不仅可以为洞内施工作业面提供新鲜空气，及时排出有毒有害气体，保障施工人员健康和安全，而且是提高隧洞施工效率的关键。爆破后要及时组织通风，喷水除尘，降低悬浮在空气中的粉尘含量，以利尽早出渣。根据小断面隧洞施工经验，单工作面掘进长度超过1000m时，洞内通风排烟将出现困难。该隧洞原通风方案是洞口安装一台15kw轴流风机，洞顶架设φ250塑料软管供风，由于风机功率小，通风阻力和风量损失大，进尺达到800m时洞内通风出现一定难度，通风时间明显延长，排烟效果差，无法满足安全施工要求。

为解决通风问题，将原通风方式调整为3台风机串联压入送风，即在洞外10m位置安装一台30kw轴流风机，洞内距洞口800m和1300m位置分别修建一个20m3风仓，风仓内安装1台15kw轴流风机串联送风，同时将原塑料软管更换为φ400PVC硬塑管，距爆破作业面50m仍采用软管，以防风管遭爆破损坏。风管架设在隧洞拱弦以上，安装做到平、直、紧、稳、顺，减少风管接头和风量损失，安排专人负责维护和管理，按此方法通风，通风排烟效果明显改善。但是随着掘进长度增加，当工作面至洞口距离超过1700m时通风排烟效果又明显减弱。为进一步解决通风问题，隧洞进口端采取的措施是充分利用溶洞与地面贯通形成的烟囱效应这一有利条件，将洞口鼓风机直接迁移至K1+130m溶洞处，通过压入式通风将洞内废气压出至溶洞处自然排出，通风效果极为显著。出口端则按改进后的三级串联通风方式一直掘进到K2+280m溶洞位置，该溶洞与地面连通，且长期有一股0.1m3/s的地下水从溶洞涌出，不仅为洞内带来了大量的新鲜空气，而且给洞内创造了湿润的工作环境，至此通风问题得到彻底解决。

2.3洞内运输

该工程因建设资金严重不足，中途曾多次停建。为节省工程造价，减少前期一次性投入，隧洞内采用无轨运输方式。洞内出渣和砼拌合料均采用4台时风牌7Y-1450D型自卸三轮车运输，每隔100m设置一个错车道，便于错车通行。为减少自卸三轮车运输过程中产生的排烟量，通过对自卸车排烟系统加装废气净化装置，加入柴油清净剂等方式减少有毒有害气体排放量，驾驶员则佩戴防毒面罩运输作业，保证了作业人员健康和安全。

2.4施工用电

1#隧洞进、出口原来分别安装1台80kvA变压器，采用防水与绝缘性能良好的电缆向洞内供电，电缆线架设在洞壁1.8m以上起拱处。根据常规，380V供电线路的有效供电距离在800m左右，该隧洞单个工作面至洞口的距离未超过1000m时洞内电压基本能够满足施工需要。但是当单个工作面掘进长度超过1000m时，由于洞内电压降增大，洞内风压机、扒渣机等机械设备的工作效率便逐步降低，最终导致无法正常施工。

为解决洞内施工电压降的问题，实际施工时将80kvA变压器更换成160kvA变压器，将3*35+1*16mm2电缆更换成3*120+1*50mm2铜芯铠装电缆，后来又将变压器输出电压由380V调高至430V。通过增大变压器额定功率、输电线径和变压器输出电压这三个方法基本解决了洞内施工电压降的问题，单工作面掘进长度达到2100m时，虽然施工电压也出现降低，但还是满足了施工需要，最终保证了隧洞掘进任务的顺利完成。

2.5溶洞塌方处理

该引水隧洞轴线穿过三叠系的白云灰岩、纯灰岩和部分角砾状灰岩，二叠系的中薄层灰岩、泥灰岩、碎石团块灰岩、块状灰岩和石煤层泥盆系的薄层石英砂岩等，地质构造复杂，特殊的地层岩性为岩溶、裂隙发育创造了条件。

在1#隧洞施工过程中，分别在K1+130m、K2+050m、K2+280m三个位置遇到较大的贯穿性溶洞和裂隙。其中K2+050m裂隙垂直高度30m，平均宽度2m，施工时将18m长的裂隙回填处理后作为过水隧洞。K2+280m溶洞位置放炮后，突然出现地下水流携带大量泥沙从溶洞涌出，洞内泥沙瞬间淤积深度达到0.3～1.7m，淤积长度近800米，随着逐段清淤前进，不断有泥沙从溶洞涌出，最终清淤总方量达2950m3。同时，在1#隧洞K1+960m和K2+330m分别遇到煤层带，横向穿越煤层厚度为5.0m和2.5m。在溶洞和煤层段施工时，特别注重做好安全防护措施，及时搞好岩溶裂隙填塞和衬砌支护，确实保障了施工安全。

2#隧洞长320m，全线穿越泥质页岩层，地质条件较差，由于未及时对围岩稳定性差的地段进行衬砌支护，结果导致2#隧洞K0+195m～K0+235m出现塌方冒顶。采取的措施是在地表塌陷坑内进行撑固，塌坑四周做好排水措施，防止地表水渗灌导致继续坍塌。洞内则是在洞顶构建钢管棚防护圈，清除塌方土体后及时进行钢筋砼支护，具体方法是在衬砌拱圈以上沿轴线方向斜向打入一排4m长的φ80钢管，洞顶构建一排钢管棚，管下设支撑，每排支撑保持在一个平面上，平面与洞轴线垂直，支撑节点与围岩之间用木枕、楔块等背材塞紧，支撑柱基放在平整的岩面上，柱基较软时设垫梁或封闭底梁。支撑防护措施到位后清除管棚下1.5m范围内的塌方土体，然后及时进行钢筋砼衬砌支护，封闭成环，砼达到养护期后重新构筑下一道钢管棚防护圈。按此方法循环进尺，全面贯通后及时进行回填灌浆，最终顺利完成塌方冒顶段的施工任务。

2.6地下水控制

该工程地处亚热带季风性湿润气候区，年平均降雨量1475mm，由于岩溶裂隙发育，层间错动显著，围岩周围地下水丰富，地下水控制以排为主。施工时，1#隧洞进口端每隔100m设置一个集水井，工作面或局部地段的积水，采用潜水泵排至集水井后分级排出，出口端则利用排水沟自流排水。当掘进到1#隧洞2+280m溶洞位置时，长期有一股0.1m3/s的地下水涌出，丰水季节流量有所增大，处理方法是清除淤泥后及时对出水口进行加固，浇筑砼底板时通过设置专门的排水沟对地下水进行疏导控制。隧洞衬砌时，又在出水口专门设置永久性的出水通道，保证了这股地下水流能够长期自流入库。

2.7衬砌支护

隧洞衬砌应在围岩出现有害松弛变形之前支护完毕，稳定性差的围岩，应先支护后开挖或支护紧跟工作面。该引水隧洞断面为城门洞型，设计衬砌厚度25cm。其中1#隧洞K0+300～K1+900m为Ⅷ～Ⅹ类围岩，岩石结构较完整，仅对局部软弱破碎段进行支护，其它洞段则根据地质情况每开挖200～300m后进行支护。2#隧洞全线属泥质页岩层，按设计要求全部进行砼支护。对于煤层、裂隙、塌方冒顶等特殊洞段实际施工时则采用加厚钢筋砼进行支护。

为填充衬砌砼与围岩之间的空隙，在完成砼衬砌施工并达到砼设计强度后应及时回填灌浆。该隧洞回填灌浆采用孔口阻塞纯压式灌浆法施工，灌浆分断面进行，每断面3个孔，排距3m，同一断面先同时灌两侧低孔，后灌中间顶孔。灌浆压力0.3～0.5MPa，采用纯水泥浆，浆液水灰比0.6：1，灌浆时，采用低压力缓慢注浆，以保证浆液充分扩算。对于空隙大的部位先灌注水泥砂浆，掺砂量不超过水泥重量的2倍。灌浆过程中出现压力达不到设计要求，跑浆、串浆等问题时，则采取换孔作业，待浆液略微初凝后再补灌。灌浆因故中断时间大于30min时，采取的措施是先清洗原孔后再次复灌或重新就近钻孔进行灌浆。当回填灌浆达到规定压力，灌浆孔停止吸浆，继续灌浆5min后结束。

3.结束语

庄塔水库引水隧洞属典型的小断面长距离引水隧洞，在全省同类隧洞中较为少见，施工时除遇到通风排烟、洞内供电等难题外，遇到的岩溶、裂隙、煤层、地下水、塌方等复杂情况也较多，但施工过程中克服重重困难，切实加强施工管理，实现了小断面长距离隧洞施工零伤亡的目标。施工经验与建议：

（1）对于小断面长距离隧洞的施工组织设计方案要认真研究论证，重点考虑通风排烟、施工供电、运输出渣和施工进度计划等。

（2）受地形条件，该隧洞独头掘进长度2100m，通风排烟和施工用电问题较为突出，如不是充分利用地下溶洞通风，普通的通风方式将无法满足施工要求，需要研究长距离通风方式和设备，采取切实可行的方案，确保施工安全。

（3）该隧洞工程断面狭小，由于建设资金严重不足，无法使用大型机具施工，只能采用人工钻爆开挖，超挖量较大，自卸三轮车运输出渣施工效率低，若采用轨道运输将会大大加快施工进度，缩短工期，但工程投资将相应增加。

（4）对于松散、软弱破碎岩体中的隧洞开挖，应尽量减少对围岩的扰动，宜采用先支后挖、边挖边护或先对岩体进行加固后再开挖等方法。或者采取一挖一支护，稳步前进，即开挖一循环后及时进行砼支护，及时回填灌浆。下载本文