浅谈水利隧洞倒虹吸衔接段开挖方法

浅谈水利隧洞倒虹吸衔接段开挖方法

赵云 何探道

云南建投第一水利水电建设有限公司

摘要：水利工程建设中，对隧洞倒虹吸衔接段进行开挖是工程施工过程中的重要部分，对工程质量的好坏有着直接的影响。通常情况下，水工隧洞施工由于受到工程现状、地质以及围岩等不同情况的影响，导致施工工艺的运用也存在很大差异。为保证隧洞倒虹吸施工质量，应合理利用施工工艺。基于此，本文分析了某输水隧洞倒虹吸衔接段施工方案，探讨了水工隧洞倒虹吸衔接段开挖施工经验，提出了倒虹吸工序的施工技术，希望能够为广大相关人士提供有价值的参考和借鉴。

关键词：倒虹吸衔接段;爆破;水利工程;开挖

前言：水利是我国建筑行业领域中的关键内容，对促进国家经济和社会发展具有重要作用。水工建设过程中，隧洞施工对工程质量及效果有着较大的影响。因此，实际施工期间，施工人员需要充分的考虑当地地质条件、气候和环境等因素，科学、合理的运用隧洞倒虹吸衔接段施工方法，是提升工程项目建设质量、推进水利工程可持续发展的有效手段，故此有必要对此方法展开进一步的研究。

一、工程概况

某工程隧洞长900m，洞身围岩分别为III、Ⅳ、Ⅴ类。断面型式为1.5m×2.0m (内径：宽×高)的城门洞型。隧洞锁口段设计为C25混凝土，35cm厚，进出口相同。隧洞为直线型，隧洞连接倒虹吸，为无压隧洞，设计流量0.59m3/s，隧洞设计流量不大，隧洞断面采用便于施工的城门洞型断面，断面尺寸受最小施工断面控制，采用0.4m厚C25钢筋混凝土衬砌，隧洞底坡1/2000，正常设计水深0.535m，隧洞出口水池设有溢流堰。

二、倒虹吸衔接段开挖施工基本情况

（一）洞室开挖

开挖施工过程中采取钻爆法，爆破时，最好使用小炮爆破方式，爆破后，需要及时进行支护施工。由于隧道断面比较偏小，所以应进行全断面开挖作业。中心直眼掏槽，并在周围进行光面爆破。钻孔采用YT-28风钻。在人工装药的帮助下，应使用非电毫秒雷管引爆，并使用乳化炸药引爆。入口和出口工作面应同时进行，在每一个工作面上设置两台风钻，用以钻孔施工，每天每工序两个班组作业循环，各工作面每次循环进尺0.5-2.0米。利用超前小导管、超前锚杆、随机锚杆、短进尺、弱爆破、多循环、及时支撑等施工方法，处理隧洞围岩地质条件差的地段。

倒虹吸衔接段开挖循环施工顺序：

测量放线→钻具就位→钻孔施工→装药爆破→排烟→排险→出渣清底。

1.布孔、钻孔供风、装药、起爆

（1）布孔

布孔施工前，需测量待开挖断面上的中心线和水平线，遵循设计要求，在该断面岩石上标出孔口位置。在钻孔过程中，为了保持每个孔之间的相等距离并确保炮眼方向一致，有必要使用炮棍定向法，对钻孔进行把控，就是每次打完一个炮眼，就要插入一个笔直的木质炮棍，作为相邻炮孔的方向。周边孔上的插入、外部插入角度不得超过2度。掏槽孔布置开挖断面中部或者中下部，单个工作面布置4～6个，孔深度为0.5-2米，孔之间距离约为20厘米，周边孔设置在断面边缘，孔深约2m；坍塌孔采用水平直线，进行炮孔钻凿，和周围孔成三角形状，根据揭露围岩特性及实操钻孔情况进行调整炮孔布置数量。

（2）钻孔供风

此项工程项目建设中，需要同时进行进出口工作面施工，两个工作面共同布设气腿式凿岩机和喷锚机，洞口位置布设空压机，通过沿着平行洞轴线布设的110厘米直径钢管，引至施工点，用Φ30胶管进行引接至设备。铺设施工时，保证平顺度和接头密封性，以防出现漏风的情况。

（3）装药

表1为开挖钻爆参数：

（4）起爆

确保每个爆破孔的装药和连接后，开始爆破，具体为：掏槽孔→坍塌孔→底板孔→周边孔。对于隧道主体的欠挖或部分凿除，采取风枪加以修正。

2.通风排烟、除尘

在隧洞的进出口分别配制一台矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机（FBDNO6.0），参数为：风量350—550m³/min，风压750—4950Pa，电机功率25Kw，可满足使用。洞外风机安装在距洞口10m左右，适当偏离洞轴线，避免从洞内排出的污风循环进入风机，风机上设防雨棚。风机基础满足重量为风机总重的2倍或风机转动部分4倍的要求。风机支架应稳定结实，避免运转时振动摇晃。风机出口设5～10m刚性风管与PⅤC柔性风管过渡，以避免风机启动时的冲击损坏风管。刚性风管的所有法兰连结处必须安装密封垫，刚、柔风管连结处绑扎三道，切实做好连结密封。风管的安装质量直接影响系统的通风效果。安装时做到风管平直顺畅、接头严密、吊挂稳固。风管安装在隧洞顶部中央（或稍偏离中央的）部位，先每隔5m打一锚杆孔，在安装拱部锚杆时，同时安好风管的承重索（φ6钢筋）。安装时注意保持锚杆的纵向一致和承重索的高度一致。风管节之间的粘接缝应牢固平顺，接头完好严密。风管吊挂每100m挠度不大于150mm，轴向偏差每100m不大于300mm。风管系统每周排水一次，必要时随时排水，排除因洞内渗水和温度变化形成的管内积水，减少风管承重和阻力。这样可以确保进风口空气新鲜度。利用拱顶侧吊设风管，确保风管接头始终严密，并避免车刮跑崩，防止漏风，争取最大程度的降低漏风发生率。风管安装操作时，注意平顺直和紧密，减少通风管阻力。由于隧洞比较长，所以风机的供电无法更好地满足实际施工要求，因此，有必要在洞内串联功率相同的风机接力供风；在洞内设置同功率抽风机，保证洞中空气流动循环，提高排烟效率。对于除尘来说，可以在隧洞施工时，实行综合防尘措施，通过湿钻和机械通风，爆破后及时喷水，结合个人防护，做好防尘工作。

3.排险

经过专业爆破技术工作人员确认起爆，并处理好瞎炮之后，方可将警戒彻底的解除，让安全人员前往施工点，指派施工人员将边顶松和危险的石块撬除，同时要时刻的观察围岩的情况。

4.隧洞出碴

开展洞室爆破开挖作业期间，出碴环节至关重要，出碴工作质效直接关乎着工程项目的施工工期。水工隧洞较长，开挖范围小，挖机和自卸汽等相关设备不能满足实际施工要求，在本次工程项目建设施工中，采用了ZWY-60/11T型号的矿用扒渣机出碴，以及拖拉机运输设备，根据围岩情况隧洞每挖掘100～120米，设置错车道，这样做能够快速的出碴。

5.开挖支护

开挖作业容易受到地质岩石风化破碎和节理等因素影响，如果选择的施工方法不合理，很有可能会导致坍塌和掉顶现象，为避免这种情况发生，需要提前制作好钢支撑和拱架按设计断面尺寸，在塌方情况出现时，便可依照短开挖、强支撑和弱爆破施工原则有效的处理。进行支撑作业时，严格、细致的检查，预防为主。严格监测软弱破碎地带围岩的稳定性，

发生突发危险时，要立即采取钢支撑拱架加固措施。在局部地质突变的情况下，仅使用钢支架很难保证现场安全。如果隧道施工进度受到阻碍，需及时与监理和业主协调，采取衬砌，或者更换其他支护方法。

（二）排水

工程隧道主体较长，在工作面分段设置集水坑，进口朝向下游开挖，用潜水泵抽排，水泵出口处设止回阀。抽水泵可由电子浮漂自动控制，水面上升时，自动抽水。隧洞出口沿隧洞洞轴线位置开挖一条规格为30cm×30cm的排水沟，让地下水自然流至洞外。

三、倒虹吸工序的施工技术

（一）土方开挖施工方法

1.测量放样

正式开始施工之前，相关的工作人员需要先做好测量放样工作，按照设计要求来进行测量放样，并在此过程中明确施工范围、建筑物建基面、高程、开挖轮廓线等一系列的内容，相关工作人员要根据地质条件来做好测量工作，注意调整边坡的平整度和坡比，如果发现有不符合设计要求的地方要及时调整，使后续工程可以正常推进。

2.开挖作业

开挖要注意做好分层分段开挖，工作人员要让建筑物的基础能够按照预期进行，要能够根据地质条件来安排开挖强度和开发方式，从各个层面着手来做好开挖控制。不同的区域有不同的开挖形式，施工人员要做好判断，全断面开挖或者分台阶开挖，做好开挖工作的控制。要注意检查中轴线以及高程的情况，保证开挖的每一步都在可控范围内，让开挖边坡可以符合设计要求以及相关的规范。开挖时要采取机械和人工同时配合的方法。建基面以上20～30厘米区域的土层可以采用人工开挖，减少超挖出现的可能性，注意让土体结构能够保持原状。人工开挖到预定的高程之后，相关的技术人员要做好基础检查，测试地基承载力，如果检验表明承载力达到预期范围，就要立刻进行夯实，做好砂砾层的铺设工作，注意要及时浇筑混凝土，尽可能的减少地基暴露的时间，保证地基的稳定性。

（二）钢筋混凝土工程的施工方法

1.钢筋的加工与安装

施工过程中，工作人员需要根据施工图纸的安排来合理的加工制作钢筋保证钢筋的尺寸等一系列的参数都符合应用要求，可以真正投入实际应用。加工和制作钢筋的过程一定要符合相关规范。另外相关工作人员需要能够从实际情况出发，合理的结合相关的设计要求，做好控制措施，调整应用规范。加工弯头过程中，相关工作人员一定要保证其符合图纸的安排，要做好钢筋的连接工作，让焊接质量达到预期，不要出现焊接不牢固或者产生横向裂纹之类的问题。而且要注意不能出现明显烧伤，并且要保证中线在同一条直线，不能出现威胁桩钢筋的情况。工作人员需要先结合实际情况来布置好钢筋的位置，然后进行标记。要合理的摆放钢筋，从实际情况着手来做好处理工作。另外也要做好钢筋的绑扎，根据钢筋的具体情况来进行调整，保证下层钢筋网、上层钢筋网等一系列的内容都能够按照顺序依次投入施工。要做好钢筋的绑扎，保证绑扎的牢固程度，并且要尽可能的实现横平竖直。在此过程中还需要能够从实际情况出发来做好合理的交叉变换，采用合适的方式一步一步的展开工作，保证钢筋绑扎不会出现位移的情况。施工人员还要注意保证混凝土的厚度，在使用钢筋混凝土的时候要能够从具体内容着手合理的设置垫块，然后让钢筋和模板之间有足够厚的保护层厚度，使投入实际应用时有足够好的安全稳定性和应用质量[4]。

2.模板安装

施工人员要从实际情况出发来做好模板安装，保证模板和脚手架杆必须能够真正发挥作用，有足够的稳定性、高性和承载能力，能够很好的提升建筑浇灌的质量，保证施工的质量能够达到预期要求。在此过程中，相关工作人员还需要从实际情况出发来做好工程结构以及构建的把控，保证相关的形状尺寸能够更加符合要求，使安装位置能够更加正确。另外工作人员要从实际情况着手来做好拼缝工作，让拼接缝足够严密，不要出现漏浆的问题。要合理的在模板的内侧涂刷脱模剂，让混凝土外观得到一定的保障。

3.混凝土浇筑

正式开始浇筑之前，相关工作人员需要从实际情况着手来做好工作内容的调整，结合混凝土浇筑的具体情况以及支撑构架来一步一步的展开施工，做好施工控制。要及时检查混凝土浇筑前的高层钢筋支撑架、预埋螺栓件、钢模板等一系列内容的实际应用情况，保证其符合标准后再进行混凝土的浇筑。并且工作人员要及时清理杂物垃圾，浇筑前还要检查混凝土本身的质量，观察其均匀性以及坍落度是否符合要求。

4.混凝土入仓布料需要控制的技术问题

首先如果浇筑部位所在的地方是斜坡，那么就需要从最低点开始浇筑，然后顺坡流动混凝土，这时候容易造成骨料分离的情况。第二，如果是在倒角部位浇筑混凝土的时候，需要在底部大面浇筑混凝，再在倒角的地方浇筑混凝土。15厘米的浇筑厚度比较合适，并且需要合适的进行振捣，及时排出混凝土中的气泡。第三，要通过分层浇筑的方式来进行倒虹吸混凝土的施工。每层厚度在40厘米，并且要保证接触面大致平整，每层布料不能过厚，否则可能导致内层的浇筑方量过大，以至于用时过长，浇筑上一层的时候，下面的混凝土面已经初凝甚至终凝，这样就会导致施工冷缝的产生。第四，水平止水带位置要注意布料方式和振捣结果。要做好控制工作，提高止水效果。要保证整个浇铸的密实性。

5.混凝土密实度的控制

首先要保证振捣棒的插点足够均匀，间距控制在30厘米以内。其次，振捣时间要控制在30秒左右。第三，振捣底板倒角的过程中，注意控制振捣棒的角度，要斜向插入混凝土来进行振捣。第四，不要让振捣棒触碰到钢筋和模板。

6.混凝土的养护

做好浇筑工作之后，要立刻使用覆盖土工布或其他的包裹薄膜来进行养护，在凝固之后要立刻撒水养护，保持混凝土表面的湿润状态。施工人员要根据现场情况来一步一步的完成对应的养护工作。

四、结束语

水利隧洞倒虹吸衔接段施工时，需要充分的考虑当时具体的实况，根据施工能力，采取最佳施工方法，从而提高工程整体建设质效和水平。据实践证明，此项工程项目施工防范措施合理、有效，保障工程安全贯通。

参考文献：

[1]朱守军,唐国杰,姜方洋,等.渌渚江倒虹吸段浅埋暗挖可行性研究[J].浙江水利科技,2020,48(6):5.

[2]汤春华.浅议水利工程隧洞开挖施工技术[J].城市建筑,2016(26):1.

[3]叶泽上.水利倒虹吸管主体工程的施工技术[J].设备管理与维修,2017(4):2.

[4]张广辉.浅析倒虹吸工程中混凝土施工的细节控制[J].建筑学研究前沿：英文版,2012,000(007):P.164-164.