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摘要：水利工程的施工需要考虑到地质、气候、水文等各种因素的影响，整个施工过程最重要、难度最大的工序为引水隧洞的开挖，为了保证这一环节的施工安全和施工质量，会同时运用科学的支护技术予以辅助。本文对水利工程隧洞开挖和支护技术展开详细探讨。
关键词：水利工程；隧洞开挖；支护技术
引言
水利工程的施工过程较为复杂，所涉及到的施工材料和施工技术以及准备、实施、检测等各个阶段，都需要对实际案例进行分析才能直观地掌握整个施工流程与核心环节。有鉴于此，本文以某水电站为研究对象，主要对其隧洞开挖和支护技术进行分析讨论。
1.工程概况
某水电站是以发电为主的大型一等水利工程，同时也兼顾灌溉、防洪、养殖以及旅游等综合性用途。该水电站的整体建筑结构由石坝、洪道、隧洞、发电系统与导流工程等建筑物构成，本文主要对其中的引水建筑物进行讨论。该工程的引水建筑物包括引渠、电站进水口和引水隧洞，该引水隧洞的土建工程主要包括渐变段和上平直段的石方洞挖、支护、衬砌混凝土、固结灌浆、回填灌浆等。
2.水利工程隧洞开挖和支护技术
2.1测量放线
按照现行水利测量规范要求进行，使用仪器：GPS、全站仪、水准仪。测引坐标和高程控制点：先按照图纸要求，利用GPS把施工图上有关点的坐标引测到施工现场，并利用全站仪把绝对高程和相对高程控制点引入施工现场附近且做标识，上述坐标点和控制点用作整个施工过程的控制。
2.2隧洞施工各种开挖方式
隧洞施工方法主要有钻爆法、掘进机法（TBM法）。TBM法具有明显的快速、优质、安全等优点，此外还有利于环境保护、节省劳动力等，但也存在TBM设备一次性投资成本较高、特别是对不良地质条件适应性差等缺点。滇中的软岩隧洞，采用TBM施工存在以下主要问题：一是TBM对不良地质洞段地质适应性较差，存在发生较多事故的可能；二是采用TBM施工，进出洞口段的出发洞和拆卸洞也需采用钻爆法开挖；三是进出口基本无TBM组装场地，隧洞之间连接段一般都是倒虹吸、渡槽或暗涵。若在洞内组装，洞内组装段需选择在地质条件好的洞段，并加大开挖断面，形成洞内组装场地；四是掘进机一次性投资大，由于洞径不相同，TBM不能兼用，管片场也需修建与洞径相适应的制造厂，投资也大；五是工程重大件运输条件较差。而钻爆法经验成熟，能适用各种地层，但存在施工速度慢，工期较长、作业环境差等缺点。如采用钻爆法施工，以上问题基本均可解决。钻爆法总的说来地质适应性好、相对投资也低，施工工期较易保证，本工程隧洞推荐采用钻爆法施工。本文在采用钻爆法施工的基础上，重点对全断面开挖和分台阶分部开挖施工两种钻爆法施工进行适应性研究。根据该隧洞软岩洞段地质条件及隧洞开挖围岩挤压变形等级分析结果，Ⅲ类围岩为无挤压变形，Ⅳ类围岩多为轻微挤压变形和中等挤压变形，Ⅴ类围为严重挤压变形，特殊不良地质洞段为极容易挤压变形。为研究不同围岩挤压变形等级及不同钻爆施工开挖方式对隧洞围岩稳定的影响，根据计算结果来确定适合不同围岩类别的开挖方式，本文针对马蹄形断面型式，根据不同围岩断面尺寸和支护参数，并结合地质勘测资料，主要对Ⅲ类围岩全断面开挖和Ⅳ类围岩（300m埋深条件）全断面开挖及分台阶法分部开挖方式进行数值计算。根据以往工程经验，Ⅲ类围岩采用全断面开挖基本可以满足隧洞稳定要求，而Ⅳ、Ⅴ类围岩由于节理发育，围岩较为破碎，自稳能力差，通常采用分台阶开挖。
2.3锚喷支护施工
①系统锚杆施工。整个工艺流程依次为：测量放线、钻孔、清孔、验收、拌制灌注水泥砂浆、安插锚杆、物探实验。在这一过程中，钻孔位置由测量中心经现场逐一号孔确定，开孔时应保证于任何方向的偏差都小于100mm。对于锚孔的深度应符合设计要求，孔深偏差值小于50mm，待钻孔结束后用风、水联合清洗以去除孔内的松散岩粉粒和积水，待清除完毕后对孔径、孔向、孔深和孔底的清洁程度进行逐一排查并记录结果，验收合格后再用高压风吹净孔内残渣和水。注浆环节使用MZ-30泵进行操作，控制水泥与砂浆配合比（重量比）为1：1.15、水泥与水配合比为1：0.39，待锚杆注浆完成后保护锚杆在砂浆彻底凝固之前不受到敲击、碰撞和拉拔影响。
②超前锚杆施工在洞身上半洞开挖过程中考虑到局部岩石容易破碎，为了确保隧洞成型并保证施工安全，应在爆破后及时进行超前锚杆施工。超前锚杆型号为Φ32@0.4m，L=3m且保持上仰10°，距离开挖设计线外20cm-25cm，间距为30cm-35cm，排距为2.0m。在局部岩石破碎过程中需要进行加密施工，注浆时按照系统标准控制水泥砂浆配合比，并保持锚杆外露约30cm，同时应焊接在钢筋网或钢支撑上才能进入下一环节施工。
③钢支撑加固施工以7#引水隧洞为例，由于岩石破碎等地质原因导致爆破后局部超挖，因此设计人员采用18mm的工字钢按支撑间距1m进行加强支护，每排钢支撑采用Φ28@0.8m，L=6m的锚杆进行固定，彼此之间采用Φ25的钢筋进行连接，且间距为0.5m，在钢支撑上部铺设预制好的钢筋网片，并通过及时的喷护施工来保证围岩稳定。
④喷混凝土施工整个工艺流程依次为：测量定位、清理浮土和松动石块、清洗表面、搭设工作平台、验收仓面、3-5cm素喷、挂钢筋网、标记厚度、验收仓面、喷射作业、检查厚度、补喷、验收检查、养护、强度试验。在具体施工中应分为两层进行喷护：第Ⅰ层采用素喷3-5cm厚度，第Ⅱ层为5-7cm至设计厚度15cm，待喷射混凝土全部凝固两小时之后，进行十四个昼夜的喷水养护工作。需要注意的两个施工环节为：第一，素喷混凝土施工。应对岩面使用高压风、水联合清洗，并用0.35m3拌和机进行现场拌料，再利用湿喷工艺进行喷混凝土操作。整个过程分片分段依次进行，喷射顺序自上而下，且保持喷射时钢支撑上部确保锚喷密室，以及喷层表面应光滑平整无干斑或滑移流淌现象；第二，挂网喷混凝土施工。所用钢筋应于钢筋加工场制作成网片，且网格尺寸为φ6.5@200mm×200mm，由载重车负责运输。对于极不平整或有破碎的岩面先完成一层素喷，再铺设钢筋网，并运用0.35m3搅拌机对混凝土进行现场搅拌，并结合湿喷工艺完成喷混凝土作业。在起喷阶段，应适当缩短喷头与受喷面间的距离，同时调整喷射角度以确保钢筋网背面地质超挖部位的混凝土密实坚固。待开挖支护施工结束后，应及时进行混凝土衬砌施工以保证隧洞稳定，接着完成钻孔回填灌浆以及岩石混凝土的固结灌浆，从而再次提升隧洞的稳定性。
结语：
应用上述综合开挖支护技术，隧洞工程顺利竣工，使电站发挥了应有作用，增加了工程经济效益。
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