复杂地质环境中水利隧洞施工技术分析

引言：在当前社会建设与发展的基础设施建设项目中，水利隧洞作为其中一项关键项目，在水利发电、水资源调配、防洪减灾等领域发挥着重要作用。但在水利隧洞穿越不同地区时，往往会经历岩爆、涌水、高地温、高地应力、软弱围岩等复杂的地质条件，在施工过程中可能因岩体破碎、节理纵横、存在大量溶洞导致工程出现围岩结构不稳定、涌水突泥灾害等，严重威胁工程质量与安全，需对其施工技术进行深入分析。

1 复杂地质环境对水利隧洞施工的影响

1.1 围岩结构不稳定

复杂地质环境对围岩结构稳定性的影响主要包括断层破碎带、岩溶发育区、高地应力区等区域，这也是水利隧洞施工中面临的首要难题。在断层破碎带，通常岩体会被断层切割成大小不一的碎块，并夹杂着断层泥，整体呈现松散、破碎的状态。在水利隧洞施工的开挖作业中，围岩会失去原有的平衡，很难依靠自身强度维持稳定，极易发生塌方事故。在岩溶地区，存在大量溶洞与溶蚀裂隙，导致围岩局部强度较低，在施工过程中极易产生受力不均的情况，再加上开挖扰动、地下水等因素的影响，会导致软弱围岩出现变形失稳等情况 [1]。在高应力区，随着水利隧洞开挖作业的开展，原本围岩的应力平衡会被破坏，当围岩自身强度不足以承受地应力时，则会出现岩爆、大变形等现象，严重威胁施工设备与人员安全，并破坏已开挖的隧洞结构。

1.2 涌水突泥风险高

在复杂地质环境下的水利隧洞施工中，涌水突泥风险极高，特别是岩溶发育区，更是涌水突泥的高发区域，这一区域不仅存在大量的溶洞、暗河、溶沟等，而且还与溶蚀通道、隧洞连通，一旦在开挖过程中触及这些溶洞与暗河，极有可能引发涌水突泥事故，导致后续施工排水难度大幅提升，并冲击临时支护结构。由于水利隧道施工在发生涌水突泥事故后水量较大、冲击力较强，往往会快速掩埋施工设备，堵塞隧洞，甚至将施工人员困在洞内，后果不堪设想。而在断层破碎带、富水砂层等区域，地下水渗流也是引发涌水现象的重要因素，导致施工现场出现流砂现象，破坏围岩稳定性，影响隧洞结构安全。

2 水利隧洞在复杂地质环境中的施工技术

2.1 超前地质预报

基于复杂地质环境条件对水利隧洞施工安全、进度等造成的严重影响，在施工技术实际操作期间，应严格按照《水利水电工程施工测量规范》（SL 52-93）、《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008）等勘察技术规范，借助全球卫星导航系统、全站仪等先进测量设备，综合应用地质测绘、钻探、物探等手段，开展现场地质勘察作业，在确保测量精度的前提下，全面掌握隧洞沿线地层岩性、地质构造、水文地质条件等，为工程设计与施工提供可靠的资料支持，针对复杂地质环境提出针对性的应对措施。

从保证施工安全的角度出发，在复杂地质环境下的水利隧洞施工中，有效应用超前地质预报技术可为施工作业提供更精准的地质信息。TSP 技术作为超前地质预报中的一种常用技术，其工作原理是向岩体发射地震波，利用专业软件分析接收到的反射信号，对前方30～100m 的地质变化作出准确预测，为施工技术选择与实施提供支持。地质雷达作为物探法中的一种常用技术，主要通过发射高频电磁波，根据电磁波反射情况分析岩体的内部结构与完整性，清晰呈现30m 内小型断层、空洞等不良状况的细节。与这些技术相比，超前钻探这种地质预报技术更加直观，主要通过水平钻探等形式获取岩芯样本，对前方岩体岩性、含水状态作出准确判断。

2.2 开挖作业

开挖作业是水利隧洞施工中的重要环节，其中以开凿作业为核心，综合考虑复杂地质环境中围岩稳定性、地质条件复杂性和隧洞断面设计科学性等要求，选择适宜的开挖作业方式。如果水利工程隧洞施工中存在花岗岩地层等完整且坚硬的围岩，当该隧洞直径不超过 5m 时，则可应用全断面开挖法，在隧洞内部执行断面爆破作业，推动施工任务高效完成。为保证断面爆破作业的安全性，需有效应用钻爆法、微差爆破、预裂爆破等技术手段，强化施工过程控制。

根据《水工建筑物地下开挖工程施工规范》（SL 378-2007），结合水利隧洞施工现场的岩石特性、周边环境要求等，在钻爆法技术实施中合理选择炮孔位置，精确计算孔间距、排距、装药量。在微差爆破技术中，着重强调对爆破时差的精确控制，利用地震波之间的相互干扰作用达到削弱破坏性的效果，有效控制震动速度 [2]。在预裂爆破技术中，根据设计好的轮廓线上凿开预裂缝，对主爆区爆破应力波的传播产生阻挡效果，保证周围岩体的完整性，避免出现欠挖、超挖现象。

2.3 锚杆支护

在隧洞开挖完成后，及时开展锚杆支护作业，严格按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086-2015），严格按照喷射混凝土、安装锚杆锚索、再次喷射混凝土的标准顺序，实施规范的技术操作。为支撑围岩，需先设置 H140×80 的钢拱架，按照50cm 的间隔固定好，由直径为 8mm 的Ⅰ级钢筋制成钢筋网片，规定20cm×20cm 的网格大小。在初次喷射混凝土时，控制喷射厚度超过4.5cm ，并控制喷射作业结束与锚杆锚索安装的时间间隔大于 3h。在钻孔作业期间，控制钻孔深度不低于 5cm 。在安装锚杆锚索时，控制锚固长度、锚固力，保证锚杆位置偏差低于 14.5cm 。锚杆植入后及时开展砂浆灌注作业，保证灌注管位置与孔底间距在 5～9cm 以内，匀速提升其高度，保证砂浆灌注后分布的均匀性。在将锚杆插入孔洞内部后及时开展二次灌浆，确保锚杆安装的稳固性。

2.4 混凝土喷射

参照《水工混凝土施工规范》（SL 677-2014）的标准要求，在混凝土喷射作业中，相比于干喷工艺，湿喷混凝土工艺可有效减少施工过程中的粉尘污染，同时保证混凝土强度和综合性能，应用硅酸盐水泥作为喷射材料，控制其细度大于 2.5。综合考虑现场实际情况，调整优化回弹率、喷射压力等重要参数，并保证混凝土中碎石的最大粒径低于 1.6cm 。在混凝土制备中，有效应用碱性速凝剂，避免其中活性成分含量过高。

2.5 监测预警

由于复杂地质环境会直接影响水利隧洞施工安全，因此，在技术实施的全过程中，应配合应用围岩变形监测技术，及时发现潜在风险并发出预警。在围岩变形监测中，按照《水利水电工程施工安全管理导则》（SL 721-2015）的要求，在隧洞内部与断面合理布设位移计与收敛计，根据实时监测数据，绘制位移 - 时间曲线，掌握围岩内部不同深度的位移量变化和隧洞断面收敛变形情况，一旦发现监测变形量超过预警值，及时采取加强支护等措施。

结论：综上所述，面对水利隧洞施工现场的复杂地质环境，在施工建设期间可从保证施工质量和安全的角度出发，结合施工现场勘测结果，通过超前地质预报对后续施工技术的实施方案进行优化，尤其是在爆破技术中应加强过程控制，在施工全过程中做好围岩变形监测预警工作，保证水利工程安全稳定运行。

参考文献：

[1] 尤彦龙 . 复杂地质条件下引水隧洞工程质量管控关键技术标准[J]. 大众标准化 ,2025(10):38-40.

[2] 王鹏 , 拉巴旺堆 . 水利工程中引水隧洞施工技术应用分析 [J].中文科技期刊数据库 ( 引文版 ) 工程技术 ,2025(6):097-100.

作者简介：姓名：王灿；性别：男；出生年月：1980/03；籍贯：湖南省长沙县黄花镇 民族：汉；最高学历：大学本科；目前职称: 市政工程中级、水利水电工程助理工程师