水利工程软弱围岩地下暗挖施工技术浅析

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引言

本文针对水利工程中软弱围岩地下暗挖施工技术要点展开探讨，文章对软弱围岩的工程特性以及物理力学特性给予剖析，明确其对地下暗挖施工会产生怎样的影响，对地下暗挖施工技术的基本原理以及优缺点加以概述，详细说明水利工程软弱围岩地下暗挖施工方法，像双侧壁导坑工法、交叉中隔墙法、中隔壁法和台阶工法。最后给出施工前的准备工作、施工过程中的控制举措以及施工后的监测与维护等应用策略，以此为水利工程软弱围岩地下暗挖施工提供理论方面的参考以及实践层面的指导。

1 软弱围岩的物理力学特性

软弱围岩有独特的物理力学特性，在物理特性方面，其孔隙率处于较高水平，大多处于 20% 至 50% 之间，这使得岩体的密度相对较低，由于富含黏土矿物，它有较强的亲水性，一旦遇到水就容易软化、膨胀，从力学特性来讲，软弱围岩的内摩擦角较小，一般处于 15^∘ 至 30^∘ 之间，黏聚力同样较低，一般低于 50kPa，抗压和抗剪强度表现较差。另外，软弱围岩的变形模量较低，在受力之后容易产生较大的变形，并且有较为十分突出的流变特性，随着时间的不断推移，变形会持续发展，这些特性使得地下工程的支护难度有所增加，施工风险也相应提高，对支护结构设计以及施工工艺提出了较为严苛的要求[2]。

2、水利工程软弱围岩地下暗挖施工方法分析

2.1 双侧壁导坑工法

双侧壁导坑工法会把隧道断面划分成左、中、右三个部分，首先对两侧导坑进行开挖，并且及时施作初期支护以及临时支护，之后再开挖中间部分，在软弱围岩的水利工程当中，这种工法可有效地控制围岩变形，减少对周边岩体产生的扰动[3]。

2.2 CRD 工法（交叉中隔壁法）

CRD 工法会把隧道按照自上而下、左右交替的方式划分成多个部分来开展开挖工作，每一次开挖一部分后，都要及时去施作初期支护、临时仰拱以及中隔壁，在地下水丰富且围岩软弱的水利工程当中，该工法借助多个小断面开挖的方式，切实降低了施工过程中的围岩应力集中情况，控制变形的效果比较突出。

2.3CD 工法（中隔壁法）

CD 工法（如图 1 所示）会把隧道断面划分成左右两个部分，首先对一侧进行开挖，然后施作初期支护以及中隔壁，之后再开挖另一侧，这种工法相较于 CRD 工法而言，施工工序相对没那么复杂，可加快施工的进度，在围岩稳定性稍微好一些，隧道跨度处于适中状态的水利工程中应用较为广泛。在施工进程中，密切留意中隔壁的受力状况，防止它出现变形、破坏的情况，影响施工安全，和 CRD 工法相比，CD 工法对围岩的扰动相对大一点，在实际应用的时候需要依据具体地质条件合理选择。

2.4 台阶工法

台阶工法会把隧道断面划分成上、下或者上、中、下台阶来展开开挖工作，对上部台阶进行开挖，及时开展初期支护的施作，等到上部支护处于稳定状态后，再开挖下部台阶，这种工法有施工空间较大以及施工效率较高的特点，适合应用在围岩稳定性相对较好的水利工程当中。在某灌溉隧洞工程里，鉴于围岩条件比较好，故而采用台阶工法来施工，把隧道断面划分成上下两个台阶，上台阶的长度依据围岩稳定性来确定，一般控制在 3 至 5 米，上台阶开挖完毕后，马上喷射混凝土对围岩给予封闭，安装锚杆以及钢支撑，等支护稳定之后，再开挖下台阶[4]。

4、水利工程软弱围岩地下暗挖施工技术的应用策略

4.1 施工过程中的控制措施

某北方调水工程在进行下穿河道段施工之际，运用了“短进尺 0.8 米/ 循环加上机械开挖”这样的策略，并且配合着钢拱架间距为 0.6 米的密排支护方式。初喷混凝土选用的是 C25 早强型材料，其 1 小时的强度可达到 5MPa ，可快速地封闭岩面，当遇到涌水这种突发状况的时候，马上启动应急预案：借助预留核心土来反压掌子面，采用“水泥—水玻璃双液浆”实施全断面帷幕注浆，注浆量达到了 38m³ ，最终成功把涌水量从 120m³/d 降低到了 8m³/d 洞内通风系统配备了 2 台 2×55kW 的轴流风机，依靠风速仪监测以此保证掌子面风速 ⩾0.25m/s ，同时 CO 浓度一直控制在 24ppm 以下。施工过程中的控制举措对于工程质量和安全有着直接影响，要从开挖、支护、通风等多个方面严格把关，在开挖环节，需遵循“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭”的原则，依据围岩实际状况，合理把控每次的开挖进尺，防止因过度开挖致使围岩失稳，采用光面爆破或者预裂爆破技术，降低爆破对围岩造成的扰动。爆破之后，及时对开挖面开展检查，清除危石，保障施工安全，支护工作要紧密跟随开挖作业，开挖完成后，马上进行初喷混凝土，封闭岩面，避免围岩风化以及松动，接着安装锚杆、钢筋网和钢支撑，构建联合支护体系，提高围岩稳定性，喷射混凝土应分层实施，保证喷射厚度和强度契合设计要求。

4.2 施工后的监测

某水库导流洞工程完工之后，在该工程中布置了 12 个自动化监测断面，借助振弦式应变计来监测钢支撑应力。工程运行半年时间后，发现 K2+350 处的钢拱架应力超出了限定值（达到设计值的 1.3 倍），经过详细分析后确定是围岩持续收敛所造成的，随后马上采用“补打锁脚锚杆 + 增设I20b 临时横撑”的方式进行加固，施工完成后应力值降低了 40‰ 。在定期清理洞内排水沟的时候，发现下游段由于泥砂淤积致使排水不顺畅，于是改用带格栅的 U 型混凝土渠，同时配合清淤机器人开展作业，使得排水效率提高了 60% ，管理方创建了“洞室健康档案”，每季度都要进行结构声波检测，以此来保障工程可长期安全运行。

结语：

综上所述，水利工程软弱围岩地下暗挖施工之时，需将地质条件、工程要求以及施工成本等诸多因素给予综合考量，挑选适宜的施工方法以及支护技术。在施工前期，做好周全充足的准备工作，在施工进程中，对于开挖进尺、支护质量以及通风效果等关键环节，要严格把控，在施工结束之后，应着重加强变形监测以及维护加固方面的工作。凭借科学合理的施工技术以及严格的管理举措，可保障水利工程软弱围岩地下暗挖施工的安全以及质量。

参考文献：

[1]葛祖盛,马腾飞. 水利工程软弱围岩地下暗挖施工技术浅析 [J]. 治淮, 2024, (11): 63-64.

[2]肖龙生,景伟,徐志润. 软弱围岩暗挖车站双侧壁导坑法优化施工技术 [J]. 交通世界, 2024, (19): 101-104+108 .

[3]路明. 城市地铁暗挖大断面渐变隧道动态分区法的研究与优化[D].广西大学, 2019.

[4]陈涛,杨继恒. 地铁浅埋隧道初期支护变形侵限换拱施工技术 [J].四川水力发电, 2019, 38 (S1): 26-27+31.

作者简介：张泽锋，1996.12.18，男，山西省临汾市吉县汉族，（职称：助理工程师），本科，（研究方向：水利水电）