【摘要】狭义地说，水工隧洞即水利开发应用的隧道、洞穴，从施工形式上判断，主要是在地下或山体层面开凿用于灌溉、供水、泄洪、通航等功能的过水道，包括有压隧洞和无压隧洞两种；水工隧洞建设在水利、交通、工业等领域发挥了重要的作用，尤其在当前节能减排、新能源经济的前提下，积极展开施工新技术的讨论具有重要意义。本文以下围绕这一问题展开研究，并提出合理的改进建议。
【关键词】深埋水工隧洞；施工技术；技术创新；节能减排；
长大水工隧洞主要是从规模角度展开分析，目前国内对“长大”的概念并没有统一标准，理论上国内把10公里以上的隧洞施工列入“长大”范畴；长大水工隧洞施工对我国现阶段发展而言具有重要意义，尤其在低碳经济背景下，全球范围内都在通过实体经济发展模式的创新来减少对化石燃料对自然环境的危害，即通过组织创新、发展模式转变、全新技术投入等策略。结合我国现状来说，近年来新型能源所占社会消耗比例不断提升，尤其是水力资源转化能源的巨大潜力，客观上推动了水工隧洞的快速发展。
相对应地，经济发展与其他社会基础设施建设是紧密相关的，在城市化进程不断加快的前提下，土地资源也呈现出极度紧缺的局面，在城市中地下空间如地下室、地下铁等开发利用，以及公路、铁路等建设过程中所面临的复杂环境，水工隧洞的作用呈现多样化的态势，往往是整体工程中的关键项目。
1、我国水工隧洞发展概述
广义上的水工隧洞在我国出现很早，但基于现代施工技术及既定施工目的而产生的则出现在十九世纪末期，我国台湾省为公路修建而施工建设的狮球岭隧道。
1908年，詹天佑工程师主持修建了我国历史上第一条中国人设计的铁路，在北京到张家口沿线中，开凿了八达岭隧洞（1091米），是中国近代史中隧洞建设的重要事件。
新中国成立以后，各项社会事业积极投入建设，我国从上世纪八十年代开始进行长大规模隧洞施工时间，如大瑶山隧道建设以及成渝铁路建设，施工中采用改了凿岩台车、衬砌模板台车等运输工具，以全断面开挖的形式。
随着社会的发展，经济力量、科技力量不断提升，水工隧洞的建设也呈现出良好的发展态势。如上世纪60年代，施工技术的不断更新换代是主要特点，如手风钻钻孔爆破、人工开挖、人工运渣，威严稳定性维护，防塌方支护等；在上世纪70年代，随着“新奥法”的引进，我国水电发展中水工隧洞的应用更加普遍，如渔子溪水电站、白山水电站等一大批水电工程，较为著名的是鲁布革水电站，在获得世界银行贷款之后、引入日本先进项目管理制度，在水工隧洞的长度上达到了9.38公里，开挖直径8米，实现了引水隧洞全断面针梁钢模混凝土施工技术的应用。
进入21世纪以后，我国在水工隧洞的发展速度上进步更快，同时在较多方面实现了自主化生产经营，目前国内水工隧洞总长度已超过1500公里。
2、长大水工隧洞施工技术类型与线路选择
2.1 水工隧洞设计类型
水工隧洞的设计是基于一定目的出现的，通过分析主要包括以下三种类型。
首先，排水设计类型。在一些水利工程和城市系统中，用来泄洪、地表排水等功能，出口边坡应该设计排水沟渠以及岸坡渗水等，无压洞水面线以上可以设置排水孔，用来清除山体或地下融水，减少外水对隧洞空间的压力。出口处可以设置排水设施（消能反弧段），便于后期的检查和维护。
其次，止水设计类型。止水设计主要出现在有压隧洞中，如果一些无压隧洞对防渗水有要求，也可以进行止水设计。一般来说无压洞衬砌的环向施工缝可以不需要设置止水。
再次，分缝分块设计。泄洪隧洞的洞身和进口、出口等应设置伸缩缝，孔图地质条件有显著变化应设置伸缩接头；围岩地质条件的统一洞图，只有施工缝。施工缝环孔底部图、拱门、侧壁和顶部拱不得东倒西歪，浇注块长度是6-12米。如果一些无压洞不需要衬砌，相应地也就不需要无防渗的需求，施工中要将环向施工所应用的钢筋穿过缝面，随后对混凝土进行处理。
2.2 水工隧洞线路选择
第一，地质条件分析。从施工难度和经济角度考虑，隧洞线路选择应该满足地质结构简单、便于施工开展的地质环境；同时，考虑到隧洞的坚固性和稳定性，施工环境中的岩体必须保持完整和坚硬，尽可能避开内部不利的地质构造，如地下水水位高、土石松动、渗水严重等问题，由此可以减少隧洞衬砌方位上的外部压力。在地质选择中，要注意洞线与岩层、构造断裂面以及其他软弱地带方向有较大的交角。如果在高地应力的环境中，则要维持洞线与最大水平地应力保持方向一致。
第二，地形条件分析。水工隧洞的设计中，洞线要尽量缩短、笔直，在必须要进行转换或存在弧度的过程中，考虑地形、地质等原因对于低流速的隧洞弯道曲率半径大于5倍洞径或洞宽。
第三，水流条件选择。隧洞的进水口要求顺畅、宽大，而出水口则要与连接的水体保持平顺，尤其与下游坝角及其他建筑物保持相对的距离，防止出现冲刷问题。
第四，施工条件分析。隧洞施工中要利用多种机械设备，同时无论是开凿方式或全断面开挖方式，用于施工操作的空间都很小，在碎石出渣通道方面必须进提前设计布置，特别是对于距离较长的隧洞，应该充分考察地下环境的地形，通过改善地质条件如布置斜洞、竖井等方式，便于进料、出渣和通风；相对来说，在同等的施工能力下，洞线选择和施工条件的改善，可以有效地改善施工进度和施工质量。
3、长大水工隧洞施工新技术应用
长大水工隧洞施工中需要关注的问题很多，要维护施工进度、施工质量和施工安全等，就需要针对多种学科进行综合利用。如在设计方面，要充分利用水力学条件以及运行条件，避免内水外审导致的流量损失；同时，还要防止由于内水外渗造成的隧洞岩体裂缝等。
总体而言，长大水工隧洞的施工技术要求较高，常规的支护系统和隧道开挖方法的展开，受到一定的功能限制，也会造成一定的工程成本、工程进度以及其他不可预见性的风险。
结合我国目前在长达水工隧洞的施工技术应用，主要包括了TBM和钻爆法两种，以下展开详细的分析讨论。
3.1 TBM法
所谓“TBM法”即全断面岩石掘进机应用方式，出现于上世纪五十年代的美国，是基于掘进机上设备展开的隧洞开挖技术，经过几十年的发展、进步，当前工艺技术应用已经十分成熟。
从掘进机的形式上划分，主要包括全断面掘进和部分断面掘进方式，而全断面掘进中有氛围全断面岩石掘进和盾构机掘进两类。这种细分化的出现，意味着技术应用面的扩大，特别是针对一些复杂地质环境中出现的单护盾、双护盾和三护盾等不同类型设备产品，成为现代隧洞施工中的主要力量。
利用掘进机施工的优势是很明显的，首先它可以大大的节约人力资源，减少施工强度，同样施工环境下可实现的开挖进度是常规人工手段的3-6倍，相关数据显示，国外较为先进的掘进机可以使用岩层的抗压强度最高达到300MPa，刀盘直径最大为12米左右，在较为理想的硬质岩石条件下进行掘进，项目完成量达到每月600-800米。
TBM法的应用在很大程度上表现出机械设备的优势，尤其对于一些大型工程，由于施工周期短、施工质量要求高，同时为了强调安全性，TBM法能够发挥很好的功能，在减小施工强度的同时提高了施工环境的优越性，是独头掘进长大隧洞的理想选择方式。但同时，TBM法也存在一定的局限性：首先，TBM法中所用到的掘进机设备属于典型的非标设备，甚至是为了某一个施工项目进行设计和安装的，这就造成其投资较大、维护管理困难，任何一个部件的缺失都可能造成停工现象，同时掘进机的性能发挥对工程地质条件、水文条件、土质条件等依赖性很大。
3.2 钻爆法
针对国内长大水工隧道的施工现状来说，钻爆法的应用较为普遍，也是目前最成熟的施工应用技术之一。按照“精细爆破、实时喷锚、检测反馈”原则进行展开，相比TBM法具有更宽阔的适应性，几乎适应所有的地质条件，应变能力很强。
本质上说，钻爆法遵循“新奥法”的原理，即通过建造地下空间的方法；在实现方面需要以下要点作为支撑：（1）要维持水工隧洞建设空间的围岩强度（2）要实现对地层变形的控制，如果变形问题过于严重则会导致强度丧失，甚至造成安全强度数值超出范围，可利用土锚、石锚杆等方式阻止混凝土支护抑制变形（3）初次支护可以实现全部代表支护总需求，并在隧道周围和围岩变形方面做出必要的评估（4）在长达水工隧洞施工过程中要尽量延长支护使用的时间，一般会在应用前进行支护拆除，而隧道需要在最短时间内开挖成断面。
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