隧洞塌方处理措施浅析

洪成王亮

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001）

摘要：以某电站左岸导流洞K0+420-K0+550m洞段塌方处理为例，介绍一种隧洞塌方处理的方法。

关键词：隧洞；塌方成因分析；塌方处理

1工程概况

某电站左岸导流洞工程在施工过程中K0+420-K0+550m洞段发生特大规模塌方，塌方长度120m，高度约42m，塌方量约5万余方。

（1）施工简况

左岸导流洞K0+420-K0+550m洞段分三层进行开挖施工，上半洞、下半洞Ⅱ层、和下半洞Ⅲ层开挖支护工作已经完成。上半洞支护系统锚杆1165根，随机锚杆1107根，下半洞Ⅱ层支护锚杆517根、随机锚杆85根和锚筋桩50根，下半洞Ⅲ层支护锚杆514根。全洞段已喷护钢纤维混凝土约10cm，局部挂网。

左岸导流洞K0+430-K0+550m洞段在约50天内，先后发生9次塌方，上游面塌方始先由K0+450-K0+455m右边墙因欠挖处理引发，随后塌方向两端及顶拱方向进一步扩大。受上游面塌方影响，下游面也相继发生5次塌方。

上下游面塌方均已堵塞隧洞，塌渣体堆积普遍高于顶拱设计高程，塌方形成的塌穴进出口塌落高度约10m，估计塌穴高度普遍大于10m，局部达到20m以上。

（2）工程地质条件

左岸导流洞沿线地形陡峻，自然边坡约40-70度，为反向坡，进口处基岩裸露，出口段位于Ⅳ、Ⅵ号山梁拉裂变形岩体下部相对完整的岩体内，隧洞垂直埋深约30-330m。K0+430-K0+550m洞段围岩为第8层薄-中厚层大理岩夹薄层绿片岩，其中K0+440-K0+480段绿片岩夹层相对较发育，且该洞段地下水相对发育。受上述结构面的组合切割，岩体完整性较差，呈次块-镶嵌结构，部分呈碎裂结构。

2塌方成因分析及施工对策

左岸为反向坡，自然边坡高陡，岸坡岩体地应力较高，结构面发育，岩体卸荷强烈，深部卸荷拉裂缝发育，工程地质条件复杂。K0+430-K0+550m洞段岩层走向近平行洞轴线，裂隙相对较发育，特别是中陡倾角的层面裂隙和反倾向裂隙较发育，形成围岩不利组合。由于导流洞规模较大，边墙高达20m，两组裂隙切割形成的三角体、楔形体存在向洞内滑移的潜在因素，尤其是层面结合较差的绿片岩、煌斑岩脉等软弱面的存在及小断层分布，加上地下水和高应力的作用，导致左右边墙失稳，进而引起顶拱塌方。

从塌方成因分析和塌穴进出口典型塌方断面表明的隧洞顶拱塌落拱为“人”字型结构，且处于相对稳定期进行综合分析：目前塌穴处于暂时的稳定，这是因为塌穴内塌渣体充填，使得“人”字型两侧的支座相对稳定，从而形成了暂时的平衡，因此确保在塌方处理过程中，“人”字型拱两侧支座的稳定，是本次塌方处理是否顺利完成的关键所在。为此针对此次塌方，拟采取以下措施，以确保塌方处理及后期施工运行安全。

（1）在进入塌穴上下游方向各10m范围，采用衬砌混凝土进行锁口，防止进入塌穴进行塌方处理施工时塌穴回塌，并形成一段安全棚护，便于人员设备的展开。

（2）进行塌穴内塌渣体固结或在塌渣体顶部浇筑盖板混凝土，以便对塌方形成的“人”字型塌落拱对撑，并通过设计开挖顶拱线上部形成由“人”字型塌落拱两侧墙(板)和顶部盖板混凝土或塌渣固结拱组成的近似三角形空腔，保证塌落拱的稳定。

（3）对“人”字型塌落拱的两侧墙(板)进行锚喷支护施工，进一步稳定已形成的塌落拱，防止塌渣开挖过程中，两侧墙(板)失稳，造成新的塌方。

（4）对塌方段盖板混凝土及塌渣固结拱下部的边墙进行固结灌浆、锚喷支护，确保塌落拱拱脚的稳定。

（5）对塌方处理通过地段，及时跟进衬砌钢筋混凝土，自上而下“逆作法”分层浇筑混凝土，初拟按上导洞、中导坑、下导坑高度分别为7m、8m、5.8m三层进行开挖及衬砌。

（6）衬砌混凝土施工完成后，对盖板混凝土上部空腔，回填粘土水泥膏浆，防止空腔内积水恶化围岩周边条件，造成边坡失稳，危及大坝施工和运行安全。

3塌方处理主要施工要点

3.1锁口混凝土施工要点

（1）利用20#工字钢制作园孤拱架，采用φ48钢管搭设排架固定拱架，边墙及顶拱采用“2015”小钢模拼装模板，利用塌渣形成的斜坡道搭设排架浇筑边顶拱混凝土形成锁口。

（2）在锁口混凝土K0+420m一侧和K0+560m一侧预埋两排插筋，排距40cm，间距1m，埋入混凝土内1m，外露1m，以便与上下游衬砌段混凝土锚接。

（3）锁口混凝土浇筑时，在边墙布置间、排距1m*1m的锚筋，锚筋长3m，深入岩石内2.25m，外露0.75m，将锁口混凝土与边墙锚固在一起。

3.2采用盖板混凝土通过塌方段施工要点

（1）塌方段处理采取先护顶，再自上而下开挖、支护、衬砌混凝土的程序进行。为防止塌方体出渣过程中侧墙坍塌，引起导流洞洞顶出现新的塌方，开挖塌渣体前，首先对导流洞侧墙进行固结灌浆。

（2）塌方处理前，在进入塌穴端部安装两榀钢支撑，间距1m，钢支撑采用Φ25@100连接筋加固，并布置锁脚锚杆，长度5m，外露0.3m，与钢支撑牢固焊接，作好进入塌穴前的准备。

（3）已浇盖板混凝土段在导流洞侧墙固结灌浆结束后分段进行开挖，分段长度控制在1m左右，并及时在钢支撑顶部架立复拱对已浇盖板混凝土进行顶撑，在盖板混凝土保护下，每完成6m洞段的处理，及时安排混凝土衬砌。

（4）塌穴内塌渣体低于设计顶拱线时，利用塌穴前端架立的钢支撑作为型钢挑梁的支点，按以下施工程序进行施工：a利用安装的钢支撑架立型钢形成挑梁；b对已经坍塌的边墙进行固结灌浆加固，必要时补浇混凝土，对未坍塌的边墙视情况，采取锚杆或锚筋桩锁定；c在挑梁上铺设铁皮，形成简易棚护；d在简易棚护的保护下出渣；e架立下一榀钢支撑顶撑挑梁；f按b—e程序循环施工，完成塌方段衬砌分段长度的施工，浇筑盖板混凝土；g按照上述程序进入下一循环，通过塌方段。

（5）按上导洞、中导坑、下导坑三级台阶清理洞内塌渣。首先进行边墙至顶拱7m部分施工，安排塌渣清理超前边顶拱混凝土衬砌2-3个作业段；中导坑开挖时预留中部核心堆渣，作为施工通道，挖除两侧墙的堆渣。上导洞已衬砌混凝土的稳定通过上导洞边墙混凝土施工预埋的穿缝插筋、边墙插筋和出渣过程中及时架立的型钢支架来承担。下导坑施工时，开挖由洞里向洞外全断面掘进，边底板混凝土及时跟进衬砌。

（6）上导洞边顶拱混凝土浇筑完成后，进行中导坑开挖时，如果采用预留核心堆渣不能形成交通通道时，分左右两个半洞交错进行开挖和衬砌。

3.3采用预注浆形成塌方段顶拱稳定圈通过塌方段施工要点

（1）利用塌渣体前架立的钢支撑，按1:1的角度上挑中空自进式锚杆，锚杆长控制在5m左右，确保灌浆时，出浆点高于设计顶拱3-5m。

（2）采用素喷混凝土封闭掌子面，喷护混凝土厚度控制在10cm左右。

（3）按水灰比1:1控制进行灌浆，灌浆时，从最低处布置的灌浆管由高处逐步灌注，灌浆高程超出顶拱1-2m后，浆液内掺加3%水玻璃，以缩短浆液凝结时间，限制浆液扩散范围。

（4）根据灌浆量及浆液在顶拱面的上升速度，判断浆液注入高度，或设观测管判断浆液高度，决定终止灌浆施工。

（5）灌浆结束后，待凝8-12个小时后，进行开挖出渣施工。

（6）开挖循环进尺按1m控制，并架立钢支撑进行强支护。

（7）钢支撑顶部布置超前锚杆跟进施工，超前锚杆长按4.5m控制，上挑角度10-15度，超前锚杆搭接长度按1m控制，尾部与钢支撑焊接牢固。

（8）完成塌方段处理6m后，及时对上导洞边顶拱进行钢筋混凝土衬砌。

（9）按上导洞、中导坑、下导坑三级台阶清理洞内塌渣。首先进行边墙至顶拱7m部分施工，安排塌渣清理超前边顶拱混凝土衬砌2-3个作业段；中导坑开挖时预留中部核心堆渣，作为施工通道，挖除两侧墙的堆渣。上导洞已衬砌混凝土的稳定通过上导洞边墙混凝土施工预埋的穿缝插筋、边墙插筋和出渣过程中及时架立的型钢支架来承担。下导坑施工时，开挖由洞里向洞外全断面掘进，边底板混凝土及时跟进衬砌。

3.4水泥粘土膏浆施工要点

导流洞K0+430-K0+550m洞段塌方形成的穴较大，为防止衬砌混凝土完成后，因大坝蓄水，致使顶拱混凝土上部空腔内积水，从而恶化围岩周边条件，造成边坡失稳，影响大坝安全，拟采用价格低廉的水泥粘土膏浆进行灌注。

灌浆通过预埋管或钻孔形成进浆通道，采用SNS双浆泵或混凝土泵(必要时)进行灌注，埋管或钻孔与空腔连通后，根据空腔高度控制出浆管口高程。

水泥粘土膏浆由洞外设集中制浆站拌制，洞内设一个中转站，便于掺加水玻璃等速凝材料，采用混凝土泵送时，可掺加砂子和细石。

回填灌浆在衬砌砼达到70%的设计强度后进行，采用填压式灌浆方式。由低向高分层进行，从出浆口埋管最低处起灌。灌浆压力采用0.3～0.5Mpa。

回填灌浆结束标准采用在达到灌浆设计压力时，灌浆孔停止耗浆并继续灌注5min结束，每孔灌浆结束后，关闭孔口阀门，闭浆8小时。

灌浆结束后，将钻孔内污物及时排除，采用浓浆将全孔封堵密实和抹平，露出衬砌混凝土表面的埋管应割除。

结语:

在地下工程施工中，尤其是在不良地质地段的洞室开挖中，出现塌方给人似乎有其必然的感觉，一些单位的施工人员，往往将塌方形成的原因归结于地质条件差，往往忽视对地质条件与围岩稳定的研究。笔者参与了多个地下工程的施工，并全程参与了本案例塌方处理的全过程，结合以往本公司施工中出现的洞室塌方成因进行分析和总结，感到有些塌方在客观上来看应该可以避免，但往往由于设计、施工过程中经验不足，施工人员麻痹大意、片面追求开挖进尺、忽视施工安全，对已经出现的围岩异常现象置若罔闻、不及时提出处理对策、致使围岩变形达到一定程度，不应塌方地段出现了塌方。尤其是在施工过程中，炮孔过深、药量过大，或支护不当、架设不牢而引起的塌方更是屡见不鲜。同时在塌方处理过程中由于急功近利思想的影响，使塌方规模扩大。

为了防止塌方，杜绝塌方处理过程总的盲目性，笔者有如下几点认识：

（1）出现塌方后，切不可急躁冒进，一定要进行冷静的分析和研究。如果切实搞清了造成塌方的原因、塌方的范围、塌方后周边环境的变化、处理塌方过程中可能遇到的技术问题，并对这些问题制定了切实可行的对策，塌方处理是否成功就有了一多半的把握。

（2）对塌方的处理，几点原则要牢记：a.由有经验的专家经过调查分析后形成处理方案；b.要积极稳妥、稳扎稳打、步步为营，已经通过的部位要采取措施确保不出现反复；c.要先护顶，在护顶完成的基础上再进行出渣或深入施工；d.对塌方处理过程中可能出现的问题有充分的考虑，把问题考虑的多一点，准备的充分一些，才能得心应手的面对即将出现各种情况；e.切忌在没有搞清塌方原因，对塌方范围及有关情况没有摸清的情况下，盲目出渣。

（3）地下工程施工前，在施工组织设计中，一定要对可能遭遇的塌方有充分的认识，制定相应的技术应对措施，并进行必要的物资及设备准备。

（4）在施工中建立地质预测预报小组，对开挖过程中已经成型的断面多观测，对即将开挖的部位，根据地质资料进行预报，对可能出现的地质情况做初步判断，采取对策。