不良地质条件下水工隧洞施工塌方处理

徐东方

云南省滇中引水工程有限公司 云南 昆明650205

摘要：水工隧洞作为一项基础工程，是为水利水电工程各项任务而设置建设的隧洞。以配合溢洪道宣泄洪水，以及引水发电，或为灌溉、排放水库泥沙、供水和航运输水等基础任务。在水工隧道施工中，塌方是一种比较常见的发生现象，尤其是在一些地质条件较差的地方比较容易发生。小型水利工程水工隧洞施工塌方处理的首要任务是对塌方的地点进行预防，以最大限度的减少塌方出现，假设发生塌方就需要立即做出处理，先分析塌方发生原因，并且及时做出塌方抢修的方案，才能减少塌方带来的各种损失。文章着重探究不良地质条件下水隧洞施工塌方处理方法。

关键词：不良地质；水隧洞；塌方处理

当地质条件处于不良状态时，水工隧洞常会出现塌方现象，预防是处理塌方的首要办法。施工过程中要尽可能降低塌方的可能性，当塌方发生后，应最快找出塌方原因，寻求最佳的处理方案，将损失降低到最小。

1.水工隧洞塌方的原因

1.1勘察、设计原因

水工隧洞工程往往建在山区地带，且为长线分布，无论是交通还是施工条件都极为不便，给勘察设计带来难度，是一项复杂的工程。在设计勘察时，要顾及很多方面，如勘察费用、自然条件的影响和勘察设备的配置等，这些可能导致无法正确判断，引发软弱、断层、破碎等地质情况。没有选择正确的隧洞位置，即应避开地质不良段没有避绕，裂缝、岩脉、断层等破碎带与洞线方向的夹角过小或两者之间呈平行状态。在经济和技术允许范围内，当需通过不良地质地段时，由于节省开支，设计出的安全支护参数不够大，不能完全支撑稳固围岩，导致严重塌方。或因设计的支护技术、衬砌型式不合理导致结构强度不够而无法发挥支护作用。

1.2地质条件原因

由于地形以及地貌等条件影响，当隧洞通过靠山区域或河谷、冲沟时，很容易发生塌方。另外，隧洞的洞口埋深覆盖较浅的区域出现塌方的可能性较大。隧洞需要穿过岩体不稳定且松散的地层，还有褶皱带和断裂带，包含破碎、软弱结构面的各种不良围岩，陷穴、岩溶溶洞、膨胀、偏压、暗河等不良地质的区域。当隧道需要穿过地下水充沛的地方时，也极易出现塌方，在水压较高的富水区域，由于地下水不断流向洞室内部，使断层结构带中软填充物和破碎的岩体被掏空，导致塌方。强风化和全风化的围岩洞断和地下水丰沛的土壤层也容易塌方。

1.3没有做好支护以及施工工作

第一，挖掘之后未认真的处理那些稳定性不是很好的围岩，此时岩石长久的处在外在空间中，一旦受到风化或是渗流干扰的话，此时山体就会发生塌陷。最为典型的就是瀑布沟项目，它的引水隧洞就是因为在挖掘好洞身之后，没有及时的处理导致塌陷问题出现。第二，在项目开始爆破的时候，由于强大的震动力而导致塌陷问题发生。这主要是因为使用的炸药太多或是采用强爆破导致的，最好是使用弱爆破，而且要变化爆破数值，这样就能够在一定程度上降低塌陷问题的发生几率。第三，一旦支护结构本身的强度不高，或是支撑的不合理的话，就必须在衬砌的时候将其拆掉，如果不处理的话就会导致塌陷问题。

2.不良地质条件下水工隧洞施工塌方处理

水工隧洞塌方通常分为大塌方与小塌方两类，发生塌方以后，应该先加固未塌的地段，防止塌方的蔓延，也给抢险工作一个安全空间。同时组织人员进行现场调研,查明塌方范围和性质及塌方区域的围岩地质构造及地下水的活动情况,分析出塌方原因,制定塌方处理方案。但是在方案制定时，应该根据塌方的大小不同，采取不同的处理方法，必须遵循“小塌清、先支后清”及“大塌穿,先棚后穿”的原则进行。塌方发生后，不能及时组织工人挖除塌方，这样做会导致不安全事故发生和使塌方加大，从而增加工程建设投资。所以要坚持“小塌清、先支后清”的原则，就是在塌方的量不大时,可清除全部塌方的处理方法。因为自然拱范围内的土石还有可能继续坍塌,塌方的坑道两侧边坡也不稳定,先清除塌碴有可能会使侧壁不平衡而松动引起塌落,塌方的坑道增宽,自然拱增高而再次塌方。反复几次,就极容易引起大塌方。如果围岩的地质条件比较好,塌方也只是局部的松软夹层,而且范围不大,经过分析不会继续塌方时,也可以对塌方先进行清除,再支撑或者不支撑塌方的顶部。坚持“大塌穿,先棚后穿”的原则,就是在塌方量大的时候一时难以清除,塌穴的形状与大小都无法查明的时候,可以将塌方体看成是松散破碎的地层,通过超前支撑和开挖导坑的方法来穿越塌方体。在穿越之前必须要把塌方部位的两端支顶牢固,以防止塌方的延伸。穿越时,用插板法来支撑,在导坑的顶部用插板来插进塌方体,形成一个棚顶,继而逐步的开挖进占。具体方法措施如下：

2.1小塌方处理措施

塌方没能把开挖断面全部堵塞，且塌方继续发展的时间较长或基本停止，人不能进入坍穴观察处理者，属小塌方，处理的原则是“先支护，后清渣”。如果尚未支护就进洞清塌方，一是施工人员的安全未能保障，二是可能会引发大塌方，造成不必要的投资浪费。需要做好支撑架设。木支撑一般可分为门框式，拱开和扇形三种。小塌方支撑选用了架设较简单的门框式。门框式一般由立柱、底梁、顶梁组成，本隧洞的小塌方处理，木支撑不设底梁，采用三节架设。在架设支撑的同时应调集施工人员准备木柴，支撑架设好并给予加固后，尽快用柴封堵坍穴，使岩层保持稳定。二是塌方清渣。塌方清洒首先要检查支护是否安全可靠，经有关技术人员确认稳定后，施工工作人员方可进入坍体内出渣。三是支撑材料选用。隧洞的小塌方，塌方量不大，同体压力较小，从经济角度出发，支护材料选用木材比较合理。因木料具有重量轻、加设方便、损坏前有明显变形、不会突然折断等优点，因此在小塌方中运用效果良好。

2.2大塌方处理措施

大塌方的处理原则是“先棚后穿”。一是支护材料选用，支护材料选用应该根据大塌方的情况选择，大塌方由于山体压力巨大，架设支撑必须考虑永久性架设，混凝土衬砌时不再拆除，而钢支撑能承受巨大山岩压力，一般工程采用了12号、14号工安钢作为拱架、拱圈的主要材料。超前锚杆材料可分为木锚杆和钢锚杆两种。木锚杆在大塌方处理中，不能满足受力要求，而且难以施工。钢锚杆的受力条件好，打进速度快，在处理塌方中能争取时间，避免由于时间拖后使塌方扩展等问题。通过实践，利用时1.5英寸水管打超前锚杆比较合理。二是钢支撑架设和加固。钢支撑架设应根据隧洞的衬砌断面，首先确定立柱梁的长度，再通过实际研究塌方的大小，确定钢支撑的排距，计算出穿过塌方所需架设的钢支撑排数，充分准备好材料方可进行架设。当塌方段的塌方体清除后，其洞内形成很大的临空面，刚支护好的支撑结构随着时间的延长，在受到上部塌方体极大压力和各部位受力不均匀的条件下，容易产生变形和破坏。故必须在第一次防护的基础加上加密纵向连接，使各排钢支撑形成一个整体，直至无安全隐患为止。

结束语

通过多年的工作实践我们发现，不良区域的地质条件本身不是很好，一旦发生塌陷问题还会引发其他的一些不利现象，假如不能够尽快的处理的话，小规模的塌陷可能会在短时间内变成严重的塌陷。因此，在开展隧洞建设工作的时候必须要做好临时支护活动。同时，针对衬砌之外的空洞最好是使用合理的方法应对，比如可以通过回填或是灌浆之类的措施来确保它的密实性搞，只有这样才可以从根源上避免塌陷，确保施工工作的稳定性，提升项目的利润。

参考文献

[1]张锐.水利工程中输水隧洞的施工方法和技术要求[J].科技致富向导，2011（11）.

[2]沈树华，童云.不良地质条件下的输水长隧洞开挖工程监理[J].四川水力发电，2016（5）