浅谈小型水工隧洞的塌方处理

钟俭雄

摘要：对小型水工隧洞塌方原因作了详细的分析，并对塌方分类、预防和处理措施作了详细论述。针对隧洞施工中发生的大塌方问题，且对该施工处理技术进行了简要概述和举例说明。

关键词：水工隧洞；塌方；处理措施；应用对小型水利工程隧洞塌方原因进行了分析，并对塌方预防和处理措施作了较为详细论述。针对隧洞施工中发生的一般塌方处理、本文中对小型水利水电工程隧洞塌方原因作了比较详细的分析，并针对隧洞施工中发生的大塌方问题，进行探讨。

一、施工过程塌方原因分析地质因素是造成塌方的重要原因。小型水利工程隧洞或大型水利工程附属的非主要工程可能会出现由于工程资金紧张的原因，对必要的自然地形、地质的勘探工作没有做或未做到位，缺乏隧洞所在地段的自然地形、地质资料，情况不明确，不加思考就贸然设计，隧洞设计人员在设计时，将隧洞轴线选在了不良的地形、地质区域，没有避开不良地形如易出现山体滑坡的地域、盆地、山谷等；不良岩层如破碎带、砂卵层、堆积层、含有各种不利结构组合的软弱围岩及溶洞、陷穴等地质不良区域。当隧洞穿越以上地形、岩层时，易发生塌方。另外，在地下水发育的地区、附近有天然泉眼，泉水渗漏地表明显的地段时，隧洞围岩的强度大大降低，加之空隙水的挤压作用，隧洞在开挖过程中极有可能发生垮方。施工方法不当也是塌方的重要原因之一，主要表现为四点：一是对稳定性差的围岩，一次支护不到位，喷护砼厚度达不到设计要求，开挖后没有及时支护衬砌，围岩长期暴露，山岩压力增长，引起塌方。二是开挖爆破时，采用强爆破或装药过多，因强烈震动引发塌方。三是支撑结构不合理，支撑构件强度低或支撑的位置和高程不当，在开挖、衬砌过程中必须拆除，引起塌方。四是不适当的施工停止，没有搞好施工排水，使围岩长期浸泡，处于饱和状态，山岩压力增大。围岩强度下降，一经扰动，便会引起塌方。

二、塌方的预防对待小型水工隧洞的塌方，我们必须加强安全意识，坚持预防为主，认真对待预防工作，态度要端正，要做到预防而不是补救，从而保证安全生产，以取得更好的经济效益。

预防隧洞塌方主要应做好以下三方面工作：首先，重点搞好地形、地质情况的勘测和工程设计。在隧洞工程的勘测、设计中，深入隧洞所在地点，细致勘察所在区域的地形外貌、地质资料，详细掌握隧洞轴线和进出口的地质资料，对隧洞穿越垭口、沟谷和山体的部位进行认真分析，尽可能全面掌握可能发生塌方的不良地质情况。选择洞线时，尽量避开盆地、山谷等不良地形和砂卵石、溶洞、堆积体、地下水渗流明显以及软弱破碎带等不良地层，若无法避免而穿越时，应事先考虑、认真搞好施工组织设计，完备可行的技术设计，以免造成所采用的施工方法无法达到预期目标时，拿不出其它方案而被迫停工。

其次，施工中应选择合理的施工方法和防止塌方的措施，备全必要的材料和工具。其措施有：搞好施工中的排水，开挖采用弱爆破、短进尺、勤支护的原则或采用机械直接开挖、加强支护、合理安排开挖进度，不冒进等。

再次，施工过程中，应经常进行安全检查，重点检查山体渗水和支护完成段，及时发现发生塌方的预兆，以便采取相应支护，防止塌方的发生。

三、塌方处理措施对于小型水工隧洞的塌方，尽管在工程建设中加强了各方面预防工作，但塌方事故不能完全预料，塌方现象还是时有发生。面对发生的塌方事故，我们要端正自己的心态，认真作好塌方处理工作。塌方发生后，应待塌方段稳定后，立即加固附近未塌地段，以防塌方蔓延，给抢险工作提供一个安全的施工作业环境。同时，要组织相关方人员到塌方现场察看，认真分析塌方发生的原因，及时制定出合理、可行的塌方处理方案。

常见的隧洞塌方处理方法有：①超前锚杆、管棚法；超前锚杆主要用于Ⅳ、Ⅴ围岩施工中，在隧洞开挖施工时，用超前锚杆进行超前支护，减少超挖及防止塌方，取到预防的作用，对于这类差的岩石，进行超前锚杆支护进行开挖，开挖面出露后及时组织进行喷混凝土支护，对岩体较差的，危险大的部位，根据情况进行适当的钢支撑支护，保证隧洞施工安全，安全进行下一道工序作业。

对于岩石相对松散，岩石自稳时间短，并岩石存在间歇性塌方，在施工时，可采用管棚法施工，首先在渣堆上进行管棚的施工，根据塌方体的塌落的块径确定管棚的间距，管棚施工完毕后，尽快进行钢支撑支护，加固管棚。如预计松散体塌方量较大，考虑管棚支撑刚度，可在管棚内进行灌浆，加强管棚的强度。

②回填混凝土法隧洞岩石塌方后，影响范围较大，塌方岩石结构呈块状，塌方体有一定的自稳时间，没有连续掉块；对于这种情况，采用试出渣的方法，在出渣过程中，只要塌方段的空腔出露后，就可停止出渣，然后在空腔里塞进混凝土导管，混凝土导管塞入的范围要保证进行混凝土回填时能浇筑1.5-2m的厚度，这样才能在塌方体上形成一层防护圈；在出露口处，采用沙袋或模板进行封堵，尽快进行混凝土回填；混凝土回填达一定强度后，安排出渣，在出渣时，应边出渣边进行钢制成架设，对于深入设计线以内混凝土，进行小炮解除，保证钢支撑架设后满足隧洞开挖的要求。

③灌浆固结法隧洞岩石塌方后，岩石塌方块体粒径较小，塌方量大，无法确定塌方体的范围，进行少量出渣后，没有出露塌方体空腔；对于这种情况，在塌方体上，隧洞顶拱，打入灌浆钢管，灌浆管的深度一般考虑4-5m左右，进行塌方体灌浆、固结；灌浆前先进行掌支面喷10cm混凝土封闭，然后进行灌浆，灌浆压力可根据实际入浆量的情况确定，先进行试灌，及时调整灌浆压力。灌浆根据灌浆的吸浆量大小，采用间隙或加速凝剂灌浆，快速固结岩石，灌浆结束后，稳定24小时后，进行出渣，出渣时要继续观察，发现问题停止出渣，并继续进行灌浆处理，直至安全通过。

④自进式锚杆灌浆法自进式锚杆是近年来在塌方中采用的一种新方法，它的特点是钻杆入岩石后，锚固岩石，钻杆可作为灌浆管进行灌浆的一种新型锚杆。在塌方体周围打入自进式锚杆，锚杆到位后，通过锚杆进行固结灌浆，以在预定的塌方体周围形成稳固圈，然后进行塌方体的出渣处理。

四、东涌水库工程引水隧洞塌方处理措施东涌水库工程引水隧洞在掘进过程中多次发生塌方。经现场勘察和分析，塌方原因基本都是由于隧洞围岩条件差，为Ⅳ类～Ⅴ类岩及断层破碎带所造成。岩性主要为弱风化~强风化流纹斑岩，局部呈石夹土状，地下水呈滴渗状态；裂隙密集带及断层面有线状流水，节理、层理及裂隙发育，层面交错，风化严重，围岩自稳能力较差，成型很困难。

针对现场塌方大小、围岩状况，实际处理时采取了不同的外理方式。对于小塌方，首先加固塌方体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭塌穴顶部，再进行清渣。对塌方体范围前后原有的支护进行加固，以防止塌方体扩大。在确保安全的前提下，可在塌渣上架设临时支架，稳定顶部，然后清渣，临时支架待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可拆除。

对于大坍方，采取“超前临时支撑法”的方法。在查清塌方体规模大小和塌穴顶位置后，采用管棚法和注浆固结法稳固周围岩体和渣体，待其基本稳定后，按照“先上部后下部”的顺序清除渣体，采取短进尺、弱爆破、早封闭的原则开挖塌方体，并尽快完成衬砌。具体处理方法及步骤：①采用工字钢和大直径钢筋预制钢拱桁架支撑。②加强施工排水。③采用轻型轨道钢或工字钢（可用废旧材料）按一定水平间距沿隧洞设计开挖线以外斜向顶部打入塌方堆积体内，形成顶棚。④采用千斤顶调整轨道钢或工字钢高度，使其大致在隧洞顶拱外弧线上，并用圆木支撑固定。⑤采用预制钢拱桁架支撑替换圆木支撑，用千斤顶进一步调整轨道钢或工字钢高度，使其在钢拱桁架的外弧线上。⑥在临时支护结构的保护下，边挖边撑，将隧洞设计开挖线内的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同时，为了避免前方塌方堆积体发生坍塌，采用钢管、木桩或工字钢等将掌子面塌方堆积体支撑牢固。各个支撑构件，均不侵占衬砌断面，衬砌后不再拆除。⑦随即对隧洞按设计要求进行钢筋混凝土衬砌，每掘进1个衬砌段，尽快立模浇筑混凝土。⑧重复上述操作，循序渐进，逐步推进。⑨在钢筋混凝土强度达到设计强度后，及时进行回填灌浆和固结灌浆，以增强岩体强度和整体性，提高围岩的变形模量和承载能力。

重复上述操作，循序逐步推进，经过约一个月的努力，终于通过了塌方段，完成了施工任务。

五、结语隧洞塌方地段的地质条件差，塌方形成后，围岩更加松软、错乱，会形成更大的山岩压力。因此，加强施工临时支护和衬砌措施具有重要意义。除此之外，应对衬砌以外的空洞和围岩进行加固，进行固结灌浆，力求根治，以免后患。

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