留核心土法和分部分層開挖法在隧洞塌方處理中的應(yīng)用

江建國 吳靜

摘 要：選擇合理的施工方案，是大斷面隧洞塌方處理施工成敗的關(guān)鍵。筆者結(jié)合某水電站導(dǎo)流洞工程塌方處理工程實(shí)例，說明采用留核心土法和分部分層開挖法進(jìn)行隧洞塌方處理是行之有效的方法。

關(guān)鍵詞：隧洞；塌方處理；留核心土法；分部分層開挖法

引言

塌方是隧洞開挖施工中常見的現(xiàn)象，然而，如何根據(jù)各工程的客觀施工條件和地質(zhì)條件，制定出合理的塌方處理方案卻是一個(gè)艱難的抉擇過程。

地下洞室常見的開挖方法有全斷面開挖法、短臺階開挖法、長臺階或分層開挖法、導(dǎo)洞超前法、留核心土法和分部分層開挖法等，然而在面對隧洞塌方處理時(shí)，大部分開挖方法卻無能為力。多數(shù)塌方處理所面對的就是破碎松散的巖石和泥土的混合塌方體，自穩(wěn)條件和應(yīng)力承受能力極差，開挖時(shí)掌子面極易出現(xiàn)反塌現(xiàn)象，甚至?xí)蚍此T發(fā)新的塌方。一般情況下，采用留核心土法和分部分層開挖法配合相關(guān)支護(hù)措施進(jìn)行塌方處理，能夠輕松解決上述難題。

1 留核心土法

1.1 留核心土法

在隧洞開挖（塌方處理）過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線先采用人工撬挖或手風(fēng)鉆鉆爆方法，將結(jié)構(gòu)線以內(nèi)一定范圍內(nèi)的圍巖挖出，隨即采取相應(yīng)支護(hù)措施對已開挖形成的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)，留下掌子面剩余未開挖的圍巖，始終保持開挖（塌方處理）掌子面核心土具有一定長度（施工中一般取0.6D）的施工方法。在施工過程中，開挖范圍和留核心土范圍的大小，應(yīng)該根據(jù)施工作業(yè)條件合適選擇，開挖范圍太小會影響開挖和支護(hù)作業(yè)，太大會失去留核心土的意義。

1.2 留核心土法的優(yōu)缺點(diǎn)

留核心土法的優(yōu)點(diǎn)：留核心土法可以減小掌子面開挖所產(chǎn)生的臨空面，利用核心土的自穩(wěn)作用可以承受部分掌子面的土壓力，限制掌子面變形，有效防止掌子面出現(xiàn)反塌。同時(shí)在施工過程中，施工人員可以利用核心土作為施工作業(yè)平臺，方便施工作業(yè)。另外，此法對施工安全極為有利。

留核心土法的缺點(diǎn)：留核心土法施工工序較其它方法復(fù)雜，有時(shí)掌子面作業(yè)空間狹小，影響工程施工進(jìn)度，同時(shí)施工成本高。

2 分部分層開挖法

2.1 分部分層開挖法

在隧洞開挖（塌方處理）施工時(shí)，根據(jù)施工需要將隧洞分成幾個(gè)層次進(jìn)行開挖，同時(shí)在同一開挖層次當(dāng)中又將開挖斷面分成幾個(gè)部分先后開挖施工的方法；也可說此法就是根據(jù)工程施工需要將隧洞“化整為零、順序開挖、依次支護(hù)”的施工方法。

2.2 分部分層開挖法的優(yōu)缺點(diǎn)

分部分層開挖法的優(yōu)點(diǎn)：減少一次開挖方量和跨度，增大施工過程圍巖的穩(wěn)定性，也可部分避免塌方的可能和安全事故，同時(shí)分層開挖還可以適當(dāng)增加施工工作面。分部分層開挖法的缺點(diǎn)：施工工序復(fù)雜，進(jìn)度緩慢，成本較高。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某水電站工程在左岸建設(shè)一條導(dǎo)流洞，導(dǎo)流洞按有壓流設(shè)計(jì)，進(jìn)口底板高程562m，出口底板高程557m，洞長543.145m，底坡0.92%。導(dǎo)流洞斷面型式為城門洞形，過水?dāng)嗝娉叽鐬?m×13m（寬×高），中心角120°。

3.2 塌方情況及地質(zhì)條件

該導(dǎo)流洞工程在施工過程中出現(xiàn)過多次塌方，其中導(dǎo)0+455.355m～0+492.7m段塌方最嚴(yán)重，塌方前整個(gè)導(dǎo)流洞開挖上層已經(jīng)貫通，導(dǎo)0+468m～0+490m中層和導(dǎo)0+470m～0+485m下層已經(jīng)開挖完成。塌方首先是導(dǎo)0+480m左邊墻腰線出現(xiàn)裂縫，隨后左邊墻垮塌帶動洞頂開始塌方，最后引發(fā)長達(dá)37m的洞段全斷面塌方。塌方后，導(dǎo)流洞出口邊坡EL610m～EL650m坡面大部明顯下沉，支護(hù)噴砼出現(xiàn)大量裂縫，據(jù)觀察為“冒頂式”塌方，邊坡變形一周后漸趨穩(wěn)定。

塌方洞段垂直埋深30m～75m，圍巖為T3l-7層，以泥質(zhì)巖為主，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，主要受發(fā)育斷層F12和F20影響，層間擠壓強(qiáng)烈，有泥化現(xiàn)象，少量灰黑色炭質(zhì)、含炭質(zhì)泥巖。節(jié)理發(fā)育，巖體完整性差，以碎裂～鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)為主，弱風(fēng)化～新鮮。洞段處于地下水位以下，圍巖為不穩(wěn)定～極不穩(wěn)定的Ⅳ類～Ⅴ類圍巖。

3.3 塌方處理方案

塌方后，首先用水泥砂漿或粘土封閉邊坡出現(xiàn)的裂縫，防止外水內(nèi)滲，以免塌方繼續(xù)惡化。洞身塌方處理方案如下：

（1）采取強(qiáng)支護(hù)措施加固塌方影響段，封閉塌方掌子面，對頂拱灌漿固結(jié)。

（2）采用留核心土法進(jìn)行上層開挖，同時(shí)用注漿管棚、“工字鋼”支撐和掛網(wǎng)噴砼強(qiáng)支護(hù)。

（3）上層每開挖進(jìn)尺2m～3m，對掌子面后已開挖形成頂拱進(jìn)行深孔（孔深6m）注漿，盡量使頂拱形成拱圈，以便中、下層正常開挖。

（4）中、下層開挖采用分部分層法施工，同層內(nèi)先開挖中槽，預(yù)留兩側(cè)邊墻1m～1.5m，預(yù)留邊墻開挖及支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)施工。

3.4 塌方處理施工

根據(jù)制定的塌方處理方案，塌方處理正常施工過程如下：（1）采用人工撬挖或手風(fēng)鉆淺孔小藥量爆破，挖出上層頂拱及邊墻開挖結(jié)構(gòu)線約2m范圍的塌方體，留下中間核心土部分，待形成完整的結(jié)構(gòu)面以后進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)和注漿。循環(huán)施工，直至上層開挖貫通。（2）當(dāng)核心土長度超過4m～5m時(shí)，將多余部分挖出，以方便施工。（3）中、下層開挖采用分部分層開挖法施工，即首先進(jìn)行除兩側(cè)邊墻1m～1.5m范圍外的圍巖鉆爆挖出，然后采用人工撬挖或小藥量鉆爆清除剩余結(jié)構(gòu)線內(nèi)圍巖，及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)。（4）中槽和邊墻開挖工作面間隔6m左右；同時(shí)左右邊墻開挖支護(hù)交替進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺2m～3m。

3.5 塌方段處理施工過程（如圖所示）

4 結(jié)束語

（1）經(jīng)過實(shí)踐證明，該電站導(dǎo)流洞工程采用留核心土法和分部分層開挖法進(jìn)行塌方處理是正確的，工程施工進(jìn)展順利。（2）留核心土法在塌方處理過程中，能有效防止掌子面反塌，對工程進(jìn)展和施工安全極為有利。（3）分部分層開挖法在處理大斷面隧洞塌方時(shí)，能很好利用圍巖自穩(wěn)時(shí)間，有效解決支護(hù)不及時(shí)問題。（4）留核心土法和分部分層開挖法施工工序復(fù)雜，影響施工進(jìn)度，也會增加施工成本。（5）采用分部分層開挖法施工時(shí)，隧洞邊墻的支護(hù)可能在分層線附近形成薄弱區(qū)域，同時(shí)左右支護(hù)施工交替進(jìn)行，導(dǎo)致支護(hù)斷面應(yīng)力多次調(diào)整，可能影響支護(hù)效果，需多加留意。

參考文獻(xiàn)

[1]《水利水電工程施工手冊》編委會.水利水電工程施工手冊-土石方工程[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]曾有孝.軟巖隧洞典型開挖方法及塌方處理措施[J].水電站設(shè)計(jì)，2006，22（3）：94-98.

[3]郭桃明，等.核心土對軟弱圍巖隧道掌子面穩(wěn)定性的影響[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，26（6）：34-37.

作者簡介：江建國，男，國電云南阿墨江發(fā)電有限公司，碩士研究生。