水利工程隧洞施工坍塌的分析及處理

馬冬燕

(山西小浪底引黃工程有限公司，山西 垣曲 043700)

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水利工程隧洞施工坍塌的分析及處理

馬冬燕

(山西小浪底引黃工程有限公司，山西 垣曲 043700)

在水利工程建設(shè)過(guò)程中，由于地形的要求，需要進(jìn)行隧洞施工，隧道施工難度比較大， 施工周期比較長(zhǎng)，對(duì)施工質(zhì)量要求也比較高。文章對(duì)水利工程隧洞施工坍塌的原因進(jìn)行分析，并總結(jié)出一些處理和應(yīng)對(duì)措施。只有找到了導(dǎo)致隧洞坍塌的具體原因，我們才能完善隧洞施工技術(shù)，保證隧洞施工質(zhì)量，減少水利工程隧洞施工的坍塌事故，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

水利工程；隧道施工；坍塌；原因；處理技術(shù)

0 引 言

近幾年由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也越來(lái)越高，工業(yè)生產(chǎn)也需要大量的水資源，雖然我國(guó)國(guó)土面積廣闊，但我國(guó)的水資源分布嚴(yán)重不均，根據(jù)國(guó)家資源局的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)淡水資源僅有28000 億 m3，占全球水資源的6%，我國(guó)人口眾多，人均水資源只有2 300 m3，難以滿足人們生活以及生產(chǎn)性用水，為了解決水資源分布不均，滿足人們的生產(chǎn)生活用水問(wèn)題，開(kāi)展水利工程建設(shè)，南水北調(diào)、三峽水利樞紐工程、葛洲壩水利樞紐工程是我國(guó)比較著名的大型水利工程。在開(kāi)展水利工程建設(shè)過(guò)程中，隧洞是非常重要的建設(shè)環(huán)節(jié)，也為我國(guó)水利工程建設(shè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。尤其是隧洞施工經(jīng)常出現(xiàn)坍塌，給人們?cè)斐删薮蟮纳踩{和財(cái)產(chǎn)損失，為了確保隧洞施工的質(zhì)量安全，我們應(yīng)該根據(jù)施工的具體情況，分析出現(xiàn)坍塌的原因，在制定科學(xué)有效的預(yù)防處理措施。

1 水利工程概述

水利工程是用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達(dá)到除害興利目的而修建的工程。也稱為水工程。水是人類生產(chǎn)和生活必不可少的寶貴資源，但其自然存在的狀態(tài)并不完全符合人類的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪澇災(zāi)害，并進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)和分配，以滿足人民生活和生產(chǎn)對(duì)水資源的需要。水利工程需要修建壩、堤、溢洪道、水閘、進(jìn)水口、渠道、渡漕、筏道、魚(yú)道等不同類型的水工建筑物，以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

2 水利工程隧洞施工研究的意義

在我國(guó)大力開(kāi)展水利工程隧洞建設(shè)過(guò)程中，以及在公路、鐵路、礦山、國(guó)防等項(xiàng)目的建設(shè)施工過(guò)程中，由于受至于地形的影響，或者為了節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)資金，有可能需要開(kāi)挖隧洞，滿足項(xiàng)目的正常建設(shè)，隨之帶來(lái)的是隧洞施工質(zhì)量的穩(wěn)定性以及安全性問(wèn)題，尤其是近幾年以來(lái)，我國(guó)不斷發(fā)生的隧洞坍塌事故，給我國(guó)人民造成了巨大的生命威脅和財(cái)產(chǎn)損失，引起了人們的廣泛關(guān)注。因此本文主要是對(duì)水利工程隧洞施工坍塌的原因進(jìn)行分析，只有找到了導(dǎo)致隧洞坍塌的具體原因，才能完善隧洞施工技術(shù)，保證隧洞施工質(zhì)量，減少水利工程隧洞施工的坍塌事故，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3 我國(guó)水利工程隧洞建設(shè)施工技術(shù)的現(xiàn)狀

3.1 水利工程隧洞施工理念得到轉(zhuǎn)變

對(duì)于水利工程隧洞施工來(lái)說(shuō)，我國(guó)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念認(rèn)為隧洞中的巖石層就可以作為天然的支柱保護(hù)層，不需要再進(jìn)行后期的支撐施工，但隨著科技的不斷進(jìn)步，使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念施工的水利隧洞工程出現(xiàn)的坍塌事故幾率比較多，這也引起了我國(guó)水利工程隧洞施工技術(shù)人員以及管理人員的重視，經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員的研究，以及對(duì)巖石特性的不斷了解，發(fā)現(xiàn)不是所有的巖石都能作為天然承載，在施工時(shí)，需要對(duì)巖石層進(jìn)行科學(xué)分析，充分考慮隧洞工程的整體結(jié)構(gòu)以及受力狀況，然后相應(yīng)地增加鋼架作為支撐性保護(hù)[1]。

3.2 我國(guó)水利工程隧洞施工的平均進(jìn)度

隨著我國(guó)開(kāi)展水利工程以來(lái)，我國(guó)在水利工程隧洞施工事業(yè)上已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)，通過(guò)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在水利工程隧洞施工的進(jìn)度上能達(dá)到每月開(kāi)挖180～200m(隧洞斷面10～20 m2)，有些水利工程隧洞施工精度能夠達(dá)到月速度280m，比世界平均水平還要快，這說(shuō)明我國(guó)隧洞施工技術(shù)已經(jīng)位居世界前列。

3.3 先進(jìn)技術(shù)在水利工程隧洞施工中的普及和應(yīng)用

掘進(jìn)機(jī)是當(dāng)前隧洞施工中比較先機(jī)的技術(shù)，而我國(guó)已經(jīng)在不同的隧洞施工中使用了掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行挖掘，比如在引大入秦、引灤入津、天生橋二級(jí)工程中的應(yīng)用，其次還有預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌技術(shù)、隧洞圍巖高壓固結(jié)灌漿技術(shù)、高速水流隧洞襯砌抗沖蝕技術(shù)、隧洞消能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和普及，極大地提升了我國(guó)水利工程隧洞施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量，對(duì)于水利工程施工難度的降低、節(jié)約施工成本、提高施工技術(shù)也具有非常重要的意義和作用[2]。

4 水利工程隧洞施工坍塌的原因分析

4.1 地質(zhì)勘查資料與工程實(shí)際施工技術(shù)不符

我們都知道，在進(jìn)行水利工程隧洞施工前，都需要對(duì)施工地點(diǎn)的地質(zhì)進(jìn)行勘察，分析地質(zhì)的巖石層，然后采取符合該地質(zhì)的施工技術(shù)，如果對(duì)地質(zhì)勘查資料不清，沒(méi)有進(jìn)行有效的施工論證，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的預(yù)防處理措施也會(huì)失效，這樣及易導(dǎo)致隧洞坍塌事故發(fā)生。比如金佛山水利工程孫隧洞坍塌事故，重慶市南川金佛山水利工程的主要任務(wù)是農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)居民及工礦企業(yè)供水，并兼有發(fā)電等綜合利用功能。工程建設(shè)內(nèi)容包括樞紐工程、灌區(qū)工程、發(fā)電工程。樞紐工程由水庫(kù)大壩、溢洪道、灌溉取水建筑物組成，水庫(kù)正常蓄水位836.00m、相應(yīng)庫(kù)容9 614.6 萬(wàn) m3，水庫(kù)總庫(kù)容1.03 億 m3。6月13日14時(shí)41分，南川金佛山水利工程大壩左岸隧洞山體突然崩塌，崩塌量約6 萬(wàn) m3。事故發(fā)生后經(jīng)過(guò)有關(guān)專家分析，坍塌事故發(fā)生的主要原因是施工前對(duì)地質(zhì)勘察資料與施工技術(shù)不符，沒(méi)有對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)行詳細(xì)的匯總分析，對(duì)施工技術(shù)也沒(méi)有科學(xué)規(guī)劃，再加上頁(yè)巖本身薄度和強(qiáng)度都較低，節(jié)理有裂隙，容易形成大的塌方冒頂。節(jié)理夾層風(fēng)蝕下逐漸被軟化形變，圍巖受力環(huán)境遭破壞而致坍塌。

4.2 隧洞開(kāi)挖技術(shù)和方式不當(dāng)

在水利工程隧洞施工過(guò)程中，隧洞的開(kāi)挖方式主要有兩種，一種是全斷面開(kāi)挖法，另一種是導(dǎo)洞開(kāi)挖法。我們?cè)谶M(jìn)行隧洞開(kāi)挖過(guò)程中，一定要根據(jù)施工的具體情況合理選擇開(kāi)挖方式，對(duì)于開(kāi)挖技術(shù)也要進(jìn)行合理分析，在保證施工質(zhì)量的前提下，合理有效的開(kāi)展挖掘施工技術(shù)。

如果不能采取使用正確的開(kāi)挖技術(shù)，就會(huì)容易引起巖石層斷裂、欠挖等問(wèn)題，最終導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。比如卡魯瑪水電站發(fā)生的隧洞坍塌事故，發(fā)生事故的主要原因是因?yàn)樵谑┕で皼](méi)有合理設(shè)計(jì)開(kāi)挖技術(shù)和方式，導(dǎo)致巖石層斷裂， 最終發(fā)生坍塌事故。

4.3 設(shè)計(jì)施工不合理造成塌發(fā)事故

設(shè)計(jì)施工不合理造成的塌發(fā)事故發(fā)生率比較大， 主要原因有很多因素，比如地址勘查資料不符合實(shí)際的地質(zhì)情況，造成設(shè)計(jì)人員對(duì)施工方式的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)，另外在施工中施工材料的選擇和供應(yīng)問(wèn)題也是主要原因，如果選擇的施工材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)也會(huì)造成坍塌事故的發(fā)生，比如馬埡口水利工程隧洞坍塌事故，主要是因?yàn)樗淼赖刭|(zhì)勘察不夠詳盡，使得地質(zhì)資料提供的塌方段的地質(zhì)條件與實(shí)際相差較大，圍巖級(jí)別劃分不準(zhǔn)確，致使設(shè)計(jì)者對(duì)馬埡口隧道塌方段的區(qū)域地質(zhì)情況了解不夠清晰，對(duì)可能遭遇的塌方災(zāi)害缺乏思想準(zhǔn)備和相應(yīng)的技術(shù)措施，設(shè)計(jì)的安全支護(hù)參數(shù)過(guò)小。

本次馬埡口隧道 YK34+610-YK34+670塌方段原設(shè)計(jì)為 IV 級(jí)圍巖，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)變形較大，從而進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，按 V 級(jí)圍巖 S5b 型襯砌斷面進(jìn)行施工并對(duì)支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)。事后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查塌方區(qū)附近的圍巖強(qiáng)度和巖體富水情況以及節(jié)理裂隙發(fā)育程度，判定本段圍巖為 V 級(jí)甚至更差。顯然原設(shè)計(jì)的支護(hù)強(qiáng)度根本不能滿足圍巖的實(shí)際變形需要，存在著較大的安全隱患。

5 水利工程隧洞施工坍塌的處理措施

5.1 認(rèn)證做好地質(zhì)勘查工作

地質(zhì)勘察工作是水利工程隧洞施工的前期準(zhǔn)備，對(duì)隧洞施工安全質(zhì)量起著重要的影響作用，因此一定要做好地址勘查工作，在勘察過(guò)程中要深入的全方位進(jìn)行調(diào)查，對(duì)地質(zhì)情況以及水文做到全面了解，要認(rèn)證分析隧洞穿越山谷、山體以及溝谷的情況，對(duì)可能發(fā)生坍塌事故的地段要盡最大能力去了解和掌握巖石層結(jié)構(gòu)，同時(shí)也要盡量避開(kāi)斷層、軟弱破碎帶、地下水、溶洞等不良地質(zhì)段。

5.2 做好工程設(shè)計(jì)工作，控制施工成本

在項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)過(guò)程中，工程的施工設(shè)計(jì)與成本控制對(duì)隧洞建設(shè)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，對(duì)于前期的設(shè)計(jì)，一定要仔細(xì)分析施工地質(zhì)情況，同時(shí)制定出現(xiàn)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)坍塌事故的地點(diǎn)，要及時(shí)對(duì)未坍塌的地方進(jìn)行加固，防止側(cè)壁不穩(wěn)導(dǎo)致整體坍塌，避免出現(xiàn)坍塌事故蔓延。

5.3 合理選擇開(kāi)挖方式和技術(shù)

目前，我國(guó)主要有兩種隧洞開(kāi)挖技術(shù)，全斷面開(kāi)挖發(fā)適用于圍巖情況較為良好的隧洞中，如果圍巖的質(zhì)地較硬，可采取鉆爆的方式形成隧洞，然后再進(jìn)行必要的支護(hù)施工。以及導(dǎo)洞開(kāi)挖法，這種開(kāi)挖技術(shù)與全斷面開(kāi)挖的不同之處主要為，首先需要在隧洞的斷面上實(shí)施開(kāi)挖，然后根據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案確定導(dǎo)洞的具體尺寸與形狀。我們一定要根據(jù)施工實(shí)際情況，合理選擇開(kāi)挖方式和方法。

6 結(jié) 語(yǔ)

水利工程是我國(guó)為了滿足人們生產(chǎn)生活性用水開(kāi)展的項(xiàng)目，是集經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益為一體的綜合性工程，在水利工程隧洞施工過(guò)程中，引起坍塌事故的原因有很多，因此，為了保障施工質(zhì)量，避免發(fā)生坍塌事故，我們應(yīng)該充分考慮所有影響因素，制定科學(xué)有效的預(yù)防和處理措施，合理選擇施工技術(shù)，通過(guò)大家的共同努力來(lái)提高水利工程隧洞的施工質(zhì)量。

[1]達(dá)瓦.淺談水利水電工程引水隧洞超前預(yù)報(bào)及塌方處理[J].西部探礦工程，2007(11)：36-38.

[2]楊權(quán).水庫(kù)輸水隧洞施工突發(fā)涌水的預(yù)防及搶險(xiǎn)案例分析[J].黑龍江水利，2016(03)：101-105.

2016-08-26

馬冬燕(1978- )，男，山西絳縣人，工程師。

1007-7596(2016)09-0123-02

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