引大濟(jì)湟工程小斷面隧洞遇不良地質(zhì)的塌方處理

貟天龍

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

水工隧道建設(shè)階段在地形、地質(zhì)及空間等諸多條件的束縛下，表現(xiàn)出施工難度高、工期漫長等特征。近些年，水利工程建設(shè)在技術(shù)層面上有所突破，隧道施工階段也歸納了很多先進(jìn)方法與實用經(jīng)驗。但在不良地質(zhì)條件下，若水工隧道施工階段發(fā)生塌方現(xiàn)象，一方面擾亂實施進(jìn)度計劃；另一方面可能危及相關(guān)人員的生命安全，有效處理水工隧洞施工進(jìn)程中的塌方問題，是保證工程建設(shè)質(zhì)量和施工安全的重要基礎(chǔ)。

1 工程概況

引大濟(jì)湟工程經(jīng)由調(diào)水總干渠逾越大坂山入黑泉水庫，該項工程有效解決了湟水兩岸山區(qū)和干流水資源供應(yīng)不足的現(xiàn)實問題。工程分3期實施：一期為黑泉水庫、北干渠一期；二期為調(diào)水總干渠、北干渠二期、石頭峽水庫；三期為西干渠。北干渠扶貧灌溉二期屬于續(xù)建配套設(shè)施，作用以為城鎮(zhèn)居民提供日常生活、農(nóng)田灌溉用水為主，工程調(diào)控面積2.67萬hm2，農(nóng)田灌溉2.45萬hm2，林區(qū)灌溉0.21萬hm2。項目區(qū)域設(shè)置了2條分干渠、18條支渠、7條干斗及農(nóng)田配套設(shè)施等。三分干渠長41.8 km，明暗渠、隧洞、倒虹及渡槽對應(yīng)的長度依次為0.26 km、35.0 km、3.6 km、1.71 km。

2 小斷面隧洞施工階段塌方事故成因

2.1 地質(zhì)條件

首先，巖體松散層內(nèi)黏土、壤土、濕陷性黃土等含水已抵達(dá)飽和狀態(tài)，促進(jìn)了自體不穩(wěn)定性形成過程；褶皺帶和斷裂帶內(nèi)含有破碎、松軟結(jié)構(gòu)面等諸多劣質(zhì)圍巖；陷穴、巖溶溶洞及暗河等均屬于不良土質(zhì)，若隧洞施工建設(shè)階段穿越以上地帶，則會明顯增加塌方事故發(fā)生的風(fēng)險。其次，受地形、地貌等多種客觀因素的約束，若隧道工程臨近山區(qū)、河谷時，促進(jìn)了塌方情況的發(fā)生、發(fā)展過程。最后，國內(nèi)水工隧道建設(shè)階段為符合功能性的設(shè)計要求，通常要穿越地下水富足區(qū)域，因地下水水壓長期處于較高水平，地下水源不斷流至洞室，長此以往，降低了斷層結(jié)構(gòu)帶內(nèi)填充物及破碎型巖石的儲有量，誘發(fā)塌方事故[1]。

2.2 勘測、設(shè)計不到位

目前國內(nèi)基本上以長線狀布設(shè)水工隧道，施工條件惡劣、交通不暢通，現(xiàn)場勘測設(shè)計工作難度相應(yīng)增加具體設(shè)計階段，建設(shè)方通常會綜合分析成本投入、氣候條件及設(shè)備設(shè)施配置等多種因素，可能對洞線安穩(wěn)性形成負(fù)面影響的斷層、富水、破碎等諸多不良地質(zhì)勘測不到位，不利于完善隧洞工程設(shè)計圖內(nèi)容。

工程施工線路選擇欠缺合理性，外加諸多不良地質(zhì)因素，雙重作用下增加土方挖掘等工序運作期間塌方狀況發(fā)生的概率[2]。部分施工單位規(guī)劃小斷面隧洞軸線環(huán)節(jié)可能沒有確立規(guī)避不良區(qū)段的意識，甚至為壓縮造價不斷減縮洞軸線長，將洞軸線選定于山體埡口最底部的工況并不少見，若該位置排水系統(tǒng)運行不暢，則會引起大量積水聚集情況，相繼誘導(dǎo)進(jìn)出洞口建設(shè)階段塌方事件的形成過程。

2.3 支護(hù)等施工方法欠妥當(dāng)

很多施工單位為提前完工，會選用強(qiáng)爆破或爆破處理，若以上工序中炸藥投入量過多，將會誘導(dǎo)爆破階段形成劇烈震動，可能發(fā)生塌方。故而，隧洞爆破階段應(yīng)合理調(diào)控爆破參數(shù)或?qū)嵤┤醣品ā?/p>

針對穩(wěn)定性極低的圍巖，挖掘階段支護(hù)操作缺乏時效性，造成圍巖在較長時間內(nèi)裸露，在山體滲流、風(fēng)化等諸多不利因素作用下，山體塌方概率相應(yīng)增加。另外，受限于施工人員的技術(shù)水平，導(dǎo)致支護(hù)方位不正確、支護(hù)構(gòu)件強(qiáng)度和設(shè)計要求存在出入等，均是隧洞塌方的常見因素。

3 塌方的處理方法

3.1 強(qiáng)風(fēng)化帶和煤層帶塌方

眾所周知，強(qiáng)風(fēng)化帶、煤層帶地層穩(wěn)定程度偏低，是塌方事件的高發(fā)區(qū)。若隧洞施工階段遇到以上區(qū)段，則應(yīng)加強(qiáng)塌方事故的防控。施工人員以最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度參與作業(yè)，推行邊掘進(jìn)邊支護(hù)的方法，維護(hù)隧洞圍巖的相對穩(wěn)定性。為將開挖階段隧洞塌方概率降至最低，建議上半洞挖掘在先，配合使用支護(hù)方案；下半洞挖掘隨后，并要求工人循序漸進(jìn)推行上下洞支護(hù)銜接方法[3]。

3.2 平洞挖掘砂土層時的冒頂塌方

砂土層安穩(wěn)性極為微弱，冒頂塌方發(fā)生概率很高。應(yīng)立足于工程實際，判斷邊掘進(jìn)邊襯砌法的適用性，保證掘進(jìn)作業(yè)平穩(wěn)、連續(xù)推進(jìn)，聯(lián)合使用花拱架裝置對襯砌鋼筋實施加密處理，一方面有利于協(xié)助施工單位壓縮支護(hù)成本；另一方面較明顯強(qiáng)化了隧洞圍巖的安穩(wěn)性。建議在砂土邊坡的外表層依照1.5 m間距鋪設(shè)縱向、橫向鋼筋，以上所提及的縱、橫向鋼筋均要敷設(shè)在砂土層中，且要對其交叉位點實施焊接處理形成鋼筋網(wǎng)，焊接鋼筋網(wǎng)與鄰近混凝土基樁上鋼筋構(gòu)件。

3.3 砂土層豎井開挖時的塌方

挖掘砂土層階段會形成較多煙塵，挖掘豎井的宗旨在于快速疏散煙塵。挖掘豎井階段塌方問題也難以完全規(guī)避，建議施工單位嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)采用沉管技術(shù)，借此方式維持豎井構(gòu)造的安穩(wěn)性，降低塌方的風(fēng)險[4]。

3.4 小塌方

首先，科學(xué)選用塌方支撐。水工隧道建設(shè)階段，若塌方量偏低，山體施加的壓力也偏低，即為小塌方。為減少塌方處理階段資金投入量，通常推薦施工單位選用鋼結(jié)構(gòu)作支撐。也可采用木材支撐，木材有質(zhì)輕、搭設(shè)流程較簡易等諸多特征，通常能對塌方區(qū)起到較強(qiáng)的支撐作用[5]。

其次，針對塌方以后的支撐搭設(shè)。簡易選用門框式支撐，該類支撐物的構(gòu)成以立柱、底梁、頂梁等為主，選用三節(jié)架設(shè)法通常能取得預(yù)期的支撐效果。

最后，清渣處理。開展殘渣清除作業(yè)前期，一定要檢查塌方支護(hù)的安穩(wěn)性，只有專業(yè)技術(shù)人員前往工程現(xiàn)場并確定支護(hù)穩(wěn)定安全后，方可指派相關(guān)人員進(jìn)行清渣。

3.5 大塌方或冒頂?shù)奶幚?/h3>

若隧洞開挖階段塌方量較大或冒頂現(xiàn)象嚴(yán)重，則應(yīng)立即暫停冒頂部位的出渣工序，規(guī)避塌方面積拓大，且指派工人清除洞口滯留的殘渣，利用工字鋼予以支護(hù)。于拱架頂端，以10 cm設(shè)為間距打進(jìn)1 m長的錨桿（ф螺紋鋼，一側(cè)被削尖），筆者認(rèn)為鋼拱架支護(hù)要和錨桿、噴射混凝土鋼筋緊湊相連，錨桿間距錯四對六安置，眼深2.0 m，眼孔內(nèi)徑≤38 mm，并和兩幫成角為90°，選用藥卷和管縫錨桿予以灌注；要求借助吊車力量安裝鋼拱，與人工密切配合，指派專人統(tǒng)一指揮，確保螺栓緊固可靠、齊全。出渣持續(xù)推進(jìn)50 cm后再安置“工”字鋼拱架進(jìn)行支撐，在豎直方向施以焊接處理，保證錨桿、管棚組建為一體；施工作業(yè)向前推進(jìn)4 m后制作鋼筋混凝土襯砌；加強(qiáng)工程量的監(jiān)測，持續(xù)推進(jìn)各項工序。

4 結(jié)束語

小斷面輸水隧洞施工階段，施工單位一定要重視預(yù)防塌方事故，結(jié)合工程實況，科學(xué)設(shè)定爆破位點并調(diào)控裝藥量，保證支護(hù)、襯砌施工的時效性與精確度。若挖掘階段發(fā)生了塌方事故，則應(yīng)綜合多項因素分析成因，結(jié)合地質(zhì)及地形分布狀況，及時處置，規(guī)避塌方面積拓大，確保水工隧洞施工作業(yè)持續(xù)、安全、穩(wěn)定進(jìn)行。