小斷面水工隧洞工程塌方分析及處理措施

李 龍

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

水工隧洞是水利水電工程一項基礎(chǔ)的工程，是為該工程中各項任務(wù)而設(shè)置、建設(shè)的隧洞，用以配合溢洪道宣泄洪水，或引水發(fā)電，或?yàn)楣喔取⑴欧潘畮炷嗌?、供水和航運(yùn)輸水等基礎(chǔ)任務(wù)[1]。在水工隧洞施工中，經(jīng)常出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，特別是在一些地質(zhì)條件較差的地方更是容易發(fā)生。一旦水工隧洞出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，不但會影響施工的順利進(jìn)行，造成經(jīng)濟(jì)損失，還會威脅到施工人員的生命財產(chǎn)安全[2]。因此，在水工隧洞施工中，施工企業(yè)必須采取有效措施預(yù)防塌方現(xiàn)象的出現(xiàn)，如果出現(xiàn)塌方，需細(xì)致分析出現(xiàn)塌方的原因，并及時制定有效的處理方案，以減少塌方現(xiàn)象帶來的各種損失。

1 小斷面水工隧洞工程概述

水工隧洞可用于灌溉、發(fā)電、供水、泄水、輸水、施工導(dǎo)流和通航，是水利工程施工建設(shè)重要的組成部分。所謂的水工隧洞，是指在山體中或者在地下開鑿的過水洞。其中，用于灌溉且水流在洞內(nèi)具有自由水面的水工隧洞，被稱為無壓隧洞，而水流充滿整個隧洞的斷面，使洞壁承受一定水壓力的水工隧洞，則被稱為有壓隧洞。在小型水工隧洞施工中，隧洞線路的設(shè)計和施工必須與水利工程的建設(shè)任務(wù)相適應(yīng)，并根據(jù)該水利工程的地形、工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)、水文等條件選定，線路也應(yīng)力求短而直。

2 小斷面水工隧洞工程塌方的原因

小斷面水工隧洞出現(xiàn)塌方的原因較多，大體上可以分為地質(zhì)環(huán)境因素和人為因素2 個方面。其中，地質(zhì)因素主要是指施工現(xiàn)場存在著不良地層，如巖體松散、斷層破碎帶、膨脹、巖涌、多水以及高壓含水層等[3]。而人為因素則是指在進(jìn)行水工隧洞施工過程中，施工企業(yè)為了節(jié)約施工成本，沒有對施工現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真勘探，設(shè)計的施工方案不合理，過分追求最短的施工洞線，往往會將洞軸線選在埡口的最低處，趁溝進(jìn)洞出洞，而且還存在著“晚進(jìn)洞、早出洞”的行為，導(dǎo)致洞口處開挖深度及洞臉揚(yáng)坡高度的增加，從而無法避開飽和黏土、流沙、堆積層、斷裂和褶皺帶、節(jié)理和裂隙發(fā)育帶、含有各種不利的軟弱結(jié)構(gòu)的圍巖以及溶洞、陷穴等地質(zhì)不良區(qū)域。此外，人為因素還包括施工人員在對不良地質(zhì)地段的隧洞進(jìn)行襯砌時，襯砌的厚度不夠，根本無法滿足承載力的要求，導(dǎo)致完工后的結(jié)構(gòu)無法承受可能出現(xiàn)的山巖壓力，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而引發(fā)塌方現(xiàn)象[4]，嚴(yán)重影響著小斷面水工隧洞施工的質(zhì)量、進(jìn)度和安全。以引洮供水二期工程為例，該工程主體工程施工第63 標(biāo)段從八干渠14#隧洞出口（剛家坪）控制段樁號42+359.95 起，一直到21#隧洞進(jìn)口（塬子坪）控制段樁號61+307.32 止，標(biāo)段渠線長18 947.37 m，共涉及8 個水工隧洞的施工。且第63 標(biāo)段的地貌形態(tài)為新塬和劉寨黃土塬、黃土梁峁，黃土厚度增大，沖溝底多有基巖零星出露，在較大的黃土河川溝道內(nèi)發(fā)育有Ⅰ～Ⅲ級階地。特別是16#～21#隧洞及明渠主要布置在黃土塬及梁峁區(qū)。隧洞圍巖主要為馬蘭黃土（eolQ32）、黃土狀土（plQ31）、離石黃土（plQ2）和新近系砂質(zhì)泥巖。此外，還有部分進(jìn)出口洞段為飽水黃土狀土（plQ31），圍巖穩(wěn)定性較差。在這種地質(zhì)條件下進(jìn)行小斷面水工隧洞工程施工，因施工現(xiàn)場存在著不良地層，極易出現(xiàn)塌方事故。

3 小斷面水工隧洞工程塌方處理措施

在引洮供水二期主體工程施工第63 標(biāo)段隧洞洞室開挖支護(hù)施工中，施工企業(yè)在進(jìn)行小型水工隧洞掘進(jìn)時，根據(jù)圍巖的類別，采用了“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的施工原則[5]，積極推廣并應(yīng)用了國內(nèi)外隧洞施工的新技術(shù)和新工藝，采購了目前國內(nèi)較為先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，使挖、裝、運(yùn)、錨、襯等施工作業(yè)行為實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。而且在施工中還計劃加強(qiáng)了地質(zhì)超前預(yù)報及圍巖量測，采取了超前鉆探孔，用以探明地質(zhì)的情況，分析圍巖的類別，在此基礎(chǔ)上，確定了開挖的方法，并調(diào)整了各項技術(shù)指標(biāo)，確定了支護(hù)的型式。另外，在施工中施工企業(yè)還采用了BJSD-2 型激光隧洞限界檢測收斂儀和NA828 水平儀等先進(jìn)的儀器設(shè)備，對周邊水平收斂和拱頂下沉情況進(jìn)行細(xì)致的量測，然后將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的分析處理，以便于及時反饋信息用于施工指導(dǎo)。

在具體的操作中，施工企業(yè)在土質(zhì)隧洞及軟巖隧洞開挖中主要采用銑挖機(jī)進(jìn)行挖掘，銑挖機(jī)無法開挖時，則采用爆破法進(jìn)行施工，出渣均采用銑挖機(jī)裝渣、自卸車運(yùn)輸。在洞段開挖后，施工企業(yè)及時采用了系統(tǒng)錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片及噴射混凝土進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。支護(hù)措施由外至內(nèi)鋼拱架、錨桿、噴砼、鋼筋網(wǎng)片、補(bǔ)噴。必要時在頂拱180°范圍內(nèi)布置Φ42超前鋼管管棚，導(dǎo)管棚沿洞軸線方向環(huán)向設(shè)置，管棚長3 m，間距300 m，搭接長度不小于1 m。拱架采用I12“工”字鋼，每片拱片兩頭設(shè)法蘭，拱片對接后先用螺栓連接后再焊接，加強(qiáng)段鋼拱架間距為0.5～0.8 m，洞身段加強(qiáng)段鋼拱架間距為0.6～1.0 m，拱架與拱架之間采用連接筋連接，間距1 m,必要時進(jìn)行加密或增設(shè)交叉連接筋[6]。

噴砼總厚度為10 cm，其中，初噴混凝土厚度一般為5 cm，復(fù)噴達(dá)到10 cm，混凝土采用C20 混凝土。在頂拱180°范圍內(nèi)砼噴層中設(shè)置拱直徑Φ6.0@200 的鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片和拱架間的連接采用焊接。土洞段設(shè)置Φ16 掛網(wǎng)錨筋，巖洞段設(shè)置Φ18 水泥基藥卷系統(tǒng)錨桿，掛網(wǎng)錨筋及水泥基藥卷錨桿長1.5 m，錨孔內(nèi)填水泥基藥卷，錨桿間距1.5 m×1.5 m，每排4 根或3 根呈梅花形布置[7]。

考慮到隧洞斷面較小，在供風(fēng)方面配500 P 風(fēng)筒供風(fēng)；在供水方面采用Ф50 鋼管，配管通泵供水，噴錨供風(fēng)采用Ф108 風(fēng)管。隧洞排水根據(jù)實(shí)際滲水量的大小及涌水量配置相應(yīng)功率的水泵及排水鋼管，并且配備2～3 臺相應(yīng)功率水泵備用，水泵的選型上力求型號統(tǒng)一，便于維修和管理，單臺備用水泵原則上不得低于最大排水水泵功率。

4 結(jié)束語

加強(qiáng)小斷面水工隧洞工程管理，對工程出現(xiàn)塌方的原因進(jìn)行分析，并探討小斷面水工隧洞工程塌方現(xiàn)象的處理措施，可有效避免水工隧洞工程施工中出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，確保施工質(zhì)量。