芻議小型水工隧洞塌方原因及處理措施
　　王友科
　　貴州省平塘縣水利局貴州平塘558300
　　摘要：本文分析了小型水工隧洞施工中常遇到的塌方原因。并提出了塌方的預(yù)防和處理措施。
　　關(guān)鍵詞：小型水工隧洞；塌方；原因；措施；施工
　　小型水工隧洞斷面通常都比較小，一般均采用全斷面掘進(jìn)法進(jìn)行開挖。對(duì)于圍巖石質(zhì)堅(jiān)硬、完整的圍巖，成洞一般不會(huì)有什么問題。但在地質(zhì)條件較差的洞段，如隧洞進(jìn)出口段，圍巖自身穩(wěn)定性差，隧洞成型較困難，在工程施工中常不可避免的發(fā)生不同程度的隧洞塌方。本文結(jié)合一些小型水庫(kù)引水隧洞出現(xiàn)的一些常見問題，提出一些勘察設(shè)計(jì)、施工組織及工程處理措施建議，為以后類似工程的施工提供一些借鑒。
　　2塌方原因分析
　　小型水利工程隧洞施工中發(fā)生塌方的原因很多，根據(jù)小型水工隧洞的設(shè)計(jì)、施工條件并結(jié)合小型水工隧洞施工中發(fā)生塌方事故實(shí)例進(jìn)行分析，塌方原因主要為以下幾個(gè)方面：
　　2．1勘察設(shè)計(jì)原因
　　2．1．1地質(zhì)勘探深度不夠，勘察資料不全。對(duì)可能出現(xiàn)的塌方，沒有相應(yīng)的預(yù)防處理技術(shù)措施。一旦遇到軟弱、破碎帶地層，不能及時(shí)處理，往往造成塌方。我縣現(xiàn)正在進(jìn)行的水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，由于時(shí)間緊，很多隧洞方案都沒有來得及進(jìn)行詳細(xì)的勘探，便進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工。由于地質(zhì)情況不明，水工設(shè)計(jì)人員進(jìn)行隧洞設(shè)計(jì)時(shí)，往往不能避開如斷裂破碎帶、褶皺帶，節(jié)理、裂隙密集發(fā)育帶、含有各種不利的軟弱結(jié)構(gòu)的圍巖以及強(qiáng)巖溶發(fā)育等不良地質(zhì)帶。當(dāng)隧洞穿越不穩(wěn)定地層時(shí)，很容易發(fā)生塌方事故。
　　2．1．2設(shè)計(jì)時(shí)洞線選擇不合理，為了節(jié)約工程投資，過分追求較短的洞線。對(duì)潛在的地質(zhì)和施工的不利因素考慮不周全，往往在隧洞進(jìn)出口洞臉施工時(shí)就發(fā)生塌方。
　　2．2施工原因
　　施工方法不當(dāng)也是塌方的重要原因之一。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：(1)施工準(zhǔn)備不充分，對(duì)在施工中可能遇到的不良地質(zhì)條件估計(jì)不足，為節(jié)省費(fèi)用存在僥幸心理。對(duì)穩(wěn)定性較差的圍巖，開挖后沒有及時(shí)支護(hù)襯砌，圍巖長(zhǎng)期暴露，往往在進(jìn)洞不久即出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。如某小型水庫(kù)，隧洞圍巖為泥巖，隧洞開挖中基本能成洞，沒有引起施工單位的重視，沒有及時(shí)支護(hù)，結(jié)果不久便出現(xiàn)局部塌方現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察分析，是由于泥巖在長(zhǎng)時(shí)間暴露后，往往會(huì)失水開裂，造成圍巖穩(wěn)定性迅速降低，產(chǎn)生坍方。(2)開挖爆破時(shí)，爆破方式不當(dāng)，裝藥過多，因強(qiáng)烈震動(dòng)引發(fā)塌方。這在隧洞施工初期出現(xiàn)的情況較多。在改進(jìn)爆破施工方法后，一般都能避免隧洞嚴(yán)重塌方事故。(3)支撐結(jié)構(gòu)不合理，支撐構(gòu)件強(qiáng)度底，或支撐的位置和高程不當(dāng)，也會(huì)引起塌方或二次塌方。如某小型水庫(kù)，隧洞圍巖為泥巖夾薄層砂巖。褶皺構(gòu)造強(qiáng)烈，以Ⅳ類圍巖為主，穩(wěn)定性極差。施工時(shí)采用了圓木支撐。不久，由于圍巖變形，局部支撐圓木出現(xiàn)斷裂、移位現(xiàn)象。后及時(shí)改用鋼結(jié)構(gòu)支撐，采避免了事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。(4)施工安排不當(dāng)，沒有對(duì)隧洞及時(shí)襯砌。當(dāng)遇到長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)降雨等惡劣天氣時(shí)，圍巖會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于飽和狀態(tài)，地質(zhì)條件迅速惡化。對(duì)于圍巖屬軟質(zhì)巖石(如泥巖等)、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育較強(qiáng)烈的洞段，圍巖穩(wěn)定性大大降低，極易引起塌方。如我縣某水庫(kù)，圍巖屬泥巖夾少量薄層砂巖，節(jié)理較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較差。由于在枯水期施工，隧洞塌方不明顯，沒有引起施工方重視，及時(shí)安排對(duì)隧洞進(jìn)行襯砌。結(jié)果在經(jīng)過7—8月份的雨季后，隧洞進(jìn)口段出現(xiàn)了塌方冒頂現(xiàn)象，增加了工程處理費(fèi)用。
　　3塌方預(yù)防和處理措施
　　3．1塌方預(yù)防措施
　　針對(duì)在小型水利水電工程隧洞施工中常見的問題，只要我們?cè)诳辈煸O(shè)計(jì)、施工組織中堅(jiān)持以預(yù)防為主的原則，認(rèn)真搞好預(yù)防工作，就能將塌方的幾率大大降低。即使出現(xiàn)塌方事故時(shí)，也能及時(shí)有效地采取應(yīng)對(duì)措施，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)防隧洞塌方，可從以下幾方面著手：
　　首先，認(rèn)真搞好勘測(cè)設(shè)計(jì)。地質(zhì)勘察成果是隧洞丁程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)盡可能采用地質(zhì)測(cè)繪、鉆探、物探等多種手段，查明隧洞所在區(qū)域的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征。洞線的選擇應(yīng)對(duì)隧洞穿越埡口、溝谷和山體認(rèn)真分析，盡可能全面掌握所有可能發(fā)生塌方的不良地質(zhì)情況。選擇洞線時(shí)，盡量避開沖溝、斷層、巖溶強(qiáng)烈發(fā)育帶、地下水活動(dòng)強(qiáng)烈和等不良地質(zhì)帶。若無法避免時(shí)，應(yīng)充分考慮到施工中可能出現(xiàn)的塌方、冒水等事故，認(rèn)真做好施工組織設(shè)計(jì)工作，事先考慮好相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施及施丁方法。以便指導(dǎo)隧洞施工。其次，勘察設(shè)計(jì)單位應(yīng)與施工單位進(jìn)行充分溝通。根據(jù)隧洞的地質(zhì)條件，共同探討合理的施工方法和防塌技術(shù)措施，施工前應(yīng)備足必要的材料和工具。對(duì)于小型水工隧洞，一般情況下，防塌措施主要有：搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破開挖技術(shù)、合理掌握開挖進(jìn)度、加強(qiáng)支撐和及時(shí)襯砌等。再次，在施工過程中應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生塌方的種種預(yù)兆，及時(shí)采取工程技術(shù)措施，防止塌方事故的發(fā)生。
　　3．2塌方處理措施
　　雖然我們強(qiáng)調(diào)以預(yù)防為主，但在實(shí)際施工中，出現(xiàn)塌方的情況是難以避免的。小型水工隧洞一般洞徑不大，塌方一般以小塌方居多。塌方產(chǎn)生后大多在較長(zhǎng)的時(shí)問內(nèi)不再發(fā)展或基本停止，人員有可能進(jìn)入塌穴觀察和處理。但在地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是石巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的地段，往往會(huì)出現(xiàn)涌水、冒頂?shù)葒?yán)重塌方事故，對(duì)安全施工威脅很大。無論是何種塌方，我們都應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，并根據(jù)塌方的實(shí)際情況制定相應(yīng)的塌方處理技術(shù)措施。在塌方事故發(fā)生后，及時(shí)采取正確處理方法，能將事故對(duì)工程施工影響降低到最小。反之，則有可能將事故擴(kuò)大，以至于造成難以收拾的局面。
　　當(dāng)出現(xiàn)塌方預(yù)兆或塌方事故的發(fā)生，首先應(yīng)及時(shí)撤離施工人員，并對(duì)塌方原因做出初步判斷。對(duì)于小型塌方，一般在塌方停止后，即可進(jìn)洞進(jìn)行處理。在處理方法上，對(duì)于小型塌方，當(dāng)塌方量不大時(shí)，可采用將塌方全部清除的處理方法。在清除塌方之前，為保施工安全，應(yīng)將塌方的頂部支撐牢固，避免繼續(xù)塌落，防止洞頂?shù)魤K砸傷施工人員。若圍巖地質(zhì)條件較好，塌方只是局部的破碎帶、松軟夾層，且范圍不大，也可對(duì)塌方先進(jìn)行清除處理，再進(jìn)行支撐或襯砌處理。支撐常用的材料有圓木、混凝土預(yù)制拱、工字鋼等。圓木支撐造價(jià)較低，施工也靈活、方便。對(duì)于設(shè)計(jì)有襯砌要求的隧洞，采用混凝土預(yù)制拱是一種不錯(cuò)的方法。如在某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，引水隧洞圍巖為薄硅質(zhì)巖，風(fēng)化破碎較強(qiáng)烈，成洞條件較差，圍巖穩(wěn)定時(shí)問短，不時(shí)出現(xiàn)掉塊、小塌方。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察后，根據(jù)其地質(zhì)條件，采用了混凝土預(yù)制拱進(jìn)行襯砌的施工方法。根據(jù)具體情況，每掘進(jìn)0.5—2m便及時(shí)進(jìn)行襯砌，隧洞順利貫通。
　　對(duì)于大的塌方，在沒有查明其性質(zhì)、范圍時(shí)，不宜盲目清碴。因?yàn)楫?dāng)隧洞發(fā)生第一次塌方后，自然拱范圍內(nèi)的土石還有繼續(xù)坍塌的可能。盲目清塌碴，可能會(huì)使圍巖四壁失去平衡而進(jìn)一步垮塌，造成更大范圍的塌方的嚴(yán)重后果。加大了后期處理的難度和工程量。另外，在一些巖溶發(fā)育區(qū)，對(duì)施工中遇到的溶洞、溶槽充填物，也不宜盲目清除，否則往往出現(xiàn)塌積物越清越多的現(xiàn)象，造成工作十分被動(dòng)。
　　對(duì)于此類塌方的處理，一般可采用超前支護(hù)、開挖導(dǎo)坑穿越塌方體的方法。超前支護(hù)的方法很多，常用的主要有以下幾種形式：(1)超前錨桿或超前小鋼管，一般長(zhǎng)3-5m，用于錨固前方圍巖；(2)超前管棚，用于錨固前方圍巖，適用于特殊困難地段，搭配鋼架使用：①短管棚超前支護(hù)，采用長(zhǎng)度小于lOm的小鋼管。②長(zhǎng)(大)管棚超前支護(hù)：采用長(zhǎng)度為10—45m且較粗鋼管。③鋼插板超前支護(hù)：采用長(zhǎng)度小于lOm鋼插板的稱為板棚預(yù)支護(hù)。(3)注漿加固圍巖和堵截水：①超前小導(dǎo)管注漿，沿開挖外輪廓線向前以一定角度打入管壁帶有小孔的導(dǎo)管

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自：http://www.jinnzone.com/shuililw/5506.html