青海省湟水北干渠工程南门峡四支渠隧洞塌方处理

青海省湟水北干渠工程南门峡四支渠隧洞塌方处理
王雅
（青海省引大济湟工程建设管理局，青海西宁 810001）
摘要：对小断面隧洞塌方原因作了详细的分析，并对塌方分类、预防和处理措施作了详细论述。针对隧洞施工中发生的大塌方问题，提出了“超前临时支撑法”施工处理措施，且对该施工处理技术进行简要概述。
关键词：塌方；原因分析；预防；处理措施

1 前言
湟水北干渠南门峡四支渠工程属于青海省引大济湟湟水北干一期工程的一部分，为灌区渠道建设工程。工程位于互助县及西宁市境内，起始于南门峡水库西干渠末端，南门峡四支渠渠长23.96km，设计流量1.0m³/s，加大流量1.25m³/s，明渠渠长12.38km，倒虹吸6座，长4.81km，隧洞8座，长6.12km，渡槽7座长650m。
南门峡四支渠隧洞开挖断面尺寸为宽1.8 m×高2.2 m，隧洞地层岩性主要为Ⅳ类和V类围岩，为松散堆积物及黄土类隧洞。由于隧洞开挖断面比较小，采用全断面掘进法进行开挖，对于比较松软的围岩，特别是Ⅳ类以上围岩，自身稳定性差，隧洞成型很困难，工程实际中要求采用边挖边衬工程措施。尽管如此，在工程施工中常不可避免的发生不同程度的隧洞塌方。
2 塌方原因分析
隧洞施工中发生塌方的原因很多，分析原因主要有以下几个方面：
2.1 地质勘察资料与实际工程不符
地质勘察资料与工程实际不符，对可能出现的塌方，没有可靠的预防处理技术措施。遇到软弱、破碎带地层，往往措手不及造成塌方。
2.2 地质因素造成塌方
由于工程建设资金紧张，地质勘探工作没有做到位，缺乏隧洞所在地段的地质和水文地质资料，情况不明，致使设计人员进行隧洞设计时，将隧洞轴线选在了不良的地质区域，没有避开不良地层：如饱和粘土、流沙、堆积层；含有各种不利的软弱结构的围岩。当隧洞穿越不稳定地层时，很容易发生塌方。地下水发育的地区，隧洞围岩的强度大大降低，加之孔隙水的作用，在隧洞开挖过程中，极有可能发生坍塌[1]。
2.3 施工方法不当
（1）对稳定性差的围岩，开挖后没有及时支护衬砌，围岩长期暴露，山岩压力增长，引起塌方。
（2）开挖爆破时，采用强爆破或装药过多，因强烈震动引发塌方。
（3）支撑结构不合理，支撑构件强度底，或支撑的位置和高程不当，在开挖过程中支撑侵占设计断面必须拆除，引起塌方[2]。
（4）不适当的停止施工，没有搞好施工排水，使围岩长期浸泡，处于饱和状态，山岩压力增大；围岩强度下降，一经扰动，便会引起塌方。
3 塌方预防和处理措施
对待小断面隧洞塌方，坚持以预防为主的原则。认真搞好预防工作，将会取得良好的效益。预防隧洞塌方，主要从以下三点着手[3]：
首先，深入细致调查和勘探隧洞所在区域的地质和水文地质，详细掌握隧洞轴线和进出口的地质资料，对隧洞穿越垭口、沟谷和山体认真分析，尽可能全面掌握所有可能发生塌方的不良地质情况。尽量避开断层、溶洞、堆积体流砂、地下水和软弱破碎带等不良地层，若必须通过时，应事先考虑相应的技术措施，正确选定施工方法，认真搞好施工组织设计，以便指导工程施工。
其次，施工中应正确合理选择施工方法和防塌技术措施，准备必要的材料和工具。防塌措施有：搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破开挖技术、合理掌握开挖进度、加强支撑和衬砌进度等。
再次，施工过程中应经常进行检查，及时发现发生塌方的种种预兆，及时采取工程技术措施，防止塌方事故的发生。
对于隧洞塌方，尽管我们在工程实施过程中加强了各方面预防工作，但塌方事故还是时有发生。塌方发生后，首先应加固未塌地段，以防塌方蔓延，让抢险工作有一个安全的空间。同时，要组织相关人员到塌方现场调查研究，查明塌方的范围、性质以及塌方区围岩的地质构造和地下水活动情况，认真分析形成塌方的原因，及时制定出可行的塌方处理方案[4]。
在处理方法上，经过对过去隧洞塌方处理经验总结，对围岩地质条件较好，塌方只是局部的松软夹层，且范围不大，经分析不会继续塌方时，可对塌方进行清除处理，再进行支撑；对围岩地质条件较差段在清除塌方之前，应将塌方的顶部支撑牢固，避免继续塌落，防止洞顶掉块砸伤施工人员。因为当隧洞发生第一次塌方后，自然拱范围内的土石还有继续坍塌的可能，塌方坑道的两侧边坡常不稳定，先清除塌碴可能会使侧壁失去平衡而松动塌落，塌方坑道进一步增宽，自然拱进一步增高而再次塌方。如此反复，极有可能引发大塌方；当塌方量很大，一时难以清除，塌穴形状和大小无法查明时，可将塌方体视为松散破碎的地层，采用超前支撑、开挖导洞的方法穿越塌方体。穿越前必须将塌方部为的两端支顶牢固，防止塌方延伸。穿越时，使用钢拱架、小导管支撑法，在导洞顶部形成棚顶，在棚顶的保护下，逐步开挖进占，边挖边衬砌。
南门峡四支渠5#隧洞开挖过程中发生一起大塌方。经参建单位有关技术人员现场勘察，发现塌方的范围广，塌碴已充满整个隧洞，且补给量极大，为含水量较高的饱和粘土，呈流塑状。针对这一不利情况，通过参建单位有关技术人员研讨，最后确定采用“超前临时支撑法”施工方案对该段隧洞塌方进行处理。处理方法及步骤如下：
(1) 采用工字钢支撑。
(2) 施工排水。
(3) 采用50钢管做导管，导管内灌入水泥砂浆，按水平间距20cm沿隧洞设计开挖线以外斜向（18º）顶部打入塌方堆积体内，形成顶棚。
(4) 用千斤顶调整导管高度，使其大致在隧洞顶拱开挖外弧线上，并用钢拱架支撑固定。
(5) 在临时支护结构的保护下，边挖边撑，将隧洞设计开挖线内的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同时，为了避免前方塌方堆积体发生坍塌，应采用钢管、工字钢等将掌子面塌方堆积体支撑牢固。各个支撑构件，均不得侵占衬砌断面。衬砌后不再拆除。
(6) 随即对隧洞按设计要求进行钢筋混凝土衬砌。
(7) 重复上述操作，循序渐进，逐步推进。
经过约一个月的努力，终于通过了塌方段。
4 结论
（1）采用边开挖边支护边衬砌方案处理塌方段方案可行，优点突出。
（2）洞室塌方不可盲目出渣、强行掘进，首先应对塌方体进行表面封闭, 使其保持相对稳定, 尽可能减少扰动次数, 避免造成二次塌方。其次,沿洞顶轴线设置超前管棚, 对阻止塌方体下滑起到重要作用。
（3）塌方地段的地质条件很差，塌方形成围岩更加松软、错乱，会形成更大的山岩压力。因此，要加强施工临时支护和衬砌。

参考文献：

[1] 王汉中.对中小型水利工程施工质量控制的几点看法[J].中国水利水电市场，2004.
[2] 王文德.控制施工过程的施工质量控制[J].中国三峡建设，2000.
[3] 殷铁锐.工程量清单计价模式下的工程造价风险[J].安徽建筑，2008.
[4] 王东文，宋宏业.论我国工程造价管理的改革[J].松辽学刊（自然科学版），2002.