小型水工隧洞工程塌方分析及處理措施

1、<p>　　小型水工隧洞工程塌方分析及處理措施</p><p>　　【摘要】隧道地質(zhì)情況比較復(fù)雜，隧道施工關(guān)系著施工人員的生命安全，對(duì)于小型水工隧洞工程，本文對(duì)地質(zhì)勘察及設(shè)計(jì)過程塌方原因分析、隧洞塌方預(yù)防和處理措施，以及尼泊爾王國(guó)查莫利亞水電工程隧洞塌方處理措施這三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行闡述。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】水工隧洞；塌方；處理措施；超前臨時(shí)支撐法 </p>

2、<p>　　中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　小型隧道斷面面積通常都比較小，不便于人員的流動(dòng)，一般是采用全斷面的方式進(jìn)行挖掘，但是全斷面挖掘方式適用于地質(zhì)條件穩(wěn)固，不便于塌方的地質(zhì)，對(duì)于相對(duì)松軟的地質(zhì)，圍巖應(yīng)力變化較快，不利于施工，因此在工程施工中常不可避免地發(fā)生不同程度的塌方。 &

3、lt;/p><p>　　二、地質(zhì)勘察及設(shè)計(jì)過程塌方原因分析 </p><p>　　小型水利水電工程隧洞施工過程中發(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常發(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： </p><p>　　1.地質(zhì)勘察資料與工程實(shí)際不符 </p><p>　　對(duì)可能出現(xiàn)的塌方，沒有可靠

4、的預(yù)防處理技術(shù)措施。一旦遇到軟弱、破碎帶地層，措手不及，造成塌方。2009年5月，查莫利亞引水發(fā)電洞2#支洞下游（樁號(hào)：K3+112）附近在開挖過程中發(fā)生一起大塌方事故，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察分析，就屬此類。 </p><p>　　2.隧洞襯砌厚度不夠 </p><p>　　對(duì)不良地質(zhì)地段的隧洞襯砌厚度不夠，不能滿足承載力要求，不能承受可能出現(xiàn)的山巖壓力，完工后結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而引起塌方。 </

5、p><p>　　3.過分追求較短的洞線 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)，為了節(jié)約工程投資，過分追求較短的洞線，以便縮短洞身長(zhǎng)度，獲得良好經(jīng)濟(jì)效益，往往將洞軸線選在埡口最底處，趁溝進(jìn)洞和出洞，且“晚進(jìn)洞、早出洞”，加大了洞口處的開挖深度和洞臉仰坡的高度，卻對(duì)地質(zhì)和施工的不利因素缺乏周全的考慮，在隧洞洞口和洞身施工中都可能發(fā)生塌方。 </p><p>　　4.地質(zhì)因素是造成塌

6、方的重要原因 </p><p>　　小型水利水電工程由于建設(shè)資金緊張，對(duì)必要的地質(zhì)勘探工作沒有做到位，缺乏隧洞所在地段的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，致使水工設(shè)計(jì)時(shí)，將隧洞軸線選在了不良的地質(zhì)區(qū)域，沒有避開諸如飽和黏土、流沙、堆積層、斷裂、褶皺帶、節(jié)理、裂隙發(fā)育帶等不良地層。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，當(dāng)隧洞穿越不穩(wěn)定地層時(shí)，很容易發(fā)生塌方。地下水發(fā)育的地區(qū)和地表水滲漏明顯的地段，隧洞圍巖的強(qiáng)

7、度大大降低，加之裂隙水的作用，在隧洞開挖過程中，極有可能發(fā)生坍塌冒頂，如不采取有效的工程措施，將會(huì)形成極大的塌方。 </p><p>　　三、隧洞塌方預(yù)防和處理措施 </p><p>　　（一）隧洞塌方的預(yù)防 </p><p>　　對(duì)待小型水利水電隧洞工程，預(yù)防隧洞塌方，主要從以下三點(diǎn)著手： </p><p>　　1.認(rèn)真搞好勘測(cè)設(shè)計(jì)。在隧洞

8、工程的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作中，深入細(xì)致調(diào)查和勘探隧洞所在區(qū)域的地質(zhì)和水文地質(zhì)，詳細(xì)掌握隧洞軸線和進(jìn)出口的地質(zhì)資料，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)，盡量避開斷層、溶洞、堆積體流砂、地下水和軟弱破碎帶等不良地層，若必須通過時(shí)，應(yīng)事先考慮相應(yīng)的技術(shù)措施，正確選定施工方法，認(rèn)真搞好施工組織設(shè)計(jì)，以便指導(dǎo)工程施工。 </p><p>　　2.施工中應(yīng)正確合理選擇施工方法

9、和防塌技術(shù)措施，準(zhǔn)備必要的材料和工具。防塌措施有：搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破開挖技術(shù)、合理掌握開挖進(jìn)度、加強(qiáng)支撐和襯砌進(jìn)度等。 </p><p>　　3.施工過程中應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)生塌方的種種預(yù)兆，及時(shí)采取工程技術(shù)措施，防止演變成塌方事故。對(duì)于小型水利水電工程隧洞塌方，盡管我們?cè)诠こ虒?shí)施過程中加強(qiáng)了各方面預(yù)防工作，但塌方事故還是時(shí)有發(fā)生。面對(duì)發(fā)生的塌方事故，應(yīng)首先加固未塌地段，以防塌方蔓延，讓搶險(xiǎn)工作

10、有一個(gè)安全的空間。同時(shí)，要組織相關(guān)人員到塌方現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，查明塌方的范圍、性質(zhì)以及塌方區(qū)圍巖的地質(zhì)構(gòu)造和地下水活動(dòng)情況，認(rèn)真分析形成塌方的原因，及時(shí)制定出可行的塌方處理方案。 </p><p>　　根據(jù)塌方的規(guī)模和塌碴的補(bǔ)給情況，塌方可分為大塌方和小塌方。當(dāng)塌方體厚度大，范圍長(zhǎng)，已將開挖坑道堵死，或塌方還繼續(xù)不停的擴(kuò)展，人員不能或不易進(jìn)入塌穴的，屬于大塌方。反之，當(dāng)塌方體不足以將坑道全部堵塞，塌方在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不

11、再發(fā)展或基本停止，人員有可能進(jìn)入塌穴觀察處理的，屬于小塌方。根據(jù)塌方的危害程度，塌方亦可分為嚴(yán)重塌方和輕微塌方。對(duì)于塌方后造成很大的人員傷亡或損失的，屬于嚴(yán)重塌方。反之，屬于輕微塌方。無(wú)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。 </p><p>　?。ǘ┧矶此降奶幚?</p><p>　　我國(guó)廣大的工程技術(shù)人員經(jīng)過對(duì)過去隧洞塌方處理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，認(rèn)為

12、應(yīng)按“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的原則快速進(jìn)行。所謂“小塌清、先支后清”，就是指當(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，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。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，塌方坑道的兩側(cè)邊坡常不穩(wěn)定，先清除塌碴可能會(huì)使側(cè)壁失去平衡而松動(dòng)塌落，塌方坑道進(jìn)一步增寬，自然拱進(jìn)一步增高而再次塌方。如此反復(fù)，極有可能引發(fā)大塌方。當(dāng)然

13、，若圍巖地質(zhì)條件較好，塌方只是局部的松軟夾層，且范圍不大，經(jīng)分析不會(huì)繼續(xù)塌方時(shí)，也可對(duì)塌方進(jìn)行清除處理，再進(jìn)行支撐或不支撐。所謂“大塌穿，先棚后穿”，就是指當(dāng)塌方量很大，一時(shí)難以清除塌穴形狀和大小無(wú)法查明時(shí)，可將塌方體視為松散破碎的地層，采用超前支撐、開挖導(dǎo)坑的方法穿越塌方體。 </p><p>　　四、引洮供水工程隧洞塌方處理措施 </p><p>　　尼泊爾王國(guó)查莫利亞水電站隧洞調(diào)壓井

14、、3個(gè)支洞和主洞在掘進(jìn)過程中多次發(fā)生塌方。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析，大部分是由于隧洞圍巖條件差，為Ⅳ類～V類軟巖及斷層破碎帶所造成。巖性主要為褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉細(xì)砂質(zhì)泥巖夾灰綠、灰褐色細(xì)砂巖，屬極軟巖，地下水一般呈滴滲狀態(tài)，裂隙密集帶及斷層面有線狀流水、節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育，層面交錯(cuò)，風(fēng)化極為嚴(yán)重，圍巖自穩(wěn)能力較差，成型很困難。針對(duì)隧洞圍巖的不利狀況，通過研究分析，確定采用“超前臨時(shí)支撐法”施工方案對(duì)隧洞塌方段進(jìn)行處理。對(duì)于小塌方，首先加固塌

15、方體兩端洞身，并抓緊噴射混凝土或采用錨噴聯(lián)合支護(hù)封閉塌穴頂部，再進(jìn)行清渣。對(duì)塌方體范圍前后原有的支護(hù)進(jìn)行加固，以防止塌方體擴(kuò)大。在確保安全的前提下，可在塌渣上架設(shè)臨時(shí)支架，穩(wěn)定頂部，然后清渣，臨時(shí)支架待灌筑襯砌混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后方可拆除。 </p><p>　　對(duì)于大坍方，宜采取“先支后挖”的方法。在查清塌方體規(guī)模大小和塌穴頂位置后，可采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固周圍巖體和渣體，待其基本穩(wěn)定后，按照“先上部后下部

16、”的順序清除渣體，采取短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉的原則開挖塌方體，并盡快完成襯砌。 </p><p>　　具體處理方法及步驟：一是采用工字鋼和大直徑鋼筋預(yù)制鋼拱桁架支撐。二是加強(qiáng)施工排水。三是采用輕型軌道鋼或工字鋼(可用廢舊材料)按一定水平間距沿隧洞設(shè)計(jì)開挖線以外斜向頂部打入塌方堆積體內(nèi)，形成頂棚。四是采用千斤頂調(diào)整軌道鋼或工字鋼高度，使其大致在隧洞頂拱外弧線上，并用圓木支撐固定。五是采用預(yù)制鋼拱桁架支撐替換圓木支撐

17、，用千斤頂進(jìn)一步調(diào)整軌道鋼或工字鋼高度，使其在鋼拱桁架的外弧線上。六是在臨時(shí)支擴(kuò)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，邊挖邊撐，將隧洞設(shè)計(jì)開挖線內(nèi)的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同時(shí)，為了避免前方塌方堆積體發(fā)生坍塌，應(yīng)采用鋼管、木樁或工字鋼等將掌子面塌方堆積體支撐牢固。各個(gè)支撐構(gòu)件，均不得侵占襯砌斷面，襯砌后不再拆除。 </p><p><b>　　五、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　隧道在

18、塌方之后，圍巖應(yīng)力發(fā)生巨大的變化，圍巖變得更加松軟，更加容易發(fā)生下次塌方，因此，對(duì)于水工隧道工程塌方的處理措施關(guān)系著多方面的利益，我們應(yīng)該對(duì)其處理措施進(jìn)行縝密的探索。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]馮大為 小型水工隧洞工程塌方分析及處理措施 [J] 《湖北水力發(fā)電》 2011(12) </p><p&g