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，對于小型水工隧洞工程，本文對地質(zhì)勘察及設(shè)計過程塌方原因分析、隧洞塌方預(yù)防和處理措施，以及尼泊爾王國查莫利亞水電工程隧洞塌方處理措施這三個方面對其進(jìn)行闡述。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】水工隧洞；塌方；處理措施；超前臨時支撐法 </p>

2、<p>　　中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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，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)，對于相對松軟的地質(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、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方面： </p><p>　　1.地質(zhì)勘察資料與工程實(shí)際不符 </p><p>　　對可能出現(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：K3+112）附近在開挖過程中發(fā)生一起大塌方事故，經(jīng)現(xiàn)場勘察分析，就屬此類。 </p><p>　　2.隧洞襯砌厚度不夠 </p><p>　　對不良地質(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)計時，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)計時，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，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，將會形成極大的塌方。 </p><p>　　三、隧洞塌方預(yù)防和處理措施 </p><p>　?。ㄒ唬┧矶此降念A(yù)防 </p><p>　　對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)真搞好勘測設(shè)計。在隧洞

8、工程的勘測設(shè)計工作中，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，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，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，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，及時采取工程技術(shù)措施，防止演變成塌方事故。對于小型水利水電工程隧洞塌方，盡管我們在工程實(shí)施過程中加強(qiáng)了各方面預(yù)防工作，但塌方事故還是時有發(fā)生。面對發(fā)生的塌方事故，應(yīng)首先加固未塌地段，以防塌方蔓延，讓搶險工作

10、有一個安全的空間。同時，要組織相關(guān)人員到塌方現(xiàn)場調(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)造和地下水活動情況，認(rèn)真分析形成塌方的原因，及時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，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，塌方在較長的時間內(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。無論是何種塌方，我們都應(yīng)認(rèn)真對待，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>　　（二）隧洞塌方的處理 </p><p>　　我國廣大的工程技術(shù)人員經(jīng)過對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，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，先清除塌碴可能會使側(cè)壁失去平衡而松動塌落，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)分析不會繼續(xù)塌方時，也可對塌方進(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，一時難以清除塌穴形狀和大小無法查明時，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>　　尼泊爾王國查莫利亞水電站隧洞調(diào)壓井

14、、3個支洞和主洞在掘進(jìn)過程中多次發(fā)生塌方。經(jīng)現(xiàn)場勘察和分析，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，風(fēng)化極為嚴(yán)重，圍巖自穩(wěn)能力較差，成型很困難。針對隧洞圍巖的不利狀況，通過研究分析，確定采用“超前臨時支撐法”施工方案對隧洞塌方段進(jìn)行處理。對于小塌方，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)臨時支架，穩(wěn)定頂部，然后清渣，臨時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。六是在臨時支擴(kuò)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，邊挖邊撐，將隧洞設(shè)計開挖線內(nèi)的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同時，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 </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