摘要：由于水工隧洞工程施工受地形、地貌、地质和空间的约束，具有施工难度较大、工期长等特点。而隧洞开挖过程中的塌方预防，是水工隧洞施工中的最重要难点问题。然而，如何有效预防隧洞施工中的塌方，是保障水工隧洞工程施工安全、工期和节省投资提高效益的主要关键因素。鉴于此，文章主要以某隧洞工程开挖施工实践为基础，对水工隧洞施工中产生塌方的原因、基本的预防措施进行简要的阐述与分析。
关键词：水工隧洞；塌方原因；预防措施
1工程案例概况分析
某隧洞工程，根据设计，隧洞采用城门洞型，最小断面为宽2.5m、高4m，最大断面为宽3.4m、高3.85m，设计引水流量9m3/s。工程的主体是打通全长20公里的隧洞；工程中砂岩、砾岩、及卵石几乎占据了整个引水隧洞长度的半壁江山，水位相对较高，含水量大，达到30%左右，岩层大孔发育，垂直节理，施工难度大。
2隧洞塌方产生的原因分析
小型水工隧洞施工中发生塌方的原因众多，根据小型水工隧洞的设计、施工条件的不同并结合小型水工隧洞施工中发生塌方事故的实例进行分析，归纳出塌方原因主要为以下几个方面：
2.1地质条件原因
（1）隧洞穿越不稳定的岩体松散地层，诸如饱和含水的黏土、壤土、湿陷性黄土、流砂、严重风化破碎带、堆积层等以及断裂、褶皱带；含有各种不利的软弱、破碎结构面的围岩；膨胀、岩溶溶洞、陷穴、偏压及高地应力等地质不良区域。
（2）隧洞穿越地下水丰富区域也是重要因素，地下水丰富的土层、全风化及强风化围岩洞段极易发生塌方；具有较高水压富水洞段，地下水向洞室内漏出，淘空了断层构造带中破碎岩体和充填物时，而产生不同程度的塌方。地下水发育的地区、附近有天然泉眼，泉水渗漏地表明显的地段时，隧洞围岩的强度大大降低，加之空隙水的挤压作用，隧洞在开挖过程中极有可能发生垮方。
2.2勘察设计的原因
（1）水工隧洞工程一般为长线状布置，且往往布置在山区地带，交通和施工条件相对较不便利，勘察设计点多、线长、面广，任务较为复杂繁重。在设计时，由于业主担心勘察费用过高或勘察设备方法的简陋、勘测设计受自然条件限制等，对洞线可能遭遇断层、富水、破碎、软弱等地质情况估计不足。
（2）设计选线不合理与地质因素的叠加一起造成隧洞开挖时塌方。小断面隧洞工程由于受工程资金的限制，设计质量的不足，甚至将隧洞轴线选在了不良的地质地段层，也因节约投资导致过分地追求较短的洞轴线，以缩短洞身长度，往往将洞轴线选在山体垭口最底处，如果该处的截排水系统不完善，或遇超标准积水汇流，隧洞进出洞口施工中极易发生塌方。
2.3施工过程原因
（1）在施工过程中由于施工人员对隧洞工程地质情况掌握不够，忽视围岩细微变形，对围岩自稳能力作过高的估计，造成思想上的麻痹大意，从而选择了不合适的施工方法，如不恰当地急于进洞、装药量过多、爆破方法选择不当。
（2）对稳定性差的围岩，开挖后没能及时进行支护、围岩长期暴露，在山体渗流、岩石风化的作用下，山体极易塌方。
3塌方的预防措施分析
隧洞施工过程中先后发生大小塌方达几十次之多，成为困扰施工进度的关键因素，通过对多次塌方原因的分析与总结，以及塌方处理的方法分析。笔者认为，多数塌方其实是可预防和避免的，而且隧洞开挖施工过程中一定要注意预防塌方，一旦发生塌方，处理起来比预防的成本要高得多。因此，对待塌方，应坚持“预防为主”的原则，并应着重从以下几方面着手。
3.1勘测设计过程中塌方预防
由于塌方是发生在施工阶段，似乎与勘测设计关系不是很密切，因而往往忽视勘测设计过程对塌方的预防，导致在施工过程中塌方的发生。
（1）地质勘察预报工作，掌握隧道所处区域的地质和水文地质资料，地质勘察的科学性、准确性对预防隧洞的塌方起着至关重要的作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计时能够采取最优的洞线；施工时能引起施工单位的重视；在通过不良地质洞段时，会有很好准备。从而选择合理开挖方法，及时采取有效的支护，预防塌方的产生。
（2）合理的设计能有效避免和预防塌方的产生。在掌握隧洞区的宏观地质背景、构造特征、地质地貌特点和较为详细的其它地质资料，分析隧洞区域内的断层、破碎、富水带、高应力分布情况，合理进行隧洞的断面型式设计及支护参数设计。
3.2施工过程中塌方的预防
3.2.1加强施工过程中的地质预测
隧洞是一个线状的隐蔽工程，一些长隧洞往往穿越山峰沟谷，因而隧洞工程地质本身就十分复杂，勘测设计阶段的地质勘察只能从宏观上分析整个隧洞区域的基本地质情况，对埋深较大的洞段无法进行勘察，造成局部地质资料不足。因此，施工过程中的地质预测、预报必不可少。
3.2.2注意观察分析可能发生塌方的先兆现象
在加强施工过程地质预测的同时，还应注意观察、分析可能发生塌方的先兆现象以便及时采取措施、预防塌方发生。隧洞发生塌方的先兆现象主要形式：
（1）隧洞顶部围岩裂缝旁出现岩粉，或洞内无故尘土飞扬，或不断掉小石块；或围岩裂缝逐渐张大等，说明塌方即将发生。
（2）支护拱架压坏或变形加大，说明围岩压力在加大，就说明有发生塌方的可能。当发现支撑变形加大或被压坏时，应及时加固，以防围岩进一步松动造成塌方。
3.3不良洞段施工预防塌方方法
3.3.1不良地质洞段预防塌方的施工方法
当隧洞通过断层、断层影响带，或岩石比较破碎，风化严重时，或岩层产状、结构不利组合地段时，合理的开挖方法，能很好预防塌方的发生。一般常用的施工方法：
（1）超前导洞法。该方法既可探明前方地质条件，确定本段开挖和支护方法，还可以增加二次开挖的临空面，有利于光爆效果，减小爆破对围岩的扰动；
（2）先拱后墙法。先进行隧洞上拱部开挖，并对拱部进行安全有效的支护，然后在拱部的保护下开挖下部边墙或仰拱，防止因开挖面过大引起的塌方。
3.3.2强支护是预防塌方的主要措施
洞室开挖爆破后及时对围岩情况进行较准确的判断，在围岩自稳时间内及时给予支护，可有效限制围岩变形的自由发展，防止岩体因松动、变形、吊块、脱落造成塌方。对地质不良地段主要采取锚喷、网喷、等支护方法。
（1）锚喷支护。在岩层裂隙扩张的大块体，由于结构组合或产状不利时所引起的不稳定时，应采用锚喷支护。
（2）网喷支护。在岩石破碎、裂隙密集发育、块体较小的洞段，采用网喷支护。
（3）喷混凝土与钢支撑或格栅钢架的组合支护。适用于围岩破碎或不稳定的Ⅴ类围岩。此种支护方法要求在每循环开挖前，应先打超前锚杆、超前小导管。
4结语
由于地下工程地质情况的复杂性和不确定性，水工隧洞施工过程中发生塌方现象是常见的。通过以上的分析总结，笔者以为，隧洞塌方现象大多数是可避免、可控制和预防的。
预防隧洞塌方的方法很多，只要尽量全面了解洞线区域的地质情况，充分认识围岩特性、各种不良地质发展趋势、不利因素影响等相互之间的联系，就能在设计和施工阶段，对可能出现的塌方有充分的思想和相应的技术组织措施，采取合理有效的开挖和支护方法，把引发塌方的各种因素的影响消除到最低限度，将更好地预防塌方的发生。
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[3]冯大为.小型水工隧洞工程塌方分析及处理措施[J].湖北水力发电.2009（05）：45-48.
论文作者:王明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
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