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摘要：进入新时期，作为一项重要的水利枢纽工程，隧洞施工的质量对整个水利工程的施工质量有着重要的影响。与此同时，隧洞施工在水利工程建设中，隧洞施工具有工作周期长、技术要求高、施工难度大的，经常出现坍塌事故。如果在水利工程隧洞施工中出现坍塌，不仅会造成一定的财产损失，延误工期，甚至会造成人员伤亡。本文分析了水利工程隧洞施工坍塌事故的原因，并提出了相应的解决措施，供同行参考。
关键词：水利工程；隧洞施工；坍塌；分析处理
1、工程实例
某水电站桩号为1+271～1+310段和桩号2+640～2+684.5段分别为隧洞进、出口段，洞身原本稳定性就较低的这段围岩其稳定性进一步降低，最终导致塌方。因塌方体未及时清理，随着地下水的持续浸泡，进而发生“冒顶”。
2、引起水利工程隧洞施工中坍塌的原因
总体而言，作为一个综合性的工程项目，水利工程隧洞施工过程中出现坍塌的原因有很多，而该段隧洞在施工过程中，先后发生大小塌方二十次，从塌方形式上可分为侧壁滑塌、围岩崩塌和拱顶塌方。隧洞开挖时发生塌方的原因很多，概括起来有两大类。一是地质因素：（1）地质状态、受力状态以及地下水影响等，围岩受力状态发生变化，软弱结构面发育且结构面内泥砂填充物较多，经地下水侵蚀使结构面失稳，发生滑塌。（2）隧洞经过挤压破碎带、岩脉穿插带、节理密集带等破碎结构，地层中岩块间相互挤压钳制，一经开挖失稳极易发生掉块及塌方。（3）隧洞经过埋深较深地段，围岩石质良好，且无地下水，会发生不同程度的岩爆，围岩产生崩塌。二是不适当的设计或施工方法和措施不当。本工程几次大的拱顶塌方，虽然与设计地质预报不准确、隧洞穿过断层破碎带且部分洞段地下水丰富有密切联系，但与施工时未采取相应强支护措施也有一定关系。还有其他施工引起的坍塌，主要原因是没有进行科学的水利工程施工管理。
2.1没有进行细致的地质勘查工作
要保障水利工程建设的顺利进行就必须进行细致的地质勘查工作，将详实、准确的勘察资料提供出来。一些水利工程在建设之前没有进行细致的地质勘查，造成地质勘察资料中出现了错误和不详细的地方，对隧洞挖掘工作造成极其不利的影响：在进行隧洞挖掘的前期规划时没有有效的处理软弱破碎的地层，造成设计隐患；由于缺少准确的地质勘察资料，在施工时不能有效的控制风险；发生坍塌后不能对隧洞的坍塌情况进行准确的了解，不利于快速、正确的后期处理。
2.2地质原因造成的坍塌
水利工程中的岩石工程要面对比较复杂的处理对象，水利环境多变、工程具有隐蔽性、岩石土层具有不确定性等因素都会对岩石工程的施工造成影响，经常需要对工程设计方案进行调整。然而受到各种因素的限制，对于隧洞所处地段的岩石、水文情况等缺少翔实、准确的资料，造成设计与隧洞的实际情况不符合，没有避开断层破碎带，导致隧道施工的坍塌。
2.3没有进行合理的工程设计
水利工程项目必须综合协调和监控质量、资金、工程进度等因素，一些管理者为了缩短工期、节约成本，没有充分对隧洞的设计予以充分的重视，在垭口最低处设计隧洞的中轴线，造成隧道施工的难度不断加大，增加了坍塌的发生几率。
2.4不当的施工方法
①对于稳定性较差的围岩，没有在开挖后立即进行支护衬砌，延长了围岩的暴露时间，加大了山岩的压力，引起坍塌。②在进行开挖爆破时没有规范施工，进行强爆破或使用了过多的炸药，震动过于强烈而造成坍塌。③隧洞内部施工过程中运用了强度较低的支承构件和不合理的支撑结构，存在着力点、高度、支撑位置不当的现象，衬砌和开挖时需要将其拆除，引起坍塌。④在没有做好全面准备时就贸然停工。例如没有处理好施工排水，长期浸泡围岩，加大了山岩压力，降低了围岩强度，容易造成坍塌事故。
3.预防与处理水利工程隧洞坍塌问题
水利工程施工中一旦发生隧道坍塌，不仅会延误工期，造成时间和资金的浪费，可能会引起安全事故。因此要以预防为主，切实做好防治措施，特别是针对不良地质进行预案，做好水利工程隧洞坍塌的预防与处理。
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3.1提高地质勘查设计工作的准确性
在水利工程隧洞工程的勘察过程中，对隧洞所在区域的岩石地质和水文地质进行全面的勘探，对进出口区域和隧洞轴线到地质资料进行了解，对隧洞穿越的沟谷、山体和垭口的情况进行全面的分析，特别是要对可能发生坍塌的不良地质进行深入的了解。在选择洞线时，要尽量避开不良地质，例如溶洞、地下水、软弱破碎带、断层等。如果必须穿过不良地质，则要将相应的施工预案准备好，并对施工方法进行调整，做好施工组织设计，尽量避免隧洞坍塌的发生。
3.2及时采取措施解决坍塌问题
一旦隧洞坍塌发生，只要及时采取有效的清理方式进行清理。如果坍塌范围较小、破坏面积较小，则可以选择完全清理方式。立即对隧洞坍塌的顶部进行加固，将支撑点重新建立起来，避免大范围、大面积的坍塌造成安全事故。整个隧洞的施工都会受到一次坍塌的影响，如果坍塌后没有及时采取措施，则很容易造成大面积的坍塌。如果坍塌面积较大、清理工作比较困难，可以对坍塌的隧洞进行打通，在隧洞两端用超前支撑的方式进行加固，这是为了避免塌方延伸，使隧洞受力均匀，对隧洞顶棚使用钢拱固定。
3.3对未发生坍塌的地段进行加固
一旦发生隧洞坍塌，整个隧洞施工都会受到很大的影响，特别是与第一次坍塌联系紧密的地段更是首当其冲。因此一旦发生坍塌，就要立即加固没有塌方的地段，避免坍塌扩大，发挥防护和稳固的效果。可以使用支撑点对没有塌方的地段进行加固，主要使用由工字钢和大直径钢筋制作的钢拱架，支撑隧洞的薄弱地段。用衬砌的方式及时加固隧洞中不稳定的围岩。
3.4做好施工排水工作
由于在进行隧洞挖掘时很容易出现地下水，影响隧洞围岩的稳定性。因此在隧洞施工中要将完善的排水方案制定出来，在施工的过程中进行排水，对围岩的稳定性进行保障，也提高施工环境的安全性。上游地段最容易出现地下水，因此施工排水的重点就是上游地段，对下游主要进行防护。排放隧洞的地下水可以采用的方式有分级抽排和分段截流，及时排放地下水，避免坍塌。
3.5做好钢筋混凝土衬砌工作
对于隧洞施工中遇到的危险不稳定现象，可以利用混凝土来加固松动的隧洞围岩。围岩的稳定性受到各种地质环境的影响，还容易受到外界环境的侵蚀，在施工的过程中应该做好钢筋混凝土衬砌工作，及时衬砌不稳定的混凝土。在进行一米的挖掘之后就要浇筑一次混凝土，将围岩的牢固性提高，避免隧洞施工坍塌的发生。
4、施工方案
1、管棚是沿开挖轮廓线，钻设与隧洞轴线平行的钻孔，跟管钻机施工，而后穿入准108的钢管，并向管内注浆，固结钢管周边的围岩及渣体，在预定的范围内形成简支梁支护体系。它的主要作用是，提高管周围岩渣体的抗剪强度，先行支护围岩，把因开挖引起的松弛控制在最小范围之内。管棚施工前首先对塌渣体喷射混凝土20cm厚形成防护墙，对虚渣体进行固结灌浆，然后搭设施工平台。其中施工参数有（1）钢管规格：Ф108×6mm无缝钢管。（2）注浆材料：0.5∶1纯水泥浆液。（3）长度：8～12m。（4）隧洞纵向同一横断面的钢管接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1m。（5）支护形式：采用“管棚+钢拱架+系统锚杆+喷射混凝土支护”的方法。
2、施工方法。1）现作业面处理：首先停止出渣，采用C20喷射混凝土封闭塌渣以防后续施工中由于围岩继续风化而造成的堆渣不稳垮塌现象，第二对塌渣顶部沿设计开挖断面打设灌浆孔对该部位进行预固结灌浆保证后续管棚施工时围岩有足够的承载力，灌浆花管自制，长度6m，间距40cm。将塌渣固结形成整体受力体。2）孔位放样布置根据设计断面要求，采用全站仪进行孔位的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好导管位置的标记。钻孔直径应大于设计导管直径3～5mm，孔深大于设计长度10cm。3）采用潜孔钻钻孔，一次成孔，钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故；钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进；认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。
5、施工安全
安全主要措施主要有：对引处塌方段，每天必须派专人观察，并作好记录；保证作业面往洞口方向的道路畅通，派一名专职安全人员观察顶板情况，若发现险情，及时向洞外撤离；塌方段施工时做好顶板变形监测、观察工作，若发现顶板有掉碴或不稳定迹象，立即撤离危险区域，采取安全措施后再恢复人工清矸或其他工作；实行领导现场跟班制度，加强督促和检查；注重水文地质观测、资料收集、整理和分析，为塌方处理提供可靠地质依据。
6、结束语
综上所述，作为一项重要的水利枢纽工程，隧洞施工的质量对整个水利工程的施工质量有着重要的影响。隧洞施工中最容易发生的问题就是坍塌，因此在隧洞施工的过程中对隧洞坍塌的原因进行查找和分析，并及时采取有效的措施，预防和处理隧洞坍塌。
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论文作者:赵松超
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
标签：隧洞论文; 围岩论文; 水利工程论文; 地质论文; 发生论文; 地下水论文; 地段论文; 《基层建设》2016年1期论文;