宁化行洛坑钨矿有限公司 福建宁化 365400
摘要：小型水工隧洞在施工时塌方现象时有发生，给国民经济和人民的生命财产都造成了不同程度的损失。本文对小型水工隧洞的塌方原因作了详细的分析，并对塌方的分类、预防及处理措施作了详细论述。针对小型水工隧洞施工中发生的大塌方问题，提出了“超前临时支护+钢支撑法”的施工处理措施，并对该施工处理技术措施进行了简要概述和举例说明。
关键词：水工隧洞；塌方；原因分析；处理措施
Treatment of Collapse of Small Hydraulic Tunnel
Wu Lang
（Ninghua Xingluo Tungsten Mine Co.，Ltd.，Ninghua 365400，Fujian）
Abstract The phenomenon of collapse of small hydraulic tunnel in construction has occurred，which has caused different losses to the national economy and the people's life and property. In this paper，the causes of landslide in small hydraulic tunnel are analyzed in detail，and the classification，prevention and treatment of landslide are discussed in detail. Aiming at the problem of large landslide in the construction of small hydraulic tunnels，the construction measures of "advanced temporary support + steel support method" are put forward，and the technical measures of construction technology are briefly summarized and exemplified.
Keywords hydraulic tunnel landslide cause analysis measures
1 引言
小型水工隧洞断面一般都比较小，基本上都采用全断面法进行掘进开挖，主要适用于石质坚硬、构造完整的围岩，对于此类围岩采用全断面法掘进开挖效果良好，但是对于岩石松软破碎、围岩性质不理想的小断面水工隧洞，因受限于施工作业面的影响，一般情况下也采用全断面法进行掘进开挖。对于石质比较松软的围岩，尤其是Ⅳ类以上围岩、泥质层或砂石岩层，因其自身岩性松软、岩石稳定性差、隧洞成型比较困难，在实际工程施工作业中均要求采取边衬砌边开挖的措施，确保有效降低塌方发生的可能性。即使如此，在工程施工中还是时常不可避免的发生不同程度的塌方，因此，探究小型水工隧洞塌方的处理措施具有重要的意义。本文对小型水工隧洞发生塌方的原因作了比较详细的分析，同时针对隧洞施工中发生的塌方问题，提出了相应的处理措施，即“超前临时支护+钢支撑法”的处理技术措施，且对该处理技术措施进行简要概述和实例说明。
2 隧洞塌方原因分析
小型水工隧洞在实际施工过程中发生塌方的原因是多方面的，根据小型水工隧洞设计因素和施工条件的不同，并结合小型水工隧洞施工中发生的塌方事故具体事例来进行分析，小型水工隧洞塌方的原因主要为以下几个方面：
2.1地质因素。小型水工隧洞工程因为建设资金紧张或其他主客观因素，没有做好全面且有效的地质勘探工作；或者由于人员粗心大意以致地质勘探工作做得不到位，缺乏详细准确的隧洞地质资料，同时对施工段自然地形和地质情况也缺乏了解。这将直接导致设计人员在设计时，没有选择地质条件好的区域作为水工隧洞的轴线，也没有避开易出现山体滑坡的区域、山谷等不良地形、破碎带、砂卵层、溶洞、饱和黏土及堆积层等各种含有不利软弱结构的围岩等地质不良岩层，将不良的地质岩层、地形作为隧洞的轴线。隧洞在穿越不稳定的地层时，围岩强度大大降低，在掘进开挖施工中就会很容易出现塌方。同时，由于地质探勘工作的不到位，导致地质勘探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，一旦遇到不良地形、不良岩层，往往会措手不及造成塌方。
2.2在设计的时候，为了节约控制工程投资，获得更多的经济效益，而过分追求较短的走线，缩短洞身的长度，将隧洞轴线选在垭口最低处以使洞身较短，趁沟进洞和出洞，且晚进洞、早出洞，这就加大了隧洞进出口处的开挖深度和隧洞门脸的仰坡高度，而对施工的不利因素和不良地质情况未进行全方位的考虑，导致在隧洞施工过程中极可能发生塌方。
2.3在隧洞施工中对不良地质地段的混凝土衬砌厚度不够，不能满足承载力要求，完工后结构根本不能承受可能出现的围岩压力，往往就会遭到破坏，从而引起隧洞塌方，影响施工的质量、进度和安全。
2.4施工方法不当也是隧洞塌方的重要原因之一，主要表现为以下几点：
2.4.1对稳定性差的围岩，开挖后及时没有进行支护衬砌，围岩长期暴露，在岩石风化、山体渗流的作用下，围岩压力增大，极易引起隧洞塌方；
2.4.2在隧洞开挖爆破时，采用强爆破或者装药过多，就会因强烈震动而引起隧洞塌方。适当调整爆破参数、改进爆破施工方法、严禁强爆破可避免因爆破震动而引起隧洞塌方事故；
2.4.3支护构件强度低、支撑结构不合理、支撑位置和支撑高程不当及支护结构不符合实际情况时，在衬砌、支护的过程中必须拆除，否则就会引起塌方；
2.4.4在暂停施工时，没有做好施工排水工作，使围岩长期被水浸泡，处于饱和状态，围岩压力增大，围岩强度下降，一经扰动，极易引起塌方。
3 塌方预防及处理措施
为避免小型水工隧洞发生塌方，我们必须加强安全意识，做好预防工作，坚持预防为主、补救为辅的思想，保证生产安全。认真做好塌方预防工作，将会获得良好的经济效益，预防隧洞塌方，主要从以下三个方面入手：
3.1重点做好地形、地质情况的勘察和工程设计工作。在隧洞工程的勘察设计工作中，要深入细致调查和勘探隧洞所在区域的水文地质情况，详细搜集隧洞轴线和进出口的水文地质资料，尽可能全面的掌握所有可能发生塌方的不良地质情况。对隧洞穿越垭口、沟谷和山体的部位要进行认真勘察和分析，要有可靠的设计方案和施工方法。在选择洞线时，要尽量避开砂卵石、溶洞、堆积体、地下水渗流明显及软弱破碎带等不良地层、山谷等不良地形，若无法避免必须通过时，应事先考虑安全可靠的技术措施，选定正确的施工方法，同时要认真做好施工组织设计工作以指导施工；
3.2施工中应正确合理的选择施工方法和预防塌方的措施，准备必要的工具和材料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆预防塌方的措施主要有：开挖作业严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针执行，同时做好施工排水作业，采用安全、合理的爆破开挖技术，合理安排开挖进度并做好隧洞支撑和衬砌工作等；
3.3在隧洞施工过程中，应经常进行安全自检，及时发现可能发生塌方的各种预兆，发现问题和隐患要及时采取安全有效的支护措施，以防止塌方事故的发生。
对于小型水工隧洞的塌方，即使我们在工程建设中加强了各方面的预防工作，但塌方事故还是时有发生。塌方发生后，我们要认真对待，全力作好塌方后的各项工作。首先在塌方稳定后及时加固附近未塌方地段，防止塌方蔓延，给抢险工作提供一个安全的作业空间。与此同时要认真对发生塌方的原因进行分析，组织相关人员到塌方现场察看并及时制定出安全可行、合理有效的塌方处理方案。
根据隧洞塌方的危害程度，可将塌方可分为严重塌方和轻微塌方。对于塌方后造成很大的人员伤亡和经济损失的，属于严重塌方；未造成很大的人员伤亡和经济损失的，则属于轻微塌方。
根据塌方的规模规模情况，也可将塌方分为大塌方和小塌方。当坑道被堵死、塌方体厚度大、范围长，或塌方还在继续不停的扩展，人员不易或者不能进入塌穴观察处理塌方的，属于大塌方；当塌方体没有将坑道全部堵塞，塌方在短期内不再发展或基本停止，人员有可能进入塌穴观察处理塌方，属于小塌方。无论是哪种塌方，我们都应该持以认真积极对待的态度，根据隧洞塌方的实际情况制定安全、合理、有效的塌方处理措施。
在处理方法上，我国广大工程技术人员通过对以往处理隧洞塌方的经验总结，广泛采用“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的处理原则处理隧洞塌方。
当隧洞塌方量不大时，可采用将塌方全部清除的处理方法，这就是所谓的“小塌清、先支后清”。在清除塌方之前，为避免石渣或岩层继续塌落，防止洞顶掉落石块砸伤施工人员，应将塌方的顶部支撑牢固。
当隧洞塌方量很大时，塌穴的大小和形状无法查明，且一时难以清除时，可将塌方体视为松散破碎的岩层，采用超前预灌浆大管棚+钢支撑联合支护的方法穿越塌方体，这就是谓“大塌穿，先棚后穿”。为了提供安全的施工作业环境，穿越塌方体前必须将塌方部位采用新奥法支护牢固，防止塌方延伸。采用超前预灌浆大管棚支护法，支护前应清理塌方石渣，提供必要的支护空间，而后将大管棚施工钢管一次性打入塌方体的另一端，并向上倾斜一定角度，这样可使塌方体两端形成棚顶，在棚顶的保护下，逐步开挖，并考虑边开挖边衬砌，以确保安全。
4 工程实例
宁化行洛坑钨矿有限公司王桶坑尾矿库安全改造工程新建排洪隧洞位于宁化行洛坑钨矿有限公司王桶坑尾矿库库区内，隧洞长399m，围岩类型为Ⅲ∽Ⅳ类围岩且交替出现，岩性不均匀。隧洞纵坡i=0.063，特征洞径为3.0m×4.0m的半圆拱形断面，围岩衬砌均采用0.3m厚C25钢筋混凝土衬砌。隧洞采用全断面开挖法掘进，凿岩机钻孔，光面爆破，每循环钻孔深度为2.0m，进尺1.5m。在桩号K0+108∽K0+124段隧洞施工中，隧洞开挖后按照要求完成了型钢拱架架设、超前锚杆及锁脚锚杆（锚固剂固结）布设、原木填塞等一期支护工作，且已经将隧洞底板清理完毕，在为浇筑初衬混凝土准备工作时发生了塌方。隧洞塌方高度约为拱顶以上18∽20m，塌方长度为16m，洞内岩石节理裂隙发育，极为破碎。该隧洞塌方地段的地表有一天然水沟，但水沟无塌陷痕迹，且沟内无地表水。
隧洞塌方事故发生后，工程建设方及时邀请设计单位、监理单位、施工单位相关专业技术人员到现场察看分析。通过分析，该段隧洞围岩性质较差，为Ⅳ类围岩断层破碎带，岩性主要为灰沿并夹有松软黏土，岩石节理裂隙发育，层面交错，风化较为严重，且该区域地下渗水量较大，导致围岩自稳能力差，成型困难。针对这一不利情况，经参建单位专业技术人员充分的研究讨论，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。具体处理方法及步骤如下：
4.1对隧洞塌方影响段的加固处理
本次隧洞塌方高度约为拱顶以上18∽20m，塌方长度为16m，围岩类别为Ⅳ类，塌方直接影响上游段隧洞临时支护，型钢拱架变形移位、系统锚杆松动脱落。为了确保施工安全，防止塌方体范围扩大，必须对塌方影响段进行加固处理。
4.1.1在原有已做支护的系统锚杆的基础上再进行加密布置；
4.1.2在原有的型钢拱架间再增设一榀9#矿用工字钢，并与锚杆可靠焊接，及时浇筑初衬混凝土。
4.2对隧洞塌方段的处理
4.2.1采用9#矿用工字钢成品拱架支撑，并用原木支撑固定；
4.2.2沿隧洞拱顶线布设φ42×3.5mm无缝钢管，长3.75m，间距20cm，外插角为3°∽5°，无缝钢管与工字钢拱架可靠焊接；
4.2.3沿型钢拱架布设2组共8根Φ22锁脚锚杆（左右各布设1组），锚杆长2.25m，用锚固剂固结，并与工字钢拱架可靠焊接；
4.2.4在临时支护的保护下人工开挖隧洞塌方体上半部分，开挖时尽量少扰动现有的塌方体，每开挖出50cm，布设一榀9#矿用工字钢，再重复以上作业工序布设无缝钢管和锁脚锚杆，并与工字钢可靠焊接；
4.2.5待隧洞上半部分开挖进入2m时，再开挖下半部分，并用9#矿用工字钢接腿，沿型钢拱架支腿布设3组共8根Φ22锁脚锚杆（单个支腿布设2组），锚杆长2.25m，用锚固剂固结，并与工字钢拱架可靠焊接；
4.2.6两工字钢拱架之间使用12根Φ22钢筋可靠焊接；
4.2.7及时对隧洞按要求立模浇筑初衬混凝土；
4.2.8重复以上步骤，循序渐进，直至塌方清理完毕。
对该隧洞K0+108∽K0+124塌方段进行处理后，该段隧洞再没有发生任何事故，处理效果比较理想。
5结语
隧洞塌方地段的地质条件差，塌方形成后，围岩更加松软、错乱，会形成更大的围岩压力。因此，加强施工临时支护和衬砌措施具有重要意义。除此之外，应对衬砌以外的空洞和围岩进行加固和固结灌浆，力求根治，以免后患。
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论文作者:吴浪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：隧洞论文; 围岩论文; 水工论文; 措施论文; 地质论文; 断面论文; 发生论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;