艾伟
陕西江汉水电勘测设计有限公司 陕西西安 710016
摘要：小型水利工程中隧洞的塌方已成为施工过程中常见的事故，目前多数引水式电站隧洞工程投资占总投资的比重越来越高，其工期为控制性工期，如何在保证安全的前提下，尽快处理塌方事故，减少事故损失，显得十分重要。本文通过对马踪水电站引水隧洞塌方原因及处理方式的分析，为类似工程提供参考。
关键词：隧洞塌方、原则、处理方法。
1工程概况
马踪水电站处于汉江一级支流牧马河中游，位于西乡县沙河镇马踪滩村，属径流引水式小型水电站。电站安装两台轴伸贯流式水轮发电机组，装机容量2×400kW，多年平均发电量493.7万kW·h，设备年利用小时6236h。该电站于1965年10月动工兴建，1969年5月竣工发电，于2012年进行增效扩容改造，为满足扩容机组引水流量要求，对引水隧洞按照原隧洞路线进行扩挖改造，主隧洞长度649.17m，城门洞型断面，开挖断面尺寸为5.5m×6.3m（宽×高），圆心角α=107.9°。2015年5月4日，隧洞自末端（扩建0+649.17）向进水口方向施工，在施工至桩号扩建0+270.00时发生塌方现象，拱顶形成不规整的塌腔，洞轴线方向塌方段长度为3.0m，垂直轴线方向约4.5m，塌腔高度为4.5m～5.0m。
2隧洞塌方原因分析
经分析主要有三方面原因：①地形地质影响：塌方段岩性为花岗片麻岩，位于洞轴线的穿沟段，上覆围岩厚20～35m，覆盖层厚度较薄；②地下水影响：受3组裂隙影响，裂隙间相互切割，导致围岩较为破碎，透水性增强，洞内渗水情况较为严重，在地下水位与降水共同影响下，围岩孔隙水压力增加，减弱围岩间的摩擦；③爆破影响：开挖过程中受到爆破震动，导致隧洞塌方。
3塌方处理设计方案
3.1塌方规模的界定及处理原则
首先需确定塌方体的规模-1，小塌方——塌方体尚未将洞室全部堵塞，且塌方继续发展的间隙较长或基本停止，有可能进入塌穴观察及处理者：大塌方——塌方体规模较大，已将洞室堵严，或塌方继续不停地扩展，不断补给，无法进入塌穴观察者。通顶及冒顶塌方一般属于大塌方。
根据国内工程师的经验总结-1，小塌方的处理原则为“小塌清，先支后清”，即应先支护塌穴和塌方口，将塌方段顶部支撑牢固，以防继续坍塌，在支撑体的保护下，再清除塌方体。大塌方的处理原则为“大塌穿，先护后挖”，即在无法支撑塌穴，也不容许清渣或清渣将使塌方范围扩大的情况下，可将塌方体看成极松散破碎的地层，应当采取“大塌穿”方式开挖导坑穿越塌方体。穿越塌方体时采用“先护后挖”或“先棚后穿”的施工顺序。
两种塌方的处理思路均强调支护为先，小塌方更加强调的是对塌腔面的支护，一般更适合整体稳定性较好，尤其是局部岩层掉块的洞段，且处理措施以喷锚为主、简单的拱架支护及其他措施为辅的情况，而大塌方更加强调的是对塌腔体的支护，一般均需采用拱架与顶部支护形成棚状结构，辅以灌浆与其他措施。目前多数小型引水式电站建设过程中，引水隧洞等地下工程投资所占总投资比重均较高，即便如本工程中仅扩挖的隧洞，其工期仍为工程建设的控制性工期，缩短隧洞施工工期对控制工程投资有着重要作用，而隧洞塌方处理可延误工期几天、十几天、甚至数十天，故在保证安全与质量的前提下以最短时间处理塌方显得格外重要。
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马踪水电站引水隧洞塌方体体积约为50m3，塌方体基本封堵掌子面且受地下水影响，但塌方已无明显的变化趋势，趋于稳定，且可以进入塌腔体观察，故最终确定按照小塌方的原则进行处理，总体的处理方案为：洞内外排水→初喷与清渣→拱架支护→塌腔面喷护封闭并棚护→拱架喷护封闭。
3.2塌方处理设计
①洞内外排水
洞外排水：由于塌方时段已接近汛期，雨水较多，应先对洞顶地面进行排水处理，减少地表水的渗入，在一定高度的坡面修建截水沟且将低洼区的积水及时排出沟道。
洞内排水：根据渗水点位置在渣体面开挖临时沟槽，铺设塑料布将渗水引至安全洞段排水沟，统一排至洞外，为处理工作创造有利条件。
②初喷与清渣
初喷工作首先是减少岩面与空气的接触，延迟开挖岩面的氧化过程，有利于开挖面的整体性的保持，其次是对岩面的浮渣可以进行简单的清理，为后续施工提供安全条件，在塌方稳定后，对塌腔面、掌子面、侧墙及其他临空面采用C30素混凝土的喷护封闭，防止塌方恶化，喷护厚度为5cm。待喷护工作结束后进行边墙侧的清渣处理，无需将渣体整体清除，仅满足拱架支护施工要求即可。
③拱架支护
由于塌方高度较高，故拱架支护分为主、副拱架，主拱架在下，副拱架在上。首先在隧洞稳定段（扩建0+271.00～扩建0+270.00）铺设钢拱架（I18），拱架形式为城门洞型，紧贴岩壁，局部空隙可采用木楔处理，保证拱架牢固，每榀间距0.5m，直墙段单侧拱架布设两道锁角锚杆4根，规格为φ22螺纹钢，单根长为2.0m，拱架直墙段之间采用φ22连接筋，间距1.0m，布设钢筋网片规格为φ8@150mm，保证拱架形成整体，其次自扩建0+270.00至掌子面布设主拱架，其布设方式如前所述，但暂不铺设钢筋网片，最终在主拱架上架设副拱架，仍采用I18型钢，其形状根据塌腔体进行布置，原则为尽量紧贴塌腔面，可辅以角钢对工字钢进行固定，塌腔表面布设钢筋网片，规格如前，采用工字钢径向支撑进行固定。
④塌腔面喷护封闭并棚护
对塌腔面采用C30混凝土再次喷护封闭，厚度为10cm，待喷护工作结束后，采用直径不小于20cm的圆木对塌腔体进行棚护，尽量填充密实，以防岩块脱落砸向拱架。
⑤拱架喷护封闭
主拱架背部布设钢筋网片应与棚护工作相协调，保证钢筋网片满布，并将连接筋安装完毕，并再次喷护C30混凝土，将主拱架整体封闭，厚度为15cm。
4结语
本次塌方处理历时6天，后期对该塌方段进行了衬砌，至二次衬砌时，经观察拱架稳定，喷护的混凝土面无裂缝，塌腔无再发展的情况，工程处理效果明显，说明处理方式切实可行。
参考文献:
（1）陈晓东，隧洞工程施工塌方预防及处理[J]，人民珠江.2004，25（2）；
（2）林继镛，水工建筑物[M]，中国水利水电出版社；
（3）《水利水电工程喷锚支护技术规范》[S]。
论文作者:艾伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/6
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