地下工程典型塌方處理及預(yù)防

曹建明 陳敦剛

摘要：以幾個(gè)地下工程典型案例的塌方處理和塌方預(yù)防為例，介紹幾種常用的塌方處理方法和塌方預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：地下工程；塌方成因分析；塌方處理；塌方預(yù)防

1、概述

在地下工程施工中，因?qū)こ痰刭|(zhì)條件對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響認(rèn)識(shí)不足，造成施工中許多決策上的失誤，特別是盲目追求施工進(jìn)度，忽視圍巖監(jiān)測(cè)，在洞室開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)新奧法施工理論片面的理解，忽視了新奧法施工的前提是洞室開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生變形到松動(dòng)破壞有時(shí)間效應(yīng)的特性，對(duì)松散體圍巖無(wú)自穩(wěn)時(shí)間缺乏了解，而不進(jìn)行必要的超前支護(hù)，往往是加速圍巖失穩(wěn)的主要原因。同時(shí)，在洞室的掘進(jìn)方法、支護(hù)方式以及支護(hù)時(shí)間上，因措施過(guò)當(dāng)，而造成了圍巖失穩(wěn)、引起洞室坍塌，甚至造成冒頂事故的發(fā)生。

近年來(lái)我公司承攬的地下工程施工成逐年上升趨勢(shì)，地下工程地質(zhì)條件也日趨復(fù)雜。為了吸取地下工程施工實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，總結(jié)提高地下工程施工技術(shù)水平，本文特將我公司施工的幾個(gè)地下工程塌方處理及預(yù)防措施的運(yùn)用情況進(jìn)行歸納介紹。

2、塌方處理案例

2.1A電站導(dǎo)流洞出口0+150～0+137塌方處理

2.1 工程簡(jiǎn)況

A電站導(dǎo)流洞出口高邊坡為坡積物，坡比1：0.5，覆蓋層為土夾石，巖體呈強(qiáng)風(fēng)化、膠結(jié)松散，頂拱范圍屬老河床沖積層，承載能力較差；施工中遇到突降暴雨，雨水滲入導(dǎo)流洞左側(cè)已支護(hù)工作面，邊墻出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致出口0+150～0+137段左側(cè)邊墻出現(xiàn)坍塌，隨即引起左側(cè)頂拱以上坍塌，造成洞內(nèi)18榀鋼支撐變形或拉裂，頂供左側(cè)邊坡處形成20m×10m×20m（長(zhǎng)×寬×高）的塌穴，EL704m高程以下邊坡噴護(hù)砼出現(xiàn)3cm寬的裂縫。與此同時(shí)，導(dǎo)流洞出口明渠左側(cè)邊墻受塌方體側(cè)壓力的影響，沿軸線方向約有1m發(fā)生斷裂，導(dǎo)流洞三分之二斷面被塌渣堵塞，左側(cè)塌渣已超過(guò)頂拱。

2.1.2 塌方處理方案

（1）在坍塌區(qū)處于自穩(wěn)階段，利用16#工字鋼，φ48mm鋼管及鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)棚架，棚架下部采用腳手架支撐、鋪設(shè)馬道板封閉，澆筑蓋板混凝土，自導(dǎo)流洞頂將塌穴隔斷，形成兩個(gè)獨(dú)立塌穴進(jìn)行處理。

（2）在鋼筋混凝土蓋板形成后，上部鋪設(shè)圓木、毛竹等柔性材料，厚度控制在1m左右，防止邊坡再次坍塌破壞混凝土蓋板，危及到下部導(dǎo)流洞塌方處理。

（3）為防止邊坡塌穴擴(kuò)大，造成邊坡整體失穩(wěn)，距邊坡開(kāi)挖坡角線5m處砌筑高2m、寬0.8m的擋墻，滲入基礎(chǔ)0.5m，并回填石渣鎮(zhèn)腳。

（4）導(dǎo)流洞塌方段頂拱混凝土襯砌完畢，在強(qiáng)度滿足要求后，用石渣回填邊坡塌穴，表面重新掛網(wǎng)、噴射混凝土保護(hù)。

（5）在鋼筋混凝土蓋板的保護(hù)下，進(jìn)行導(dǎo)流洞塌方處理、下半洞開(kāi)挖、支護(hù)及洞室混凝土襯砌。

2.1.3 主要施工措施

導(dǎo)流洞塌方處理采取先護(hù)頂，再自上而下開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌混凝土的程序進(jìn)行。

（1）為防止塌方體出渣過(guò)程中，左側(cè)墻體坍塌，首先對(duì)導(dǎo)流洞左側(cè)墻體進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿分兩步進(jìn)行，先進(jìn)行混凝土蓋板部分邊墻，再進(jìn)行導(dǎo)流洞洞內(nèi)部分邊墻固結(jié)灌漿。邊墻固結(jié)灌漿管按1m×1m間排拒梅花型埋設(shè)，插入角度為10°，孔深滲入塌方體5～6m。灌漿水灰比采用0.6：1水泥漿，摻加3％水玻璃。

（2）塌方處理前，緊鄰明拱端部安裝2榀全斷面鋼支撐，間距1.0m，鋼支撐采用φ25@100連接筋加固，沿導(dǎo)流洞底部設(shè)計(jì)開(kāi)挖線布置橫向地腳梁，邊墻布置鎖腳錨桿，長(zhǎng)度3.0m，排距1.0m，并與鋼支撐牢固焊接，形成鎖口。

（3）分臺(tái)階清理洞內(nèi)塌渣，先完成拱肩以上部位，安裝頂部鋼支撐，鋼支撐間距1m，并與混凝土蓋板預(yù)埋的插筋焊接成整體。

（4）在清理塌渣過(guò)程中，對(duì)左邊墻坍塌部位，與軸線形成一定夾角，打入φ28、L＝3m的插筋，間距20cm，外露端彎起，與工字鋼緣面焊接，并采用噴護(hù)混凝土進(jìn)行封閉，防止左邊墻失穩(wěn)。

（5）拱肩以上鋼支撐安裝完畢后，分兩段對(duì)頂拱進(jìn)行混凝土襯砌。

（6）頂拱混凝土澆筑完成后，進(jìn)行下半洞出渣，分左右兩個(gè)半洞交錯(cuò)進(jìn)行，同一側(cè)沿軸線方向，分段長(zhǎng)度原則上為塌方段邊墻的一半，并分兩層開(kāi)挖到位，每層原則上為邊墻高度的一半。

（7）下半洞邊墻與底板混凝土一起澆筑。

2.2B電站引水洞上游2+200～2+210m塌方處理

2.2.1 工程簡(jiǎn)況

B電站引水洞長(zhǎng)約3960m，洞室過(guò)水標(biāo)準(zhǔn)斷面為4.5m×4.5m，洞室軸線沿山坡向布置，近坡向洞室埋深較淺。山坡覆蓋層坡積物為砂礫石與孤石、漂石膠結(jié)。該地區(qū)處于亞熱帶地區(qū)，雨季時(shí)間較長(zhǎng)，雨水多聚積在覆蓋層內(nèi)，因此地下水位較高，雨水是地下水出露主要的補(bǔ)給源。

1#支洞進(jìn)入主洞后，向上游進(jìn)尺100m后與滑坡體交匯造成多起塌方，經(jīng)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的塌方處理后，仍然難以逾越滑坡體洞段。設(shè)計(jì)和監(jiān)理部門(mén)建議在上游主洞段約60m處改線，期望通過(guò)增加洞室近坡向埋深，繞過(guò)滑坡體與上游引水洞相接。改線段向上游掘進(jìn)約20m后，再次與滑坡體相遇，又一次造成塌方，緊鄰掌子面前有6榀鋼支撐變形。塌方過(guò)程中，地下水?dāng)y帶砂礫石淤積洞段長(zhǎng)約30m，因地下水與砂礫石形成的泥石流不斷從掌子面涌出，機(jī)械設(shè)備及施工人員無(wú)法接近掌子面，施工被迫中段。

2.2.2 塌方處理方案及措施

塌方出現(xiàn)20余天后，地下水出露仍無(wú)衰減的趨勢(shì)，因地下水不斷攜帶砂礫石從掌子面流出，短時(shí)間間隔后不時(shí)聽(tīng)到一陣孤石、漂石坍塌、滑落的聲音，為防止因塌方過(guò)程的不斷積累而引起冒頂，第一步工作主要圍繞接近掌子面展開(kāi)：①在塌方體淤積的兩側(cè)挖排水溝進(jìn)行排水，以便砂礫石瀝水后，可以接近掌子面；②對(duì)變形的鋼支撐進(jìn)行加固、頂撐，防止塌方范圍擴(kuò)大；③在加固后的鋼支撐頂部插入鐵皮、彩條布形成防水棚④從已加固的鋼支撐開(kāi)始，加密插筋，形成2排鋼筋棚架。第一排鋼筋棚架上挑角度25～30°，第二排鋼筋棚架上挑10～15°。每排鋼筋棚架長(zhǎng)約3～3.5m，尾部與鋼支撐焊接牢固。

在完成上述準(zhǔn)備工作后，第二步工作以塌方段護(hù)頂為紅線進(jìn)行，利用已加固的鋼支撐為支點(diǎn)，先進(jìn)行拱肩以上部分的鋼支撐安裝。①?gòu)膬蓚?cè)開(kāi)始，對(duì)拱肩以上塌方體進(jìn)行挖除，每次進(jìn)尺不超過(guò)50cm，每3榀鋼支撐焊接2根平行于洞軸線方向的工字鋼，形成懸臂梁，作為拱肩以上鋼支撐安裝的支點(diǎn)，安裝拱部鋼支撐；②采用頂撐的方式加固鋼支撐，焊接鋼支撐間的縱向連接鋼筋；③在安裝的鋼支撐頂部形成下一茬鋼筋棚架，上挑角度與第一步施工一致；④對(duì)鋼筋棚架間的縫隙采用枋材進(jìn)行回填，防止頂拱因漏渣形成塌穴后造成較大的脫空現(xiàn)象，引起大的坍塌，對(duì)鋼支撐造成沖擊破壞；⑤對(duì)已安裝鋼支撐段安排出渣，懸臂鋼支撐底部接腿，完成整榀鋼支撐的安裝及加固；⑥進(jìn)入下一循環(huán)，按①、②、③、④、⑤的順序進(jìn)行施工，直至通過(guò)塌方段。

引水洞上游主洞塌方段處理完成后，因鋼支撐頂部多為松散的、流動(dòng)的坡積物，導(dǎo)致鋼支撐頂部圍巖壓力過(guò)大，造成了局部鋼支撐整體下沉，部分鋼支撐頂拱變形嚴(yán)重，為此進(jìn)行了鋼支撐的托換工作。具體采取措施如下：①對(duì)需要保留的鋼支撐進(jìn)一步進(jìn)行加固，并設(shè)落地頂撐支撐牢固；②采用鋼筋棚架從上下游兩個(gè)方向?qū)π枰袚Q部位進(jìn)行加密棚護(hù)；③逐步割除該部位與其它部位的連接筋、鋼筋棚架，抽除鋼支撐頂上回填的背材，有條件的控制漏渣，解除鋼支撐頂部的壓力；④逐步割除被托換鋼支撐，凈空斷面滿足設(shè)計(jì)要求；⑤安裝托換鋼支撐，并與其它鋼支撐焊接成一體。

3、塌方預(yù)防措施案例

3.1C電站引水洞出口開(kāi)挖塌方預(yù)防