水電站隧洞施工中塌方的處理措施研究

龍倍佳 劉琴艷

【摘要】本文就水電站隧洞施工中產(chǎn)生塌方的原因、塌方的各種類型及隧洞塌方的處理措施做了一些分析研究。

【關(guān)鍵詞】水電站；隧洞塌方；處理措施

一、引言

該水電站輸水隧洞工程采用城門洞型無壓隧洞型式，頂拱為123。圓弧，縱坡為1/700。其開挖斷面為B×H=3.4×3.4m，成型斷面為B×H=2.8×2.8m，砼標(biāo)號為C20。輸水隧洞全長7626m，其間穿越地形復(fù)雜多變的高山、溝谷及洼地。該地區(qū)屬典型喀斯特地形，河谷深切，以巖溶地貌為主，隧洞穿越地層主要為二疊統(tǒng)一石灰統(tǒng)中厚層可溶性灰?guī)r，其間夾有礫巖、頁巖、砂巖、泥巖、煤層，且該地區(qū)多雨，地下水豐富，地質(zhì)條件相對復(fù)雜。隧洞開挖過程中共遇到一處洞口大體積滑塌、三處大型溶洞、七處冒頂塌方、200m長強(qiáng)風(fēng)化煤層、90m長沙土層，已造成洞線三處改線，報廢已成型隧洞230m。

二、隧洞施工中產(chǎn)生塌方的原因

（一）不良地質(zhì)原因

不良地質(zhì)主要包括沙土層，煤矸石層、風(fēng)化變質(zhì)巖體、裂隙發(fā)育巖體、崩塌巖堆地區(qū)、斷層帶、溶洞、滑坡、泥石流、膨脹性地層等，當(dāng)隧洞從這些巖體中通過時，如稍有疏忽，就可能發(fā)生大塌方。

（二）施工不當(dāng)原因

在軟弱、破碎、偏壓、淺埋等地層中施工隧洞時根據(jù)實際需要采用超前錨桿等預(yù)支護(hù)加固，增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力。開挖鉆爆按照“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、少擾動、早封閉、強(qiáng)支護(hù)”原則施工，每排炮后及時進(jìn)行錨桿、噴砼、掛網(wǎng)、鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)，形成柔性封閉環(huán)，限制早期圍巖變形過大。針對具體情況，采用同分部開挖方法，減少次開挖支護(hù)跨度，利于成洞穩(wěn)定。成洞后，除按設(shè)計圖紙要求及時埋設(shè)各種觀測儀器外，初期通過加密觀測、勤量測及時反饋信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圍巖變形速率過大，及時進(jìn)行砼襯砌。施工中若沒有按以上要求進(jìn)行塌方是很難避免的。爆破參數(shù)不正確，周邊眼裝藥量過大，爆破后的不正確找頂，極易引起圍巖頂部承載網(wǎng)的整個失穩(wěn)而塌方。施工中該架設(shè)鋼支撐的地段沒有架設(shè)或者即是架設(shè)了但間距過大，錨桿長度不夠，數(shù)量不足，角度不對，該掛設(shè)鋼筋網(wǎng)的地方?jīng)]掛網(wǎng)，噴混凝土厚度不夠，尤其用模注混凝土代替噴混凝土，對圍巖裂隙不能充填，甚至不能保證和開挖面密貼，也就不能加強(qiáng)圍巖強(qiáng)度。形不成噴層和地層共同作用，隨著爆破所產(chǎn)生動荷載的作用，會造成后部塌方。洞口段一般巖層較差，而且常伴有偏壓。因此，如果施工方法不當(dāng)，極易造成塌方，一旦塌方，處理將非常困難。

（三）地壓原因

偏壓和滑坡在隧道洞口段易造成塌方，塑性地壓引起隧道擠出性破壞也時有發(fā)生，高地應(yīng)力區(qū)的完整堅硬巖體常發(fā)生巖爆等現(xiàn)象。

（四）地下水原因

地下水會使軟化系數(shù)大的巖石強(qiáng)度降低，造成結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減弱。若遇斷層，更易發(fā)生涌水而導(dǎo)致塌方。

三、隧洞塌方的各種類型

（一）洞內(nèi)小范圍局部塌方落石

Ⅲ類及Ⅲ類以上的硬巖中洞室開挖后，不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體面的摩擦力向洞內(nèi)滑移而發(fā)生塌方，這種塌方規(guī)模較小，一般塌方高度在0.3m-1.5m，多發(fā)生在拱部，有時也出現(xiàn)在側(cè)壁。預(yù)防這類塌方一般采用爆后及時進(jìn)行局部錨噴混凝土，一般錨桿長度不小于3m，噴混凝土厚度在8cm-10cm。

（二）特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)塌方

水電站主要為溶洞偏壓產(chǎn)生的塌方，此類塌方預(yù)防可采用超前支護(hù)同時用雙側(cè)壁法、中壁法等保證偏壓隧洞不塌方。

（三）洞口大變形的塌方

隧洞口段極易發(fā)生洞頂?shù)乇黹_裂、變形或下沉，坍塌通頂。洞口段施工注意減少爆破振動影響，及時進(jìn)行錨噴加固、排水處理等是預(yù)防洞口大型滑塌的主要措施。

四、隧洞塌方的處理措施

（一）洞內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化帶、斷層、破碎帶、裂隙發(fā)育段塌方處理

強(qiáng)風(fēng)化帶、斷層、破碎帶、裂隙發(fā)育段在施工中所遇較多。處理措施有：爆破前在頂拱段打超前錨桿（深度3m；水平夾角60。；Φ25螺紋鋼）4-8根；爆破應(yīng)遵循“短進(jìn)尺、小藥量、弱爆破、快支護(hù)、勤觀測”的原則，盡量減小振動對穩(wěn)定的影響；待相鄰段穩(wěn)定后，以短進(jìn)尺清渣；清除危石后立即施噴混凝土，爆后若發(fā)現(xiàn)巖石裂隙發(fā)育，及時進(jìn)行噴護(hù)；對塌空部位及時進(jìn)行漿砌石回填，防止巖石變形后出現(xiàn)大量坍塌；若破碎帶、斷層嚴(yán)重地質(zhì)情況，兩側(cè)或頂拱局部出現(xiàn)采用砌石、圍木等方式支撐；全斷面出現(xiàn)則采用槽鋼、木材聯(lián)合支撐，槽鋼支撐間距l(xiāng)m-1.5m，頂部必須以巖石結(jié)合緊密，不能留有空隙；循序漸進(jìn)、往前施工。

（二）大方量塌方或冒頂處理

隧洞掘進(jìn)中若遇到一些強(qiáng)風(fēng)化帶、斷層、破碎帶、裂隙發(fā)育等地質(zhì)條件較差段時，在圍巖變形前一定要及時進(jìn)行臨時支護(hù)，防止出現(xiàn)大量塌方甚至冒頂，造成大的損失。但由于該地區(qū)多雨，暴雨季節(jié)給工程造成了巨大破壞，隧洞掘進(jìn)中三處相距出現(xiàn)冒頂，一處冒頂發(fā)展成長20m、寬4m天窗。冒頂處理費用相對較高，其處理方法如下：對已冒頂部位暫不出渣，避免出現(xiàn)更大量塌方；人工清開洞底兩側(cè)，用工字鋼做拱架支護(hù)；拱架頂部每隔10cm打入長lm錨桿（Φ25螺紋鋼，一頭削尖）；出渣推進(jìn)50cm后再安設(shè)工字鋼拱架鋼支撐，并縱向連接，上下與錨桿、管棚焊接形成為一完整受力體；推進(jìn)4m后作鋼筋砼襯砌；襯砌好洞段頂部若有空洞，做緩沖層處理；進(jìn)行監(jiān)控量測；循序漸進(jìn)，循環(huán)推進(jìn)。

（三）洞內(nèi)溶洞的處治方法

作業(yè)區(qū)上游隧洞開挖至170m處遇一大型溶洞（長28m、寬22m、深20m），下游隧洞開挖至300m處遇一大型溶洞（長88m、寬30m、中部有一深達(dá)30m、長20m溶槽）。處理辦法有：清除溶洞內(nèi)充填物和懸吊鐘乳；沿洞周打錨桿，布設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴混凝土；設(shè)置量測點，加強(qiáng)變形監(jiān)測；排水降壓，開挖平導(dǎo)進(jìn)行排水，由平導(dǎo)向正洞方向打放水孔，加速排水；上游隧洞所遇溶洞穩(wěn)定性差，在保證安全的情況下，分層回填至隧洞底部高程，在隧洞兩側(cè)存在大量爆破棄渣，按隧洞襯砌型式做鋼筋砼。為防止石頭落下，鋼筋砼做好后頂部堆1.5m棄渣做緩沖層。下游隧洞所遇溶洞穩(wěn)定性很好，盡量不破壞原有溶洞構(gòu)造，清除多年堆積物后作鋼筋砼明涵通過。為加快進(jìn)度，在溶槽位置作鋼架橋機(jī)械、人員通過，隧洞繼續(xù)掘進(jìn)。以后拆除鋼架橋作鋼筋砼橋型基礎(chǔ)，采取梁跨的措施，橫梁和支墩支托縱梁，縱梁上再作隧洞邊墻，縱梁采用鋼筋混凝土板梁以支撐邊墻，板梁分別置于懸臂橫梁上，懸臂的固定端埋入鋼筋，增加穩(wěn)定。

五、結(jié)束語

塌方對于隧洞施工危害嚴(yán)重，塌方往往由多種因素共同造成，因此在預(yù)防及治理塌方時要對以上的方法綜合運用，確保施工安全，將塌方危害降至最低。目前該隧洞已通水，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、地質(zhì)、施工等單位的聯(lián)合驗收，基本達(dá)到預(yù)期目的，能夠保證工程的安全運行。

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