地下工程典型塌方处理及预防

曹建明 陈敦刚

摘要：以几个地下工程典型案例的塌方处理和塌方预防为例，介绍几种常用的塌方处理方法和塌方预防措施。

关键词：地下工程；塌方成因分析；塌方处理；塌方预防

1、概述

在地下工程施工中，因对工程地质条件对围岩稳定的影响认识不足，造成施工中许多决策上的失误，特别是盲目追求施工进度，忽视围岩监测，在洞室开挖过程中，对新奥法施工理论片面的理解，忽视了新奥法施工的前提是洞室开挖后围岩应力重新分布而产生变形到松动破坏有时间效应的特性，对松散体围岩无自稳时间缺乏了解，而不进行必要的超前支护，往往是加速围岩失稳的主要原因。同时，在洞室的掘进方法、支护方式以及支护时间上，因措施过当，而造成了围岩失稳、引起洞室坍塌，甚至造成冒顶事故的发生。

近年来我公司承揽的地下工程施工成逐年上升趋势，地下工程地质条件也日趋复杂。为了吸取地下工程施工实践中的经验和教训，总结提高地下工程施工技术水平，本文特将我公司施工的几个地下工程塌方处理及预防措施的运用情况进行归纳介绍。

2、塌方处理案例

2.1A电站导流洞出口0+150～0+137塌方处理

2.1 工程简况

A电站导流洞出口高边坡为坡积物，坡比1：0.5，覆盖层为土夹石，岩体呈强风化、胶结松散，顶拱范围属老河床冲积层，承载能力较差；施工中遇到突降暴雨，雨水渗入导流洞左侧已支护工作面，边墙出现流砂现象，导致出口0+150～0+137段左侧边墙出现坍塌，随即引起左侧顶拱以上坍塌，造成洞内18榀钢支撑变形或拉裂，顶供左侧边坡处形成20m×10m×20m（长×宽×高）的塌穴，EL704m高程以下边坡喷护砼出现3cm宽的裂缝。与此同时，导流洞出口明渠左侧边墙受塌方体侧压力的影响，沿轴线方向约有1m发生断裂，导流洞三分之二断面被塌渣堵塞，左侧塌渣已超过顶拱。

2.1.2 塌方处理方案

（1）在坍塌区处于自稳阶段，利用16#工字钢，φ48mm钢管及钢筋网铺设棚架，棚架下部采用脚手架支撑、铺设马道板封闭，浇筑盖板混凝土，自导流洞顶将塌穴隔断，形成两个独立塌穴进行处理。

（2）在钢筋混凝土盖板形成后，上部铺设圆木、毛竹等柔性材料，厚度控制在1m左右，防止边坡再次坍塌破坏混凝土盖板，危及到下部导流洞塌方处理。

（3）为防止边坡塌穴扩大，造成边坡整体失稳，距边坡开挖坡角线5m处砌筑高2m、宽0.8m的挡墙，渗入基础0.5m，并回填石渣镇脚。

（4）导流洞塌方段顶拱混凝土衬砌完毕，在强度满足要求后，用石渣回填边坡塌穴，表面重新挂网、喷射混凝土保护。

（5）在钢筋混凝土盖板的保护下，进行导流洞塌方处理、下半洞开挖、支护及洞室混凝土衬砌。

2.1.3 主要施工措施

导流洞塌方处理采取先护顶，再自上而下开挖、支护、衬砌混凝土的程序进行。

（1）为防止塌方体出渣过程中，左侧墙体坍塌，首先对导流洞左侧墙体进行固结灌浆。固结灌浆分两步进行，先进行混凝土盖板部分边墙，再进行导流洞洞内部分边墙固结灌浆。边墙固结灌浆管按1m×1m间排拒梅花型埋设，插入角度为10°，孔深渗入塌方体5～6m。灌浆水灰比采用0.6：1水泥浆，掺加3％水玻璃。

（2）塌方处理前，紧邻明拱端部安装2榀全断面钢支撑，间距1.0m，钢支撑采用φ25@100连接筋加固，沿导流洞底部设计开挖线布置横向地脚梁，边墙布置锁脚锚杆，长度3.0m，排距1.0m，并与钢支撑牢固焊接，形成锁口。

（3）分台阶清理洞内塌渣，先完成拱肩以上部位，安装顶部钢支撑，钢支撑间距1m，并与混凝土盖板预埋的插筋焊接成整体。

（4）在清理塌渣过程中，对左边墙坍塌部位，与轴线形成一定夹角，打入φ28、L＝3m的插筋，间距20cm，外露端弯起，与工字钢缘面焊接，并采用喷护混凝土进行封闭，防止左边墙失稳。

（5）拱肩以上钢支撑安装完毕后，分两段对顶拱进行混凝土衬砌。

（6）顶拱混凝土浇筑完成后，进行下半洞出渣，分左右两个半洞交错进行，同一侧沿轴线方向，分段长度原则上为塌方段边墙的一半，并分两层开挖到位，每层原则上为边墙高度的一半。

（7）下半洞边墙与底板混凝土一起浇筑。

2.2B电站引水洞上游2+200～2+210m塌方处理

2.2.1 工程简况

B电站引水洞长约3960m，洞室过水标准断面为4.5m×4.5m，洞室轴线沿山坡向布置，近坡向洞室埋深较浅。山坡覆盖层坡积物为砂砾石与孤石、漂石胶结。该地区处于亚热带地区，雨季时间较长，雨水多聚积在覆盖层内，因此地下水位较高，雨水是地下水出露主要的补给源。

1#支洞进入主洞后，向上游进尺100m后与滑坡体交汇造成多起塌方，经长达3个月的塌方处理后，仍然难以逾越滑坡体洞段。设计和监理部门建议在上游主洞段约60m处改线，期望通过增加洞室近坡向埋深，绕过滑坡体与上游引水洞相接。改线段向上游掘进约20m后，再次与滑坡体相遇，又一次造成塌方，紧邻掌子面前有6榀钢支撑变形。塌方过程中，地下水携带砂砾石淤积洞段长约30m，因地下水与砂砾石形成的泥石流不断从掌子面涌出，机械设备及施工人员无法接近掌子面，施工被迫中段。

2.2.2 塌方处理方案及措施

塌方出现20余天后，地下水出露仍无衰减的趋势，因地下水不断携带砂砾石从掌子面流出，短时间间隔后不时听到一阵孤石、漂石坍塌、滑落的声音，为防止因塌方过程的不断积累而引起冒顶，第一步工作主要围绕接近掌子面展开：①在塌方体淤积的两侧挖排水沟进行排水，以便砂砾石沥水后，可以接近掌子面；②对变形的钢支撐进行加固、顶撑，防止塌方范围扩大；③在加固后的钢支撑顶部插入铁皮、彩条布形成防水棚④从已加固的钢支撑开始，加密插筋，形成2排钢筋棚架。第一排钢筋棚架上挑角度25～30°，第二排钢筋棚架上挑10～15°。每排钢筋棚架长约3～3.5m，尾部与钢支撑焊接牢固。

在完成上述准备工作后，第二步工作以塌方段护顶为红线进行，利用已加固的钢支撑为支点，先进行拱肩以上部分的钢支撑安装。①从两侧开始，对拱肩以上塌方体进行挖除，每次进尺不超过50cm，每3榀钢支撑焊接2根平行于洞轴线方向的工字钢，形成悬臂梁，作为拱肩以上钢支撑安装的支点，安装拱部钢支撑；②采用顶撑的方式加固钢支撑，焊接钢支撑间的纵向连接钢筋；③在安装的钢支撑顶部形成下一茬钢筋棚架，上挑角度与第一步施工一致；④对钢筋棚架间的缝隙采用枋材进行回填，防止顶拱因漏渣形成塌穴后造成较大的脱空现象，引起大的坍塌，对钢支撑造成冲击破坏；⑤对已安装钢支撑段安排出渣，悬臂钢支撑底部接腿，完成整榀钢支撑的安装及加固；⑥进入下一循环，按①、②、③、④、⑤的顺序进行施工，直至通过塌方段。

引水洞上游主洞塌方段处理完成后，因钢支撑顶部多为松散的、流动的坡积物，导致钢支撑顶部围岩压力过大，造成了局部钢支撑整体下沉，部分钢支撑顶拱变形严重，为此进行了钢支撑的托换工作。具体采取措施如下：①对需要保留的钢支撑进一步进行加固，并设落地顶撑支撑牢固；②采用钢筋棚架从上下游两个方向对需要托换部位进行加密棚护；③逐步割除该部位与其它部位的连接筋、钢筋棚架，抽除钢支撑顶上回填的背材，有条件的控制漏渣，解除钢支撑顶部的压力；④逐步割除被托换钢支撑，净空断面满足设计要求；⑤安装托换钢支撑，并与其它钢支撑焊接成一体。

3、塌方预防措施案例

3.1C电站引水洞出口开挖塌方预防