隧洞施工中塌方处理的创新与探索

彭跃挺

（厦门市汀溪水库管理处 福建 厦门 361100）

1 工程概况

厦门市竹坝水库至梅山水厂输水项目工程总投资6943万元，是厦门市重点项目工程，在厦门地区属于大型水利项目。本工程是响应了市委市政府的“城市供水以水库保障为主，以九龙江为辅；生活饮用水以水库水源为主；工业等生产用水以九龙江为主”的城市供水结构“两个转变”的要求，在保证应急水源库容的前提下提供同安、翔安两区日常供水的补充，并对本区水资源进行优化配置。竹坝水库至梅山水厂输水工程项目建设规模：建设主线长度9.95km（含隧洞2段合计959m），管道直径为DN1400，采用钢筒预应力混凝土管。支线长度1.21km（供银鹭水厂，管道直径DN800）。隧洞2段分别为竹坝坝头隧洞及猴石山隧洞，总长959m，其中竹坝坝头隧洞长度为520m。竹坝坝头隧洞起讫里程桩号为K0+005～K0+525，长520m，进口接取水口建筑物，出口接DN1400输水管道。隧洞为低压低流速满流隧洞。断面采用斜侧墙拱形断面，圆拱中心角199°，V级围岩段采用复合衬砌，内部净空采用直径2m的圆形断面，其余围岩采用锚喷衬砌。由于部分地段为全风化到强风化花岗岩，隧洞洞顶覆盖层厚较浅，属于浅埋式隧洞。竹坝坝头隧洞为岩土洞，开挖洞径为3.0m，扩脚平底圆形断面，全断面采用钢筋混凝土衬砌，最大衬砌厚度500mm。本隧洞采用进出口2个工作面，隧洞单向掘进的最大长度约为300m。本文重点讨论与探索坝头隧洞开挖过程发生较大塌方的处理。

2 隧洞塌方的基本情况及原因分析

竹坝隧洞开挖从上游取水口K0+005桩号开始往下游方向开挖，当开挖到桩号K0+141m～K0+146m时，发生了较大塌方，形成宽约3.0m，高约2.5m，长约5m的狭长塌腔。从塌落下来的土层看主要为强风化花岗岩，含水量较大，岩土层极不稳定，存在着很大的安全隐患；坍塌岩土堵塞了掘进作业面，只得暂停开挖，等坍塌洞处理完毕，才能继续掘进，严重延误了施工工期。

本隧洞工程处在强风化花岗岩的地质层，水文条件较为复杂，竹坝隧洞掘进过程中，形成较大塌腔问题。由于该段地质情况为全风化到强风化花岗岩层，遇水后极易软化，加上该地段地下水丰富，施工中又未及时排干地下水，以至于洞顶的强风化花岗岩遇水软化，岩土层荷载失稳，造成坍塌。若不及时处理好，很容易坍洞会扩大和蔓延，危及施工人员和财产的安全。

3 隧洞发生塌方后的处理方案

隧洞塌方后，组织相关人员对塌方的现场进行调查和研究，根据围岩地质情况以及地下水情况，找到塌方原因，制定可行方案。

3.1 一般常规处理方案

主要是用砼泵车泵送砼的喷锚处理方案。基本的处理步骤为：①先对未塌方地段进行加固处理，以防塌方蔓延。②施工排水。③塌方清理土渣后，采用工字钢拱架按2m水平间距沿隧洞设计开挖线支撑，加焊φ16mm钢筋作横向连接，间隔为500mm，再挂钢筋网，网的钢筋间距为200mm×200mm，预留导浆管。④采用砼泵车导管泵送砼喷锚作为初期支护。⑤在临时支护结构的保护下，边清边挖边撑，将隧洞设计开挖线内的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同时，为了避免前方塌方掌子面发生坍塌，应采用工字钢或钢管等将掌子面塌方支撑牢固。各个支撑构件均不得侵占衬砌断面。⑥通过导浆管对支护内较大的坍腔进行泵送注砼浆充实。⑦随即再对隧洞按设计要求进行钢筋混凝土衬砌。⑧也可以直接从隧洞顶上塌方洞的顶上地面，停靠砼泵车，然后从上而下，泵送砼喷锚塌方腔洞。

常规处理方案的不妥之处:对本工程而言，存在如下不妥之处：①因为常规处理方案是属于小跨径塌方处理方案，本工程塌方造成隧洞截面超挖，远超过安全规范上要求的15cm厚度，本工程隧洞顶上的实际塌方深度为2.5m，已经形成宽3m长5m的大空洞。再说进入4月汛期雨季，渗水量大，掌子面遇水软化，出现隧洞顶上层的地面塌陷，再处理会很困难，如果一味冒险掘进，极易出现安全事故，所以要处理彻底再掘进，方能根本解决塌方后患。②采用砼喷锚回填塌方空腔，以后二衬就不要再处理坍腔了，虽能达到一定的处理效果，但在本工程施工却难以实施。因为用砼泵送车输送砼泵管，在洞内要达到150多米长，还要经过2个直角转弯，输送砼阻力很大，砼极容易堵住，隧洞进口因很靠近围堰，场地狭窄隧洞口深又窄，砼泵送车无施展场所，故要用砼泵车输送砼喷锚，实际是无法实施的。③若要从塌方洞顶的地面上直接钻孔到塌陷处灌注砼浆，因隧洞内地层是全风化岩土层，极易塌方蔓延扩大，危及安全；地面上又是部队的泵房和营房，也很难协调，是无法实施的方案。

3.2 创新方案

再三权衡各种方案的利弊，提出了创新的处理塌洞方案为：取消泵车泵送砼喷锚的方案，也不采用塌方洞顶往下泵送砼浆喷锚的方案，而是采用在工字钢拱架上铺一层钢板，钢板上再铺一层厚0.3m的钢筋砼基础底板，再在基础底板上面，采用浆砌块石充填密实塌腔。具体施工步骤如下：

（1）在浆砌之前，首先把支撑工字钢架全部加固锁紧，锁角锁紧锁好，确保施工作业面稳定安全。

（2）在拱架处靠近塌腔口预留0.6m×0.6m的施工进出作业孔，以方便工人提砼浆桶进入施工，这是施工关键点。

（3）在工字钢拱架上铺一层5mm厚钢板，钢板首先在加工场按尺寸裁好便于搬运，再搬到隧洞内放到钢拱架上拼装焊接。

（4）在钢板上用12mm钢筋作撑码，铁板面上铺上直径16mm间距20cm钢筋双排布置。

（5）通过在洞口搅拌机搅拌好砼，用斗车运到长150m隧洞内,采用铁筒人工提进作业口上面，再浇筑30cm厚钢筋砼基础底板。这是最关键的环节。

（6）等待基础底板具有砼强度后，在基础底板上再采用浆砌块石施工，即在基础底板的上面，从远处往作业孔口逐步砌筑浆砌块石，用浆砌块石密实回填塌腔，直到把空腔填满。该方案效果很好。

为保证以上施工方案的顺利实施，还要注意以下施工措施进行技术保证：①为避免在施工中再次造成塌方，影响工程安全和进展，防止再次塌方是保证安全和快速掘进的关键。②施工过程中，随时观察和监测有无异常，仔细研究岩体和地下水变化规律，及时抽排完地下渗水，不断修正和完善施工方案。③勤观测：在施工过程中，及时安装监测设施，随时观察和量测。现场根据工程地质及水文地质变化情况，研究变化规律，据以制订施工对策，及时预报岩体稳定情况。④短进尺掘进：遇岩性不良地段，要调整爆破参数，遇到孤石严格控制进尺，少装药，放小炮，保证断面规整，为初期支护创造条件。⑤强支护：及时支护是消除塌方的重要手段，强支护是预防塌方的主要措施，及时预备一批工字钢拱架及钢筋网，以备应急时马上支护。

4 结语

通过以上对隧洞塌方处理方案的探讨，使我们觉得塌方的施工处理方案和措施是解决塌方问题的关键。本工程的塌方处理施工方案和措施具有如下优点：①施工操作十分方便，安全、高效、低成本。②构想奇特、创新又符合本工程现场的实际情况。③在以上强风化花岗岩地质条件下，供水隧洞塌方处理的创新和探索，值得推广，也可以供类似工程参考与借鉴。陕西水利