留核心土法和分部分层开挖法在隧洞塌方处理中的应用

江建国 吴静

摘 要：选择合理的施工方案，是大断面隧洞塌方处理施工成败的关键。笔者结合某水电站导流洞工程塌方处理工程实例，说明采用留核心土法和分部分层开挖法进行隧洞塌方处理是行之有效的方法。

关键词：隧洞；塌方处理；留核心土法；分部分层开挖法

引言

塌方是隧洞开挖施工中常见的现象，然而，如何根据各工程的客观施工条件和地质条件，制定出合理的塌方处理方案却是一个艰难的抉择过程。

地下洞室常见的开挖方法有全断面开挖法、短台阶开挖法、长台阶或分层开挖法、导洞超前法、留核心土法和分部分层开挖法等，然而在面对隧洞塌方处理时，大部分开挖方法却无能为力。多数塌方处理所面对的就是破碎松散的岩石和泥土的混合塌方体，自稳条件和应力承受能力极差，开挖时掌子面极易出现反塌现象，甚至会因反塌而诱发新的塌方。一般情况下，采用留核心土法和分部分层开挖法配合相关支护措施进行塌方处理，能够轻松解决上述难题。

1 留核心土法

1.1 留核心土法

在隧洞开挖（塌方处理）过程中，根据设计结构线先采用人工撬挖或手风钻钻爆方法，将结构线以内一定范围内的围岩挖出，随即采取相应支护措施对已开挖形成的结构面进行强支护，留下掌子面剩余未开挖的围岩，始终保持开挖（塌方处理）掌子面核心土具有一定长度（施工中一般取0.6D）的施工方法。在施工过程中，开挖范围和留核心土范围的大小，应该根据施工作业条件合适选择，开挖范围太小会影响开挖和支护作业，太大会失去留核心土的意义。

1.2 留核心土法的优缺点

留核心土法的优点：留核心土法可以减小掌子面开挖所产生的临空面，利用核心土的自稳作用可以承受部分掌子面的土压力，限制掌子面变形，有效防止掌子面出现反塌。同时在施工过程中，施工人员可以利用核心土作为施工作业平台，方便施工作业。另外，此法对施工安全极为有利。

留核心土法的缺点：留核心土法施工工序较其它方法复杂，有时掌子面作业空间狭小，影响工程施工进度，同时施工成本高。

2 分部分层开挖法

2.1 分部分层开挖法

在隧洞开挖（塌方处理）施工时，根据施工需要将隧洞分成几个层次进行开挖，同时在同一开挖层次当中又将开挖断面分成几个部分先后开挖施工的方法；也可说此法就是根据工程施工需要将隧洞“化整为零、顺序开挖、依次支护”的施工方法。

2.2 分部分层开挖法的优缺点

分部分层开挖法的优点：减少一次开挖方量和跨度，增大施工过程围岩的稳定性，也可部分避免塌方的可能和安全事故，同时分层开挖还可以适当增加施工工作面。分部分层开挖法的缺点：施工工序复杂，进度缓慢，成本较高。

3 工程实例

3.1 工程概况

某水电站工程在左岸建设一条导流洞，导流洞按有压流设计，进口底板高程562m，出口底板高程557m，洞长543.145m，底坡0.92%。导流洞断面型式为城门洞形，过水断面尺寸为9m×13m（宽×高），中心角120°。

3.2 塌方情况及地质条件

该导流洞工程在施工过程中出现过多次塌方，其中导0+455.355m～0+492.7m段塌方最严重，塌方前整个导流洞开挖上层已经贯通，导0+468m～0+490m中层和导0+470m～0+485m下层已经开挖完成。塌方首先是导0+480m左边墙腰线出现裂缝，随后左边墙垮塌带动洞顶开始塌方，最后引发长达37m的洞段全断面塌方。塌方后，导流洞出口边坡EL610m～EL650m坡面大部明显下沉，支护喷砼出现大量裂缝，据观察为“冒顶式”塌方，边坡变形一周后渐趋稳定。

塌方洞段垂直埋深30m～75m，围岩为T3l-7层，以泥质岩为主，地质构造发育，主要受发育断层F12和F20影响，层间挤压强烈，有泥化现象，少量灰黑色炭质、含炭质泥岩。节理发育，岩体完整性差，以碎裂～镶嵌碎裂结构为主，弱风化～新鲜。洞段处于地下水位以下，围岩为不稳定～极不稳定的Ⅳ类～Ⅴ类围岩。

3.3 塌方处理方案

塌方后，首先用水泥砂浆或粘土封闭边坡出现的裂缝，防止外水内渗，以免塌方继续恶化。洞身塌方处理方案如下：

（1）采取强支护措施加固塌方影响段，封闭塌方掌子面，对顶拱灌浆固结。

（2）采用留核心土法进行上层开挖，同时用注浆管棚、“工字钢”支撑和挂网喷砼强支护。

（3）上层每开挖进尺2m～3m，对掌子面后已开挖形成顶拱进行深孔（孔深6m）注浆，尽量使顶拱形成拱圈，以便中、下层正常开挖。

（4）中、下层开挖采用分部分层法施工，同层内先开挖中槽，预留两侧边墙1m～1.5m，预留边墙开挖及支护及时跟进施工。

3.4 塌方处理施工

根據制定的塌方处理方案，塌方处理正常施工过程如下：（1）采用人工撬挖或手风钻浅孔小药量爆破，挖出上层顶拱及边墙开挖结构线约2m范围的塌方体，留下中间核心土部分，待形成完整的结构面以后进行强支护和注浆。循环施工，直至上层开挖贯通。（2）当核心土长度超过4m～5m时，将多余部分挖出，以方便施工。（3）中、下层开挖采用分部分层开挖法施工，即首先进行除两侧边墙1m～1.5m范围外的围岩钻爆挖出，然后采用人工撬挖或小药量钻爆清除剩余结构线内围岩，及时跟进支护。（4）中槽和边墙开挖工作面间隔6m左右；同时左右边墙开挖支护交替进行，每循环进尺2m～3m。

3.5 塌方段处理施工过程（如图所示）

4 结束语

（1）经过实践证明，该电站导流洞工程采用留核心土法和分部分层开挖法进行塌方处理是正确的，工程施工进展顺利。（2）留核心土法在塌方处理过程中，能有效防止掌子面反塌，对工程进展和施工安全极为有利。（3）分部分层开挖法在处理大断面隧洞塌方时，能很好利用围岩自稳时间，有效解决支护不及时问题。（4）留核心土法和分部分层开挖法施工工序复杂，影响施工进度，也会增加施工成本。（5）采用分部分层开挖法施工时，隧洞边墙的支护可能在分层线附近形成薄弱区域，同时左右支护施工交替进行，导致支护断面应力多次调整，可能影响支护效果，需多加留意。

参考文献

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[2]曾有孝.软岩隧洞典型开挖方法及塌方处理措施[J].水电站设计，2006，22（3）：94-98.

[3]郭桃明，等.核心土对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响[J].兰州交通大学学报（自然科学版），2007，26（6）：34-37.

作者简介：江建国，男，国电云南阿墨江发电有限公司，硕士研究生。