水电站隧洞施工中塌方的处理措施研究

龙倍佳 刘琴艳

【摘要】本文就水电站隧洞施工中产生塌方的原因、塌方的各种类型及隧洞塌方的处理措施做了一些分析研究。

【关键词】水电站；隧洞塌方；处理措施

一、引言

该水电站输水隧洞工程采用城门洞型无压隧洞型式，顶拱为123。圆弧，纵坡为1/700。其开挖断面为B×H=3.4×3.4m，成型断面为B×H=2.8×2.8m，砼标号为C20。输水隧洞全长7626m，其间穿越地形复杂多变的高山、沟谷及洼地。该地区属典型喀斯特地形，河谷深切，以岩溶地貌为主，隧洞穿越地层主要为二叠统一石灰统中厚层可溶性灰岩，其间夹有砾岩、页岩、砂岩、泥岩、煤层，且该地区多雨，地下水丰富，地质条件相对复杂。隧洞开挖过程中共遇到一处洞口大体积滑塌、三处大型溶洞、七处冒顶塌方、200m长强风化煤层、90m长沙土层，已造成洞线三处改线，报废已成型隧洞230m。

二、隧洞施工中产生塌方的原因

（一）不良地质原因

不良地质主要包括沙土层，煤矸石层、风化变质岩体、裂隙发育岩体、崩塌岩堆地区、断层带、溶洞、滑坡、泥石流、膨胀性地层等，当隧洞从这些岩体中通过时，如稍有疏忽，就可能发生大塌方。

（二）施工不当原因

在软弱、破碎、偏压、浅埋等地层中施工隧洞时根据实际需要采用超前锚杆等预支护加固，增强围岩自稳能力。开挖钻爆按照“短进尺、多循环、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护”原则施工，每排炮后及时进行锚杆、喷砼、挂网、钢支撑加强支护，形成柔性封闭环，限制早期围岩变形过大。针对具体情况，采用同分部开挖方法，减少次开挖支护跨度，利于成洞稳定。成洞后，除按设计图纸要求及时埋设各种观测仪器外，初期通过加密观测、勤量测及时反馈信息，当发现围岩变形速率过大，及时进行砼衬砌。施工中若没有按以上要求进行塌方是很难避免的。爆破参数不正确，周边眼装药量过大，爆破后的不正确找顶，极易引起围岩顶部承载网的整个失稳而塌方。施工中该架设钢支撑的地段没有架设或者即是架设了但间距过大，锚杆长度不够，数量不足，角度不对，该挂设钢筋网的地方没挂网，喷混凝土厚度不够，尤其用模注混凝土代替喷混凝土，对围岩裂隙不能充填，甚至不能保证和开挖面密贴，也就不能加强围岩强度。形不成喷层和地层共同作用，随着爆破所产生动荷载的作用，会造成后部塌方。洞口段一般岩层较差，而且常伴有偏压。因此，如果施工方法不当，极易造成塌方，一旦塌方，处理将非常困难。

（三）地压原因

偏压和滑坡在隧道洞口段易造成塌方，塑性地压引起隧道挤出性破坏也时有发生，高地应力区的完整坚硬岩体常发生岩爆等现象。

（四）地下水原因

地下水会使软化系数大的岩石强度降低，造成结构面的抗剪强度减弱。若遇断层，更易发生涌水而导致塌方。

三、隧洞塌方的各种类型

（一）洞内小范围局部塌方落石

Ⅲ类及Ⅲ类以上的硬岩中洞室开挖后，不稳定结构体面的摩擦力向洞内滑移而发生塌方，这种塌方规模较小，一般塌方高度在0.3m-1.5m，多发生在拱部，有时也出现在侧壁。预防这类塌方一般采用爆后及时进行局部锚喷混凝土，一般锚杆长度不小于3m，喷混凝土厚度在8cm-10cm。

（二）特殊地质结构塌方

水电站主要为溶洞偏压产生的塌方，此类塌方预防可采用超前支护同时用双侧壁法、中壁法等保证偏压隧洞不塌方。

（三）洞口大变形的塌方

隧洞口段极易发生洞顶地表开裂、变形或下沉，坍塌通顶。洞口段施工注意减少爆破振动影响，及时进行锚喷加固、排水处理等是预防洞口大型滑塌的主要措施。

四、隧洞塌方的处理措施

（一）洞内强风化带、断层、破碎带、裂隙发育段塌方处理

强风化带、断层、破碎带、裂隙发育段在施工中所遇较多。处理措施有：爆破前在顶拱段打超前锚杆（深度3m；水平夹角60。；Φ25螺纹钢）4-8根；爆破应遵循“短进尺、小药量、弱爆破、快支护、勤观测”的原则，尽量减小振动对稳定的影响；待相邻段穩定后，以短进尺清渣；清除危石后立即施喷混凝土，爆后若发现岩石裂隙发育，及时进行喷护；对塌空部位及时进行浆砌石回填，防止岩石变形后出现大量坍塌；若破碎带、断层严重地质情况，两侧或顶拱局部出现采用砌石、围木等方式支撑；全断面出现则采用槽钢、木材联合支撑，槽钢支撑间距lm-1.5m，顶部必须以岩石结合紧密，不能留有空隙；循序渐进、往前施工。

（二）大方量塌方或冒顶处理

隧洞掘进中若遇到一些强风化带、断层、破碎带、裂隙发育等地质条件较差段时，在围岩变形前一定要及时进行临时支护，防止出现大量塌方甚至冒顶，造成大的损失。但由于该地区多雨，暴雨季节给工程造成了巨大破坏，隧洞掘进中三处相距出现冒顶，一处冒顶发展成长20m、宽4m天窗。冒顶处理费用相对较高，其处理方法如下：对已冒顶部位暂不出渣，避免出现更大量塌方；人工清开洞底两侧，用工字钢做拱架支护；拱架顶部每隔10cm打入长lm锚杆（Φ25螺纹钢，一头削尖）；出渣推进50cm后再安设工字钢拱架钢支撑，并纵向连接，上下与锚杆、管棚焊接形成为一完整受力体；推进4m后作钢筋砼衬砌；衬砌好洞段顶部若有空洞，做缓冲层处理；进行监控量测；循序渐进，循环推进。

（三）洞内溶洞的处治方法

作业区上游隧洞开挖至170m处遇一大型溶洞（长28m、宽22m、深20m），下游隧洞开挖至300m处遇一大型溶洞（长88m、宽30m、中部有一深达30m、长20m溶槽）。处理办法有：清除溶洞内充填物和悬吊钟乳；沿洞周打锚杆，布设钢筋网，喷混凝土；设置量测点，加强变形监测；排水降压，开挖平导进行排水，由平导向正洞方向打放水孔，加速排水；上游隧洞所遇溶洞稳定性差，在保证安全的情况下，分层回填至隧洞底部高程，在隧洞两侧存在大量爆破弃渣，按隧洞衬砌型式做钢筋砼。为防止石头落下，钢筋砼做好后顶部堆1.5m弃渣做缓冲层。下游隧洞所遇溶洞稳定性很好，尽量不破坏原有溶洞构造，清除多年堆积物后作钢筋砼明涵通过。为加快进度，在溶槽位置作钢架桥机械、人员通过，隧洞继续掘进。以后拆除钢架桥作钢筋砼桥型基础，采取梁跨的措施，横梁和支墩支托纵梁，纵梁上再作隧洞边墙，纵梁采用钢筋混凝土板梁以支撑边墙，板梁分别置于悬臂横梁上，悬臂的固定端埋入钢筋，增加稳定。

五、结束语

塌方对于隧洞施工危害严重，塌方往往由多种因素共同造成，因此在预防及治理塌方时要对以上的方法综合运用，确保施工安全，将塌方危害降至最低。目前该隧洞已通水，经业主、设计、地质、施工等单位的联合验收，基本达到预期目的，能够保证工程的安全运行。

参考文献：

[1]杨明.浅谈小型水利水电工程隧洞塌方处理 [J]甘肃农业，2013.9

[2]张小明.水工隧洞衬砌结构的缺陷检测及稳定性分析[D].西南交通大学，2014.3