水力论文:刍议小型水工隧洞塌方原因及处理措施
刍议小型水工隧洞塌方原因及处理措施
王友科
贵州省平塘县水利局贵州平塘558300
摘要：本文分析了小型水工隧洞施工中常遇到的塌方原因。并提出了塌方的预防和处理措施。
关键词：小型水工隧洞；塌方；原因；措施；施工
小型水工隧洞断面通常都比较小，一般均采用全断面掘进法进行开挖。对于围岩石质坚硬、完整的围岩，成洞一般不会有什么问题。但在地质条件较差的洞段，如隧洞进出口段，围岩自身稳定性差，隧洞成型较困难，在工程施工中常不可避免的发生不同程度的隧洞塌方。本文结合一些小型水库引水隧洞出现的一些常见问题，提出一些勘察设计、施工组织及工程处理措施建议，为以后类似工程的施工提供一些借鉴。
2塌方原因分析
小型水利工程隧洞施工中发生塌方的原因很多，根据小型水工隧洞的设计、施工条件并结合小型水工隧洞施工中发生塌方事故实例进行分析，塌方原因主要为以下几个方面：
2．1勘察设计原因
2．1．1地质勘探深度不够，勘察资料不全。对可能出现的塌方，没有相应的预防处理技术措施。一旦遇到软弱、破碎带地层，不能及时处理，往往造成塌方。我县现正在进行的水库除险加固工程，由于时间紧，很多隧洞方案都没有来得及进行详细的勘探，便进行设计、施工。由于地质情况不明，水工设计人员进行隧洞设计时，往往不能避开如断裂破碎带、褶皱带，节理、裂隙密集发育带、含有各种不利的软弱结构的围岩以及强岩溶发育等不良地质带。当隧洞穿越不稳定地层时，很容易发生塌方事故。
2．1．2设计时洞线选择不合理，为了节约工程投资，过分追求较短的洞线。对潜在的地质和施工的不利因素考虑不周全，往往在隧洞进出口洞脸施工时就发生塌方。
2．2施工原因
施工方法不当也是塌方的重要原因之一。主要表现为以下几点：(1)施工准备不充分，对在施工中可能遇到的不良地质条件估计不足，为节省费用存在侥幸心理。对稳定性较差的围岩，开挖后没有及时支护衬砌，围岩长期暴露，往往在进洞不久即出现塌方现象。如某小型水库，隧洞围岩为泥岩，隧洞开挖中基本能成洞，没有引起施工单位的重视，没有及时支护，结果不久便出现局部塌方现象。经现场勘察分析，是由于泥岩在长时间暴露后，往往会失水开裂，造成围岩稳定性迅速降低，产生坍方。(2)开挖爆破时，爆破方式不当，装药过多，因强烈震动引发塌方。这在隧洞施工初期出现的情况较多。在改进爆破施工方法后，一般都能避免隧洞严重塌方事故。(3)支撑结构不合理，支撑构件强度底，或支撑的位置和高程不当，也会引起塌方或二次塌方。如某小型水库，隧洞围岩为泥岩夹薄层砂岩。褶皱构造强烈，以Ⅳ类围岩为主，稳定性极差。施工时采用了圆木支撑。不久，由于围岩变形，局部支撑圆木出现断裂、移位现象。后及时改用钢结构支撑，采避免了事故的进一步扩大。(4)施工安排不当，没有对隧洞及时衬砌。当遇到长时间强降雨等恶劣天气时，围岩会长时间处于饱和状态，地质条件迅速恶化。对于围岩属软质岩石(如泥岩等)、地质构造发育较强烈的洞段，围岩稳定性大大降低，极易引起塌方。如我县某水库，围岩属泥岩夹少量薄层砂岩，节理较发育，围岩稳定性较差。由于在枯水期施工，隧洞塌方不明显，没有引起施工方重视，及时安排对隧洞进行衬砌。结果在经过7—8月份的雨季后，隧洞进口段出现了塌方冒顶现象，增加了工程处理费用。
3塌方预防和处理措施
3．1塌方预防措施
针对在小型水利水电工程隧洞施工中常见的问题，只要我们在勘察设计、施工组织中坚持以预防为主的原则，认真搞好预防工作，就能将塌方的几率大大降低。即使出现塌方事故时，也能及时有效地采取应对措施，防止事故的进一步扩大。预防隧洞塌方，可从以下几方面着手：
首先，认真搞好勘测设计。地质勘察成果是隧洞丁程设计的基础。在地质勘察工作中，应尽可能采用地质测绘、钻探、物探等多种手段，查明隧洞所在区域的工程地质及水文地质特征。洞线的选择应对隧洞穿越垭口、沟谷和山体认真分析，尽可能全面掌握所有可能发生塌方的不良地质情况。选择洞线时，尽量避开冲沟、断层、岩溶强烈发育带、地下水活动强烈和等不良地质带。若无法避免时，应充分考虑到施工中可能出现的塌方、冒水等事故，认真做好施工组织设计工作，事先考虑好相应的应对措施及施丁方法。以便指导隧洞施工。其次，勘察设计单位应与施工单位进行充分沟通。根据隧洞的地质条件，共同探讨合理的施工方法和防塌技术措施，施工前应备足必要的材料和工具。对于小型水工隧洞，一般情况下，防塌措施主要有：搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破开挖技术、合理掌握开挖进度、加强支撑和及时衬砌等。再次，在施工过程中应经常进行检查，及时发现可能发生塌方的种种预兆，及时采取工程技术措施，防止塌方事故的发生。
3．2塌方处理措施
虽然我们强调以预防为主，但在实际施工中，出现塌方的情况是难以避免的。小型水工隧洞一般洞径不大，塌方一般以小塌方居多。塌方产生后大多在较长的时问内不再发展或基本停止，人员有可能进入塌穴观察和处理。但在地质条件复杂，特别是石岩溶发育强烈的地段，往往会出现涌水、冒顶等严重塌方事故，对安全施工威胁很大。无论是何种塌方，我们都应认真对待，并根据塌方的实际情况制定相应的塌方处理技术措施。在塌方事故发生后，及时采取正确处理方法，能将事故对工程施工影响降低到最小。反之，则有可能将事故扩大，以至于造成难以收拾的局面。
当出现塌方预兆或塌方事故的发生，首先应及时撤离施工人员，并对塌方原因做出初步判断。对于小型塌方，一般在塌方停止后，即可进洞进行处理。在处理方法上，对于小型塌方，当塌方量不大时，可采用将塌方全部清除的处理方法。在清除塌方之前，为保施工安全，应将塌方的顶部支撑牢固，避免继续塌落，防止洞顶掉块砸伤施工人员。若围岩地质条件较好，塌方只是局部的破碎带、松软夹层，且范围不大，也可对塌方先进行清除处理，再进行支撑或衬砌处理。支撑常用的材料有圆木、混凝土预制拱、工字钢等。圆木支撑造价较低，施工也灵活、方便。对于设计有衬砌要求的隧洞，采用混凝土预制拱是一种不错的方法。如在某水库除险加固工程中，引水隧洞围岩为薄硅质岩，风化破碎较强烈，成洞条件较差，围岩稳定时问短，不时出现掉块、小塌方。经现场勘察后，根据其地质条件，采用了混凝土预制拱进行衬砌的施工方法。根据具体情况，每掘进0.5—2m便及时进行衬砌，隧洞顺利贯通。
对于大的塌方，在没有查明其性质、范围时，不宜盲目清碴。因为当隧洞发生第一次塌方后，自然拱范围内的土石还有继续坍塌的可能。盲目清塌碴，可能会使围岩四壁失去平衡而进一步垮塌，造成更大范围的塌方的严重后果。加大了后期处理的难度和工程量。另外，在一些岩溶发育区，对施工中遇到的溶洞、溶槽充填物，也不宜盲目清除，否则往往出现塌积物越清越多的现象，造成工作十分被动。
对于此类塌方的处理，一般可采用超前支护、开挖导坑穿越塌方体的方法。超前支护的方法很多，常用的主要有以下几种形式：(1)超前锚杆或超前小钢管，一般长3-5m，用于锚固前方围岩；(2)超前管棚，用于锚固前方围岩，适用于特殊困难地段，搭配钢架使用：①短管棚超前支护，采用长度小于lOm的小钢管。②长(大)管棚超前支护：采用长度为10—45m且较粗钢管。③钢插板超前支护：采用长度小于lOm钢插板的称为板棚预支护。(3)注浆加固围岩和堵截水：①超前小导管注浆，沿开挖外轮廓线向前以一定角度打入管壁带有小孔的导管
