地下工程典型塌方處理及預防

曹建明 陳敦剛

摘要：以幾個地下工程典型案例的塌方處理和塌方預防為例，介紹幾種常用的塌方處理方法和塌方預防措施。

關鍵詞：地下工程；塌方成因分析；塌方處理；塌方預防

1、概述

在地下工程施工中，因對工程地質條件對圍巖穩定的影響認識不足，造成施工中許多決策上的失誤，特別是盲目追求施工進度，忽視圍巖監測，在洞室開挖過程中，對新奧法施工理論片面的理解，忽視了新奧法施工的前提是洞室開挖后圍巖應力重新分布而產生變形到松動破壞有時間效應的特性，對松散體圍巖無自穩時間缺乏了解，而不進行必要的超前支護，往往是加速圍巖失穩的主要原因。同時，在洞室的掘進方法、支護方式以及支護時間上，因措施過當，而造成了圍巖失穩、引起洞室坍塌，甚至造成冒頂事故的發生。

近年來我公司承攬的地下工程施工成逐年上升趨勢，地下工程地質條件也日趨復雜。為了吸取地下工程施工實踐中的經驗和教訓，總結提高地下工程施工技術水平，本文特將我公司施工的幾個地下工程塌方處理及預防措施的運用情況進行歸納介紹。

2、塌方處理案例

2.1A電站導流洞出口0+150～0+137塌方處理

2.1 工程簡況

A電站導流洞出口高邊坡為坡積物，坡比1：0.5，覆蓋層為土夾石，巖體呈強風化、膠結松散，頂拱范圍屬老河床沖積層，承載能力較差；施工中遇到突降暴雨，雨水滲入導流洞左側已支護工作面，邊墻出現流砂現象，導致出口0+150～0+137段左側邊墻出現坍塌，隨即引起左側頂拱以上坍塌，造成洞內18榀鋼支撐變形或拉裂，頂供左側邊坡處形成20m×10m×20m（長×寬×高）的塌穴，EL704m高程以下邊坡噴護砼出現3cm寬的裂縫。與此同時，導流洞出口明渠左側邊墻受塌方體側壓力的影響，沿軸線方向約有1m發生斷裂，導流洞三分之二斷面被塌渣堵塞，左側塌渣已超過頂拱。

2.1.2 塌方處理方案

（1）在坍塌區處于自穩階段，利用16#工字鋼，φ48mm鋼管及鋼筋網鋪設棚架，棚架下部采用腳手架支撐、鋪設馬道板封閉，澆筑蓋板混凝土，自導流洞頂將塌穴隔斷，形成兩個獨立塌穴進行處理。

（2）在鋼筋混凝土蓋板形成后，上部鋪設圓木、毛竹等柔性材料，厚度控制在1m左右，防止邊坡再次坍塌破壞混凝土蓋板，危及到下部導流洞塌方處理。

（3）為防止邊坡塌穴擴大，造成邊坡整體失穩，距邊坡開挖坡角線5m處砌筑高2m、寬0.8m的擋墻，滲入基礎0.5m，并回填石渣鎮腳。

（4）導流洞塌方段頂拱混凝土襯砌完畢，在強度滿足要求后，用石渣回填邊坡塌穴，表面重新掛網、噴射混凝土保護。

（5）在鋼筋混凝土蓋板的保護下，進行導流洞塌方處理、下半洞開挖、支護及洞室混凝土襯砌。

2.1.3 主要施工措施

導流洞塌方處理采取先護頂，再自上而下開挖、支護、襯砌混凝土的程序進行。

（1）為防止塌方體出渣過程中，左側墻體坍塌，首先對導流洞左側墻體進行固結灌漿。固結灌漿分兩步進行，先進行混凝土蓋板部分邊墻，再進行導流洞洞內部分邊墻固結灌漿。邊墻固結灌漿管按1m×1m間排拒梅花型埋設，插入角度為10°，孔深滲入塌方體5～6m。灌漿水灰比采用0.6：1水泥漿，摻加3％水玻璃。

（2）塌方處理前，緊鄰明拱端部安裝2榀全斷面鋼支撐，間距1.0m，鋼支撐采用φ25@100連接筋加固，沿導流洞底部設計開挖線布置橫向地腳梁，邊墻布置鎖腳錨桿，長度3.0m，排距1.0m，并與鋼支撐牢固焊接，形成鎖口。

（3）分臺階清理洞內塌渣，先完成拱肩以上部位，安裝頂部鋼支撐，鋼支撐間距1m，并與混凝土蓋板預埋的插筋焊接成整體。

（4）在清理塌渣過程中，對左邊墻坍塌部位，與軸線形成一定夾角，打入φ28、L＝3m的插筋，間距20cm，外露端彎起，與工字鋼緣面焊接，并采用噴護混凝土進行封閉，防止左邊墻失穩。

（5）拱肩以上鋼支撐安裝完畢后，分兩段對頂拱進行混凝土襯砌。

（6）頂拱混凝土澆筑完成后，進行下半洞出渣，分左右兩個半洞交錯進行，同一側沿軸線方向，分段長度原則上為塌方段邊墻的一半，并分兩層開挖到位，每層原則上為邊墻高度的一半。

（7）下半洞邊墻與底板混凝土一起澆筑。

2.2B電站引水洞上游2+200～2+210m塌方處理

2.2.1 工程簡況

B電站引水洞長約3960m，洞室過水標準斷面為4.5m×4.5m，洞室軸線沿山坡向布置，近坡向洞室埋深較淺。山坡覆蓋層坡積物為砂礫石與孤石、漂石膠結。該地區處于亞熱帶地區，雨季時間較長，雨水多聚積在覆蓋層內，因此地下水位較高，雨水是地下水出露主要的補給源。

1#支洞進入主洞后，向上游進尺100m后與滑坡體交匯造成多起塌方，經長達3個月的塌方處理后，仍然難以逾越滑坡體洞段。設計和監理部門建議在上游主洞段約60m處改線，期望通過增加洞室近坡向埋深，繞過滑坡體與上游引水洞相接。改線段向上游掘進約20m后，再次與滑坡體相遇，又一次造成塌方，緊鄰掌子面前有6榀鋼支撐變形。塌方過程中，地下水攜帶砂礫石淤積洞段長約30m，因地下水與砂礫石形成的泥石流不斷從掌子面涌出，機械設備及施工人員無法接近掌子面，施工被迫中段。

2.2.2 塌方處理方案及措施

塌方出現20余天后，地下水出露仍無衰減的趨勢，因地下水不斷攜帶砂礫石從掌子面流出，短時間間隔后不時聽到一陣孤石、漂石坍塌、滑落的聲音，為防止因塌方過程的不斷積累而引起冒頂，第一步工作主要圍繞接近掌子面展開：①在塌方體淤積的兩側挖排水溝進行排水，以便砂礫石瀝水后，可以接近掌子面；②對變形的鋼支撐進行加固、頂撐，防止塌方范圍擴大；③在加固后的鋼支撐頂部插入鐵皮、彩條布形成防水棚④從已加固的鋼支撐開始，加密插筋，形成2排鋼筋棚架。第一排鋼筋棚架上挑角度25～30°，第二排鋼筋棚架上挑10～15°。每排鋼筋棚架長約3～3.5m，尾部與鋼支撐焊接牢固。

在完成上述準備工作后，第二步工作以塌方段護頂為紅線進行，利用已加固的鋼支撐為支點，先進行拱肩以上部分的鋼支撐安裝。①從兩側開始，對拱肩以上塌方體進行挖除，每次進尺不超過50cm，每3榀鋼支撐焊接2根平行于洞軸線方向的工字鋼，形成懸臂梁，作為拱肩以上鋼支撐安裝的支點，安裝拱部鋼支撐；②采用頂撐的方式加固鋼支撐，焊接鋼支撐間的縱向連接鋼筋；③在安裝的鋼支撐頂部形成下一茬鋼筋棚架，上挑角度與第一步施工一致；④對鋼筋棚架間的縫隙采用枋材進行回填，防止頂拱因漏渣形成塌穴后造成較大的脫空現象，引起大的坍塌，對鋼支撐造成沖擊破壞；⑤對已安裝鋼支撐段安排出渣，懸臂鋼支撐底部接腿，完成整榀鋼支撐的安裝及加固；⑥進入下一循環，按①、②、③、④、⑤的順序進行施工，直至通過塌方段。

引水洞上游主洞塌方段處理完成后，因鋼支撐頂部多為松散的、流動的坡積物，導致鋼支撐頂部圍巖壓力過大，造成了局部鋼支撐整體下沉，部分鋼支撐頂拱變形嚴重，為此進行了鋼支撐的托換工作。具體采取措施如下：①對需要保留的鋼支撐進一步進行加固，并設落地頂撐支撐牢固；②采用鋼筋棚架從上下游兩個方向對需要托換部位進行加密棚護；③逐步割除該部位與其它部位的連接筋、鋼筋棚架，抽除鋼支撐頂上回填的背材，有條件的控制漏渣，解除鋼支撐頂部的壓力；④逐步割除被托換鋼支撐，凈空斷面滿足設計要求；⑤安裝托換鋼支撐，并與其它鋼支撐焊接成一體。

3、塌方預防措施案例

3.1C電站引水洞出口開挖塌方預防