隧洞施工中塌方處理的創(chuàng)新與探索

彭躍挺

（廈門(mén)市汀溪水庫(kù)管理處 福建 廈門(mén) 361100）

1 工程概況

廈門(mén)市竹壩水庫(kù)至梅山水廠輸水項(xiàng)目工程總投資6943萬(wàn)元，是廈門(mén)市重點(diǎn)項(xiàng)目工程，在廈門(mén)地區(qū)屬于大型水利項(xiàng)目。本工程是響應(yīng)了市委市政府的“城市供水以水庫(kù)保障為主，以九龍江為輔；生活飲用水以水庫(kù)水源為主；工業(yè)等生產(chǎn)用水以九龍江為主”的城市供水結(jié)構(gòu)“兩個(gè)轉(zhuǎn)變”的要求，在保證應(yīng)急水源庫(kù)容的前提下提供同安、翔安兩區(qū)日常供水的補(bǔ)充，并對(duì)本區(qū)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置。竹壩水庫(kù)至梅山水廠輸水工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模：建設(shè)主線長(zhǎng)度9.95km（含隧洞2段合計(jì)959m），管道直徑為DN1400，采用鋼筒預(yù)應(yīng)力混凝土管。支線長(zhǎng)度1.21km（供銀鷺?biāo)畯S，管道直徑DN800）。隧洞2段分別為竹壩壩頭隧洞及猴石山隧洞，總長(zhǎng)959m，其中竹壩壩頭隧洞長(zhǎng)度為520m。竹壩壩頭隧洞起訖里程樁號(hào)為K0+005～K0+525，長(zhǎng)520m，進(jìn)口接取水口建筑物，出口接DN1400輸水管道。隧洞為低壓低流速滿流隧洞。斷面采用斜側(cè)墻拱形斷面，圓拱中心角199°，V級(jí)圍巖段采用復(fù)合襯砌，內(nèi)部?jī)艨詹捎弥睆?m的圓形斷面，其余圍巖采用錨噴襯砌。由于部分地段為全風(fēng)化到強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，隧洞洞頂覆蓋層厚較淺，屬于淺埋式隧洞。竹壩壩頭隧洞為巖土洞，開(kāi)挖洞徑為3.0m，擴(kuò)腳平底圓形斷面，全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，最大襯砌厚度500mm。本隧洞采用進(jìn)出口2個(gè)工作面，隧洞單向掘進(jìn)的最大長(zhǎng)度約為300m。本文重點(diǎn)討論與探索壩頭隧洞開(kāi)挖過(guò)程發(fā)生較大塌方的處理。

2 隧洞塌方的基本情況及原因分析

竹壩隧洞開(kāi)挖從上游取水口K0+005樁號(hào)開(kāi)始往下游方向開(kāi)挖，當(dāng)開(kāi)挖到樁號(hào)K0+141m～K0+146m時(shí)，發(fā)生了較大塌方，形成寬約3.0m，高約2.5m，長(zhǎng)約5m的狹長(zhǎng)塌腔。從塌落下來(lái)的土層看主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，含水量較大，巖土層極不穩(wěn)定，存在著很大的安全隱患；坍塌巖土堵塞了掘進(jìn)作業(yè)面，只得暫停開(kāi)挖，等坍塌洞處理完畢，才能繼續(xù)掘進(jìn)，嚴(yán)重延誤了施工工期。

本隧洞工程處在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的地質(zhì)層，水文條件較為復(fù)雜，竹壩隧洞掘進(jìn)過(guò)程中，形成較大塌腔問(wèn)題。由于該段地質(zhì)情況為全風(fēng)化到強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，遇水后極易軟化，加上該地段地下水豐富，施工中又未及時(shí)排干地下水，以至于洞頂?shù)膹?qiáng)風(fēng)化花崗巖遇水軟化，巖土層荷載失穩(wěn)，造成坍塌。若不及時(shí)處理好，很容易坍洞會(huì)擴(kuò)大和蔓延，危及施工人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

3 隧洞發(fā)生塌方后的處理方案

隧洞塌方后，組織相關(guān)人員對(duì)塌方的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查和研究，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況以及地下水情況，找到塌方原因，制定可行方案。

3.1 一般常規(guī)處理方案

主要是用砼泵車泵送砼的噴錨處理方案。基本的處理步驟為：①先對(duì)未塌方地段進(jìn)行加固處理，以防塌方蔓延。②施工排水。③塌方清理土渣后，采用工字鋼拱架按2m水平間距沿隧洞設(shè)計(jì)開(kāi)挖線支撐，加焊φ16mm鋼筋作橫向連接，間隔為500mm，再掛鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)的鋼筋間距為200mm×200mm，預(yù)留導(dǎo)漿管。④采用砼泵車導(dǎo)管泵送砼噴錨作為初期支護(hù)。⑤在臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，邊清邊挖邊撐，將隧洞設(shè)計(jì)開(kāi)挖線內(nèi)的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同時(shí)，為了避免前方塌方掌子面發(fā)生坍塌，應(yīng)采用工字鋼或鋼管等將掌子面塌方支撐牢固。各個(gè)支撐構(gòu)件均不得侵占襯砌斷面。⑥通過(guò)導(dǎo)漿管對(duì)支護(hù)內(nèi)較大的坍腔進(jìn)行泵送注砼漿充實(shí)。⑦隨即再對(duì)隧洞按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌。⑧也可以直接從隧洞頂上塌方洞的頂上地面，停靠砼泵車，然后從上而下，泵送砼噴錨塌方腔洞。

常規(guī)處理方案的不妥之處:對(duì)本工程而言，存在如下不妥之處：①因?yàn)槌Ｒ?guī)處理方案是屬于小跨徑塌方處理方案，本工程塌方造成隧洞截面超挖，遠(yuǎn)超過(guò)安全規(guī)范上要求的15cm厚度，本工程隧洞頂上的實(shí)際塌方深度為2.5m，已經(jīng)形成寬3m長(zhǎng)5m的大空洞。再說(shuō)進(jìn)入4月汛期雨季，滲水量大，掌子面遇水軟化，出現(xiàn)隧洞頂上層的地面塌陷，再處理會(huì)很困難，如果一味冒險(xiǎn)掘進(jìn)，極易出現(xiàn)安全事故，所以要處理徹底再掘進(jìn)，方能根本解決塌方后患。②采用砼噴錨回填塌方空腔，以后二襯就不要再處理坍腔了，雖能達(dá)到一定的處理效果，但在本工程施工卻難以實(shí)施。因?yàn)橛庙疟盟蛙囕斔晚疟霉埽诙磧?nèi)要達(dá)到150多米長(zhǎng)，還要經(jīng)過(guò)2個(gè)直角轉(zhuǎn)彎，輸送砼阻力很大，砼極容易堵住，隧洞進(jìn)口因很靠近圍堰，場(chǎng)地狹窄隧洞口深又窄，砼泵送車無(wú)施展場(chǎng)所，故要用砼泵車輸送砼噴錨，實(shí)際是無(wú)法實(shí)施的。③若要從塌方洞頂?shù)牡孛嫔现苯鱼@孔到塌陷處灌注砼漿，因隧洞內(nèi)地層是全風(fēng)化巖土層，極易塌方蔓延擴(kuò)大，危及安全；地面上又是部隊(duì)的泵房和營(yíng)房，也很難協(xié)調(diào)，是無(wú)法實(shí)施的方案。

3.2 創(chuàng)新方案

再三權(quán)衡各種方案的利弊，提出了創(chuàng)新的處理塌洞方案為：取消泵車泵送砼噴錨的方案，也不采用塌方洞頂往下泵送砼漿噴錨的方案，而是采用在工字鋼拱架上鋪一層鋼板，鋼板上再鋪一層厚0.3m的鋼筋砼基礎(chǔ)底板，再在基礎(chǔ)底板上面，采用漿砌塊石充填密實(shí)塌腔。具體施工步驟如下：

（1）在漿砌之前，首先把支撐工字鋼架全部加固鎖緊，鎖角鎖緊鎖好，確保施工作業(yè)面穩(wěn)定安全。

（2）在拱架處靠近塌腔口預(yù)留0.6m×0.6m的施工進(jìn)出作業(yè)孔，以方便工人提砼漿桶進(jìn)入施工，這是施工關(guān)鍵點(diǎn)。

（3）在工字鋼拱架上鋪一層5mm厚鋼板，鋼板首先在加工場(chǎng)按尺寸裁好便于搬運(yùn)，再搬到隧洞內(nèi)放到鋼拱架上拼裝焊接。

（4）在鋼板上用12mm鋼筋作撐碼，鐵板面上鋪上直徑16mm間距20cm鋼筋雙排布置。

（5）通過(guò)在洞口攪拌機(jī)攪拌好砼，用斗車運(yùn)到長(zhǎng)150m隧洞內(nèi),采用鐵筒人工提進(jìn)作業(yè)口上面，再澆筑30cm厚鋼筋砼基礎(chǔ)底板。這是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

（6）等待基礎(chǔ)底板具有砼強(qiáng)度后，在基礎(chǔ)底板上再采用漿砌塊石施工，即在基礎(chǔ)底板的上面，從遠(yuǎn)處往作業(yè)孔口逐步砌筑漿砌塊石，用漿砌塊石密實(shí)回填塌腔，直到把空腔填滿。該方案效果很好。

為保證以上施工方案的順利實(shí)施，還要注意以下施工措施進(jìn)行技術(shù)保證：①為避免在施工中再次造成塌方，影響工程安全和進(jìn)展，防止再次塌方是保證安全和快速掘進(jìn)的關(guān)鍵。②施工過(guò)程中，隨時(shí)觀察和監(jiān)測(cè)有無(wú)異常，仔細(xì)研究巖體和地下水變化規(guī)律，及時(shí)抽排完地下滲水，不斷修正和完善施工方案。③勤觀測(cè)：在施工過(guò)程中，及時(shí)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)施，隨時(shí)觀察和量測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)變化情況，研究變化規(guī)律，據(jù)以制訂施工對(duì)策，及時(shí)預(yù)報(bào)巖體穩(wěn)定情況。④短進(jìn)尺掘進(jìn)：遇巖性不良地段，要調(diào)整爆破參數(shù)，遇到孤石嚴(yán)格控制進(jìn)尺，少裝藥，放小炮，保證斷面規(guī)整，為初期支護(hù)創(chuàng)造條件。⑤強(qiáng)支護(hù)：及時(shí)支護(hù)是消除塌方的重要手段，強(qiáng)支護(hù)是預(yù)防塌方的主要措施，及時(shí)預(yù)備一批工字鋼拱架及鋼筋網(wǎng)，以備應(yīng)急時(shí)馬上支護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)隧洞塌方處理方案的探討，使我們覺(jué)得塌方的施工處理方案和措施是解決塌方問(wèn)題的關(guān)鍵。本工程的塌方處理施工方案和措施具有如下優(yōu)點(diǎn)：①施工操作十分方便，安全、高效、低成本。②構(gòu)想奇特、創(chuàng)新又符合本工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。③在以上強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地質(zhì)條件下，供水隧洞塌方處理的創(chuàng)新和探索，值得推廣，也可以供類似工程參考與借鑒。陜西水利