留核心土法和分部分層開挖法在隧洞塌方處理中的應用

江建國 吳靜

摘 要：選擇合理的施工方案，是大斷面隧洞塌方處理施工成敗的關鍵。筆者結合某水電站導流洞工程塌方處理工程實例，說明采用留核心土法和分部分層開挖法進行隧洞塌方處理是行之有效的方法。

關鍵詞：隧洞；塌方處理；留核心土法；分部分層開挖法

引言

塌方是隧洞開挖施工中常見的現象，然而，如何根據各工程的客觀施工條件和地質條件，制定出合理的塌方處理方案卻是一個艱難的抉擇過程。

地下洞室常見的開挖方法有全斷面開挖法、短臺階開挖法、長臺階或分層開挖法、導洞超前法、留核心土法和分部分層開挖法等，然而在面對隧洞塌方處理時，大部分開挖方法卻無能為力。多數塌方處理所面對的就是破碎松散的巖石和泥土的混合塌方體，自穩條件和應力承受能力極差，開挖時掌子面極易出現反塌現象，甚至會因反塌而誘發新的塌方。一般情況下，采用留核心土法和分部分層開挖法配合相關支護措施進行塌方處理，能夠輕松解決上述難題。

1 留核心土法

1.1 留核心土法

在隧洞開挖（塌方處理）過程中，根據設計結構線先采用人工撬挖或手風鉆鉆爆方法，將結構線以內一定范圍內的圍巖挖出，隨即采取相應支護措施對已開挖形成的結構面進行強支護，留下掌子面剩余未開挖的圍巖，始終保持開挖（塌方處理）掌子面核心土具有一定長度（施工中一般取0.6D）的施工方法。在施工過程中，開挖范圍和留核心土范圍的大小，應該根據施工作業條件合適選擇，開挖范圍太小會影響開挖和支護作業，太大會失去留核心土的意義。

1.2 留核心土法的優缺點

留核心土法的優點：留核心土法可以減小掌子面開挖所產生的臨空面，利用核心土的自穩作用可以承受部分掌子面的土壓力，限制掌子面變形，有效防止掌子面出現反塌。同時在施工過程中，施工人員可以利用核心土作為施工作業平臺，方便施工作業。另外，此法對施工安全極為有利。

留核心土法的缺點：留核心土法施工工序較其它方法復雜，有時掌子面作業空間狹小，影響工程施工進度，同時施工成本高。

2 分部分層開挖法

2.1 分部分層開挖法

在隧洞開挖（塌方處理）施工時，根據施工需要將隧洞分成幾個層次進行開挖，同時在同一開挖層次當中又將開挖斷面分成幾個部分先后開挖施工的方法；也可說此法就是根據工程施工需要將隧洞“化整為零、順序開挖、依次支護”的施工方法。

2.2 分部分層開挖法的優缺點

分部分層開挖法的優點：減少一次開挖方量和跨度，增大施工過程圍巖的穩定性，也可部分避免塌方的可能和安全事故，同時分層開挖還可以適當增加施工工作面。分部分層開挖法的缺點：施工工序復雜，進度緩慢，成本較高。

3 工程實例

3.1 工程概況

某水電站工程在左岸建設一條導流洞，導流洞按有壓流設計，進口底板高程562m，出口底板高程557m，洞長543.145m，底坡0.92%。導流洞斷面型式為城門洞形，過水斷面尺寸為9m×13m（寬×高），中心角120°。

3.2 塌方情況及地質條件

該導流洞工程在施工過程中出現過多次塌方，其中導0+455.355m～0+492.7m段塌方最嚴重，塌方前整個導流洞開挖上層已經貫通，導0+468m～0+490m中層和導0+470m～0+485m下層已經開挖完成。塌方首先是導0+480m左邊墻腰線出現裂縫，隨后左邊墻垮塌帶動洞頂開始塌方，最后引發長達37m的洞段全斷面塌方。塌方后，導流洞出口邊坡EL610m～EL650m坡面大部明顯下沉，支護噴砼出現大量裂縫，據觀察為“冒頂式”塌方，邊坡變形一周后漸趨穩定。

塌方洞段垂直埋深30m～75m，圍巖為T3l-7層，以泥質巖為主，地質構造發育，主要受發育斷層F12和F20影響，層間擠壓強烈，有泥化現象，少量灰黑色炭質、含炭質泥巖。節理發育，巖體完整性差，以碎裂～鑲嵌碎裂結構為主，弱風化～新鮮。洞段處于地下水位以下，圍巖為不穩定～極不穩定的Ⅳ類～Ⅴ類圍巖。

3.3 塌方處理方案

塌方后，首先用水泥砂漿或粘土封閉邊坡出現的裂縫，防止外水內滲，以免塌方繼續惡化。洞身塌方處理方案如下：

（1）采取強支護措施加固塌方影響段，封閉塌方掌子面，對頂拱灌漿固結。

（2）采用留核心土法進行上層開挖，同時用注漿管棚、“工字鋼”支撐和掛網噴砼強支護。

（3）上層每開挖進尺2m～3m，對掌子面后已開挖形成頂拱進行深孔（孔深6m）注漿，盡量使頂拱形成拱圈，以便中、下層正常開挖。

（4）中、下層開挖采用分部分層法施工，同層內先開挖中槽，預留兩側邊墻1m～1.5m，預留邊墻開挖及支護及時跟進施工。

3.4 塌方處理施工

根據制定的塌方處理方案，塌方處理正常施工過程如下：（1）采用人工撬挖或手風鉆淺孔小藥量爆破，挖出上層頂拱及邊墻開挖結構線約2m范圍的塌方體，留下中間核心土部分，待形成完整的結構面以后進行強支護和注漿。循環施工，直至上層開挖貫通。（2）當核心土長度超過4m～5m時，將多余部分挖出，以方便施工。（3）中、下層開挖采用分部分層開挖法施工，即首先進行除兩側邊墻1m～1.5m范圍外的圍巖鉆爆挖出，然后采用人工撬挖或小藥量鉆爆清除剩余結構線內圍巖，及時跟進支護。（4）中槽和邊墻開挖工作面間隔6m左右；同時左右邊墻開挖支護交替進行，每循環進尺2m～3m。

3.5 塌方段處理施工過程（如圖所示）

4 結束語

（1）經過實踐證明，該電站導流洞工程采用留核心土法和分部分層開挖法進行塌方處理是正確的，工程施工進展順利。（2）留核心土法在塌方處理過程中，能有效防止掌子面反塌，對工程進展和施工安全極為有利。（3）分部分層開挖法在處理大斷面隧洞塌方時，能很好利用圍巖自穩時間，有效解決支護不及時問題。（4）留核心土法和分部分層開挖法施工工序復雜，影響施工進度，也會增加施工成本。（5）采用分部分層開挖法施工時，隧洞邊墻的支護可能在分層線附近形成薄弱區域，同時左右支護施工交替進行，導致支護斷面應力多次調整，可能影響支護效果，需多加留意。

參考文獻

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作者簡介：江建國，男，國電云南阿墨江發電有限公司，碩士研究生。