水工隧洞塌方應急搶險關鍵技術探析

楊殿宇

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000)

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水工隧洞塌方應急搶險關鍵技術探析

楊殿宇

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000)

水工隧洞在施工及運行過程中，在地震、山體滑坡及泥石流等外力作用下，隧洞巖體內應力分布將呈現出較強差異性，隧洞巖體產生受力變形致使巖體承重部位發生顯著變形，當變形量超過巖體最大承受力時，將會使隧洞圍巖失去穩定性，進而誘發塌方事故。文章針對水工隧洞塌方發生的原因及機理，探析了水工隧洞塌方應急搶險關鍵技術，以期為相關塌方搶險方案的優化提供決策依據。

隧洞塌方；應急搶險；組織結構；技術措施

0　引　言

水工隧洞在施工及運行過程中，在地震、山體滑坡及泥石流等外力作用下，隧洞巖體內應力分布將呈現出較強差異性，隧洞巖體產生受力變形致使巖體承重部位發生顯著變形，當變形量超過巖體最大承受力時，將會使隧洞圍巖失去穩定性，進而誘發塌方事故。塌方在對工程運行、施工及施工作業人員生命財產造成嚴重影響的同時，破壞了周圍地貌環境。隧洞塌方可分為施工期洞口塌方及洞內塌方、使用期洞口塌方及洞內塌方。隧洞洞口一般裸露在山體外，地質條件差，風化侵蝕嚴重。當自然災害發生時，隧洞洞口首先發生塌方，進而隧洞洞門與巖石襯砌結構遭到破壞，致使隧洞無法正常運行，嚴重威脅隧洞工程的使用安全[1]。因此，有必要對隧洞塌方的破壞程度與破壞類型進行深入分析，探析水工隧洞塌方應急搶險關鍵技術，以期在有限的時空內，快速、安全、科學地開展隧洞塌方應急搶險工作。

1　隧洞塌方搶險組織結構

為保障隧洞塌方應急搶險工作安全、高效、科學及有序的開展，需構建隧洞塌方應急搶險組織結構，該組織結構包括決策組、施工組、技術組、管理組、救治組、保障組等應急搶險行動小組，具體如下。

1)領導決策組。決策組負責對隧洞塌方應急搶險行動進行指揮并對搶險方案實施決策。同時，決策組應協調各搶險小組關系并及時報道搶險情況。此外，當發生緊急情況時，決策組應快速組織相關人員對事故現場進行救援、搶險與調查。

2)工程技術組。技術組負責制定隧洞塌方應急搶險方案，進行現場施工技術交底及施工指導，及時記錄現場施工情況并調整施工方案。

3)現場施工組。在決策組制定隧洞塌方應急搶險方案后，施工組應按方案立即實施搶險作業[2]。此外，施工組應將現場施工過程中發生的具體情況向決策組反饋，以及時調整搶險方案。

4)安全管理組。管理組負責對隧洞塌方應急搶險行動進行安全管理，在隧洞施工搶險現場處進行安全監控，若發現重大安全隱患事故，應立刻采取避讓或除險措施。

5)醫療救治組。當隧洞塌方搶險現場發生安全事故時，救治組應立即采取措施救護受傷人員。

6)后勤保障組。保障組應負責隧洞塌方應急搶險機械設備與材料的調運、儲備及保障隧洞塌方搶險行動給養。

2　隧洞塌方搶險關鍵技術

隧洞塌方搶險需采用快速推進、連續作業、以通為主、多工作面同時施工的方式。在綜合考慮隧洞結構形式、塌方大小及破壞形式前提下，采取先撐后挖、邊挖邊支護、分層次清理的方法，以確保隧洞安全快速暢通。

2.1隧洞塌方搶險前期準備

為保障隧洞塌方搶險快速安全實施，可依據隧洞尺寸采用適宜大小移動式空壓機作為搶險供風設備，配置YT型手風鉆[3]。同時，為保證搶險工作電源供應，需準備柴油發電機作為供電設備。此外，為保證搶險工作水源供應，需準備灑水車作為供水設備。

2.2隧洞搶險關鍵技術措施

2.2.1現場查看技術措施

隧洞塌方后，應立即現場查看隧洞塌方特征與破壞程度，對地表水特征與邊坡特征進行分析，明晰可能引發的次生災害。依據現場查看結果，初步確定施工搶險方案，配置搶險設備、人員工種及施工材料。

2.2.2塌方體防水技術措施

塌方發生后，隧洞洞口處將會產生山體滑坡，致使土石堆堵在洞口處，在雨水的沖刷下，塌方洞口段將會失穩進而引發次生災害，嚴重影響隧洞搶險工作，因此，必須采取防水措施[4]。可通過鋪設篷布于塌方體上部，以保護塌方體不被雨水傾入沖刷。此外，可通過布置集水坑于塌方體上部，為保障施工簡單方便，可采用滑坡山體處土石作為摻泥骨料，在集水坑較低位置布設消防水帶，引走雨水，從而保障塌方體不被沖刷。

2.2.3塌方體預加固技術措施

為防治塌方后的塌方體上方松散巖石滾落，對隧洞應急搶險施工人員及機械設備造成損傷，需在施工過程中，采取先撐后挖的方式，用木板、鋼板及鋼管對塌方巖石體進行預先加固，以形成臨時支撐。可通過將鋼管鉚接成三角形支架，固定于山體的穩定部位，在山體空隙處布設木板或鋼板，用鋼絲鉚接，以形成臨時性擋墻。同時，若條件允許，可堆砌人工裝沙袋作為攔擋墻。此外，可提前對塌方體進行灌漿以穩固塌方體。

2.2.4塌方體開挖技術措施

對塌方體應采取“小塌清，大塌通與治塌先治水”的處理原則。對于小的塌方段，可采用裝載機與挖掘機配合自卸汽車以清理塌方體，將塌方體上方穩定性較弱的洞體或山體支撐加固[5]。對于大的塌方段，可先開挖一個臨時通道，在臨時通道上方采用鋼材鉚接以布置成門字形支撐，從而確保臨時通道穩固安全。

塌方體開挖可采取先上后下與分層分段的開挖方式，在施工條件允許的情況下，可采取多個工作面協調開展施工作業的方式。挖掘機開挖隧洞塌方體時，可采取三層開挖的方式，對塌方體上部開挖時，為固定虛渣并提供安裝鋼拱架作業的平臺，可先開挖邊側以保留中間核心土。此外，開挖進尺應依現場情況而定，一般低于1.2 m。當上層開挖完工后，應立刻進行支撐施工，隨后開展中層與下層的開挖支撐施工。值得注意的是，開挖施工應減少擾動塌方體，以維持塌方體平衡性，將塌方石運至遠離施工地點處集中堆放。

2.2.5塌方體支護技術措施

對塌方體的支護應依據塌方特征及破壞情況選擇適宜的支護方法，一般采取錨桿錨噴支護、拱架支護、超前管棚支護、超前小導管支護等措施。具體包括以下3個方面。

1)塌方量及破壞程度較低的情況。塌方量及破壞程度較低時，為保障隧洞塌方搶險前后的安全，可采用錨桿支護洞體破壞處的方法，采取梅花型布置的方式。同時，為保證快速施工，應采取藥卷錨固劑對錨桿進行錨固，采取手風鉆三臂錨桿臺車進行鉆孔[6]。此外，當錨桿施工完工后，應立即實施噴射混凝土施工以封閉破碎的圍巖，噴射厚度可取10～20 cm。此方法簡單快速，但支護強度較低。

2)塌方量及破壞程度較大的情況。塌方量及破壞程度較大時，可在錨桿支護的基礎上加設拱架和超前小導管。可在隧洞頂拱外輪廓線外安置超前小導管，一般采用YT型手風鉆鉆孔，將現場拌制的漿液注入其中。待超前小導管安置完工后，可進行拱架的布設，拱架間距應在50～80 cm范圍內，在布設拱架時應與錨桿牢固焊接且安置縱向錨桿。此方法簡單易操作，支護強度效果好，可推廣使用。

3)塌方量及破壞程度很大的情況。塌方量及破壞程度很大時，可在錨桿與拱架的基礎上再加設超前管棚。一般可在拱部150°角度內加設φ90×5mm，長度在16～18cm范圍內，外插角10°～20°，環向間距為50cm的管棚。此外，需在管棚內安置鋼筋束，將鋼筋束焊接成一束插入φ90管內，操作流程如下：①首先應搭設作業平臺，一般采取鋼管架搭設，平臺高度≥2m，橫向縱向間距≥1m。②管棚鉆孔，鉆孔一般使用YG錨索鉆，鉆孔時首先應低速低壓，待鉆到一定深度時，可依據地質特點相應調整風壓與鉆速，鉆速應勻速，以免產生夾鉆。③安裝。待鉆具成孔后，應立即將孔口與孔壁處的縫隙封堵，鋼管外露端處安置止漿閥，以灌注水泥漿，灌漿壓力應低于5 MPa。安裝鋼筋束與鋼管，鋼筋束可用3×φ25的鋼筋焊接而成，在起吊機下孔后，開始封孔[7]。④灌漿，鋼筋束安裝完成后，即開始灌漿，可采用水灰比為1∶1的水泥漿，可使用注漿機對鋼管注漿，初壓可控制在0.5～1.0 MPa范圍內，終壓取2 MPa，持續時間≥15 min。此法便于后期開挖且支護強度高，但施工困難，周期長。

3　其他隧洞塌方搶險技術措施

3.1隧洞涌水處理技術措施

針對隧洞塌方處發生的涌水現象，可采用“防、排、堵、截”的處理方法。可先進行洞內排水與降水，從洞外到洞內逐步清理、疏通排水設備，降低水位以滿足施工條件。可通過對隧洞鉆孔減壓以實現涌水分流，其鉆孔數量應按照洞內水量而定，鉆孔深度一般取12m。當突水口由集中流分為細流時，可實施封堵。在鉆孔分流后，隨后進行涌水口的引排與封堵。當涌水口水量相對減小時，采用配有開關的粗鋼管引排涌水，可同時配置有開關的注漿管，以實施雙液注漿且堵住鋼管外圍部分，以保證涌水只從鋼管處溢出。隨后開始注漿施工，將導水鋼管關閉，使突水從分流孔全部排出，此時，應在涌水處進一步加固注漿。當涌水處安全后，逐步向分流孔灌注水泥單液漿封堵分流孔[8]。當對涌水與涌泥封堵完工后，可進一步加固注漿，保障注漿的效果及洞身的穩定。

3.2洞口巨石處理技術措施

可通過機械開挖的方法，在巨石處設立臨時通道，以確保隧洞能順利通行。若巖石巨大過大無法開挖，可采取爆破的方式分解巨石，將分解后的巨石運走，致使隧洞暢通。

3.3塌方應急搶險技術實施要點

水工隧洞塌方應急搶險施工強度大、施工環境惡劣、不安全因素高，因此在進行施工作業時，應注意以下實施要點：

1)開挖破碎及松散的巖石時，應避免擾動巖石，優先采取邊護邊挖或先護后挖的方式。

2)地下水活動頻繁的地帶，可采取“引、排、截、堵”的綜合治理方法，防范發生暴涌的現象。

3)處理膨脹巖體時，應立即實施錨噴支護的措施，加強觀測，做好隨時支護。

4)在塌方搶險作業中，應先穩固未塌方地帶及加強排水，以防止塌方逐步擴大。

5)施工人員應嚴格遵守塌方應急搶險施工規范，加強嚴格觀察，設置專人值班，若發現問題應立即撤離人員且上報處理。

4　結　語

水工隧洞施工作業環境復雜，隧洞圍巖特性及不當施工均易誘發隧洞塌方事故。水工隧洞應急搶險工作多在缺乏對地震、山體滑坡及泥石流足夠了解基礎上實施，搶險救援作業強度大，時間任務緊且面臨潛在危險因素。在實施水工隧洞塌方應急搶險作業時，應結合現場具體情況、地質與天氣條件等因素綜合調整搶險施工方案。值得注意的是，實施隧洞塌方應急搶險作業，應遵循客觀規律，盡量減小對周邊地貌環境的擾動，同時注重采取必要施工搶險保護措施，從而避免次生災害的發生。

[1]楊紅星,梁川,廖書杰,冶學斌,沈強.多松多水電站引水隧洞塌方原因分析及處理方案[J].人民長江,2011(05):30-33.

[2]孫景榮.水工隧洞開挖過程中的塌方處理[J].吉林水利,2010(01):56-59+61.

[3]王全玉,周利全.運用CFG樁處理水工隧洞塌方的技術措施[J].人民長江,2013(12):63-65.

[4]趙福成.淺談某淺埋引水隧洞塌方處理[J].吉林水利,2013(02):60-62.

[5]胡建春.長河水電站引水隧洞塌方處理方案探討[J].科技通報,2013(02):112-114.

[6]牟亞洲.深埋特長引水隧洞巖爆預測與防治探討[J].吉林水利,2012(01):4-6.

[7]王曉春.黨順水電站引水隧洞塌方處理[J].中國農村水利水電,2009(12):156-157.

[8]姜仁輝,佰春明.砂質泥巖中隧洞工程的開挖與支護[J].吉林水利,2012(02):60-62.

1007-7596(2016)07-0089-03

2016-06-12

楊殿宇(1974-)，男，遼寧朝陽人，工程師，研究方向為水利工程。

TV554

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