水電站隧洞施工中塌方的處理措施研究

龍倍佳 劉琴艷

【摘要】本文就水電站隧洞施工中產生塌方的原因、塌方的各種類型及隧洞塌方的處理措施做了一些分析研究。

【關鍵詞】水電站；隧洞塌方；處理措施

一、引言

該水電站輸水隧洞工程采用城門洞型無壓隧洞型式，頂拱為123。圓弧，縱坡為1/700。其開挖斷面為B×H=3.4×3.4m，成型斷面為B×H=2.8×2.8m，砼標號為C20。輸水隧洞全長7626m，其間穿越地形復雜多變的高山、溝谷及洼地。該地區屬典型喀斯特地形，河谷深切，以巖溶地貌為主，隧洞穿越地層主要為二疊統一石灰統中厚層可溶性灰巖，其間夾有礫巖、頁巖、砂巖、泥巖、煤層，且該地區多雨，地下水豐富，地質條件相對復雜。隧洞開挖過程中共遇到一處洞口大體積滑塌、三處大型溶洞、七處冒頂塌方、200m長強風化煤層、90m長沙土層，已造成洞線三處改線，報廢已成型隧洞230m。

二、隧洞施工中產生塌方的原因

（一）不良地質原因

不良地質主要包括沙土層，煤矸石層、風化變質巖體、裂隙發育巖體、崩塌巖堆地區、斷層帶、溶洞、滑坡、泥石流、膨脹性地層等，當隧洞從這些巖體中通過時，如稍有疏忽，就可能發生大塌方。

（二）施工不當原因

在軟弱、破碎、偏壓、淺埋等地層中施工隧洞時根據實際需要采用超前錨桿等預支護加固，增強圍巖自穩能力。開挖鉆爆按照“短進尺、多循環、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護”原則施工，每排炮后及時進行錨桿、噴砼、掛網、鋼支撐加強支護，形成柔性封閉環，限制早期圍巖變形過大。針對具體情況，采用同分部開挖方法，減少次開挖支護跨度，利于成洞穩定。成洞后，除按設計圖紙要求及時埋設各種觀測儀器外，初期通過加密觀測、勤量測及時反饋信息，當發現圍巖變形速率過大，及時進行砼襯砌。施工中若沒有按以上要求進行塌方是很難避免的。爆破參數不正確，周邊眼裝藥量過大，爆破后的不正確找頂，極易引起圍巖頂部承載網的整個失穩而塌方。施工中該架設鋼支撐的地段沒有架設或者即是架設了但間距過大，錨桿長度不夠，數量不足，角度不對，該掛設鋼筋網的地方沒掛網，噴混凝土厚度不夠，尤其用模注混凝土代替噴混凝土，對圍巖裂隙不能充填，甚至不能保證和開挖面密貼，也就不能加強圍巖強度。形不成噴層和地層共同作用，隨著爆破所產生動荷載的作用，會造成后部塌方。洞口段一般巖層較差，而且常伴有偏壓。因此，如果施工方法不當，極易造成塌方，一旦塌方，處理將非常困難。

（三）地壓原因

偏壓和滑坡在隧道洞口段易造成塌方，塑性地壓引起隧道擠出性破壞也時有發生，高地應力區的完整堅硬巖體常發生巖爆等現象。

（四）地下水原因

地下水會使軟化系數大的巖石強度降低，造成結構面的抗剪強度減弱。若遇斷層，更易發生涌水而導致塌方。

三、隧洞塌方的各種類型

（一）洞內小范圍局部塌方落石

Ⅲ類及Ⅲ類以上的硬巖中洞室開挖后，不穩定結構體面的摩擦力向洞內滑移而發生塌方，這種塌方規模較小，一般塌方高度在0.3m-1.5m，多發生在拱部，有時也出現在側壁。預防這類塌方一般采用爆后及時進行局部錨噴混凝土，一般錨桿長度不小于3m，噴混凝土厚度在8cm-10cm。

（二）特殊地質結構塌方

水電站主要為溶洞偏壓產生的塌方，此類塌方預防可采用超前支護同時用雙側壁法、中壁法等保證偏壓隧洞不塌方。

（三）洞口大變形的塌方

隧洞口段極易發生洞頂地表開裂、變形或下沉，坍塌通頂。洞口段施工注意減少爆破振動影響，及時進行錨噴加固、排水處理等是預防洞口大型滑塌的主要措施。

四、隧洞塌方的處理措施

（一）洞內強風化帶、斷層、破碎帶、裂隙發育段塌方處理

強風化帶、斷層、破碎帶、裂隙發育段在施工中所遇較多。處理措施有：爆破前在頂拱段打超前錨桿（深度3m；水平夾角60。；Φ25螺紋鋼）4-8根；爆破應遵循“短進尺、小藥量、弱爆破、快支護、勤觀測”的原則，盡量減小振動對穩定的影響；待相鄰段穩定后，以短進尺清渣；清除危石后立即施噴混凝土，爆后若發現巖石裂隙發育，及時進行噴護；對塌空部位及時進行漿砌石回填，防止巖石變形后出現大量坍塌；若破碎帶、斷層嚴重地質情況，兩側或頂拱局部出現采用砌石、圍木等方式支撐；全斷面出現則采用槽鋼、木材聯合支撐，槽鋼支撐間距lm-1.5m，頂部必須以巖石結合緊密，不能留有空隙；循序漸進、往前施工。

（二）大方量塌方或冒頂處理

隧洞掘進中若遇到一些強風化帶、斷層、破碎帶、裂隙發育等地質條件較差段時，在圍巖變形前一定要及時進行臨時支護，防止出現大量塌方甚至冒頂，造成大的損失。但由于該地區多雨，暴雨季節給工程造成了巨大破壞，隧洞掘進中三處相距出現冒頂，一處冒頂發展成長20m、寬4m天窗。冒頂處理費用相對較高，其處理方法如下：對已冒頂部位暫不出渣，避免出現更大量塌方；人工清開洞底兩側，用工字鋼做拱架支護；拱架頂部每隔10cm打入長lm錨桿（Φ25螺紋鋼，一頭削尖）；出渣推進50cm后再安設工字鋼拱架鋼支撐，并縱向連接，上下與錨桿、管棚焊接形成為一完整受力體；推進4m后作鋼筋砼襯砌；襯砌好洞段頂部若有空洞，做緩沖層處理；進行監控量測；循序漸進，循環推進。

（三）洞內溶洞的處治方法

作業區上游隧洞開挖至170m處遇一大型溶洞（長28m、寬22m、深20m），下游隧洞開挖至300m處遇一大型溶洞（長88m、寬30m、中部有一深達30m、長20m溶槽）。處理辦法有：清除溶洞內充填物和懸吊鐘乳；沿洞周打錨桿，布設鋼筋網，噴混凝土；設置量測點，加強變形監測；排水降壓，開挖平導進行排水，由平導向正洞方向打放水孔，加速排水；上游隧洞所遇溶洞穩定性差，在保證安全的情況下，分層回填至隧洞底部高程，在隧洞兩側存在大量爆破棄渣，按隧洞襯砌型式做鋼筋砼。為防止石頭落下，鋼筋砼做好后頂部堆1.5m棄渣做緩沖層。下游隧洞所遇溶洞穩定性很好，盡量不破壞原有溶洞構造，清除多年堆積物后作鋼筋砼明涵通過。為加快進度，在溶槽位置作鋼架橋機械、人員通過，隧洞繼續掘進。以后拆除鋼架橋作鋼筋砼橋型基礎，采取梁跨的措施，橫梁和支墩支托縱梁，縱梁上再作隧洞邊墻，縱梁采用鋼筋混凝土板梁以支撐邊墻，板梁分別置于懸臂橫梁上，懸臂的固定端埋入鋼筋，增加穩定。

五、結束語

塌方對于隧洞施工危害嚴重，塌方往往由多種因素共同造成，因此在預防及治理塌方時要對以上的方法綜合運用，確保施工安全，將塌方危害降至最低。目前該隧洞已通水，經業主、設計、地質、施工等單位的聯合驗收，基本達到預期目的，能夠保證工程的安全運行。

參考文獻：

[1]楊明.淺談小型水利水電工程隧洞塌方處理 [J]甘肅農業，2013.9

[2]張小明.水工隧洞襯砌結構的缺陷檢測及穩定性分析[D].西南交通大學，2014.3