某導流洞塌方處理施工技術研究

【摘要】本文以某導流洞塌方處理全過程總結，詳細研究處理方案分析制定、后期施工預案，由于處理技術針對性強，對后序施工起到良好指導作用，類似工程提供借鑒。

【關鍵詞】隧洞；塌方分析；施工技術

某導流洞斷面型式為城門洞型，斷面開挖尺寸13.5～16.0×16.25～18.50m（寬×高）。進、出口底板高程分別為953.00m、949.00m，水平埋深120m～180m，垂直埋深110m～190m。圍巖主要為灰白色、微紅色中粒黑云二長花崗巖，并有β6等輝綠巖脈穿插，總體以III1類為主。構造以發育巖脈破碎帶、小斷層和裂隙為特征，斷層主要有f33 、f36等。地下水為裂隙水和第四系松散堆積層孔隙潛水，洞內呈滲滴水或流水出露。

1、塌方過程

導流洞下游段開挖自下游向上游推進，洞室開挖分上中下三部進行，下游上半洞開挖至樁號0+750m附近，掌子面發育一條寬約2m輝綠巖脈，其上界面發育一條斷距約0.5m逆斷層，圍巖裂隙發育，巖體呈鑲嵌-碎裂結構，自穩能力差，裂隙、斷層帶、巖脈帶滲水為一般線狀流水。該循環鉆爆完成，掌子面拱頂及右側邊墻斜向上游開始出現小塌方。10月29日零晨4點多塌方延至0+753m拱頂及右側邊墻斜向上游處，至中午12點左右出現較大規模塌方，現場察看：拱頂斜向上游塌至0+748m處，向下游塌至0+757m處，塌方部位形成大約5m左右高空腔，同時將0+754-0+752m洞段4榀鋼支撐拱頂部分擠壓變形，塌方量約450m3左右。（圖1）

2、塌方體安全性分析

采取何種塌方處理時首先要對塌方部位安全性狀進行分析評價，要依據現有成熟的相關理論，分析現場地質條件狀況，參考類似工程塌方處理經驗，確保進行塌方處理在安全可控狀態下進行，遏制塌方次生災害發生。

2.1 圍巖壓力確定方法

洞室開挖后圍巖應力要進行重新分布，如果洞室周邊應力小于巖體強度，圍巖穩定；否則，周邊巖石將產生破壞或較大的塑性變形，有可能引起坍塌。圍巖的塌落、塊體滑移、碎裂松動等所引起應力僅限于圍巖產生松動脫落的局部范圍，確定圍巖松動壓力就是確定作用在支護上的力，指定支護設計型式。確定圍巖松動壓力的方法有很多，普氏壓力平衡拱理論、塊體極限平衡法等對松散體巖體、巖體被不利結構切割圍巖壓力計算是較為常用的方法。

（1）普氏平衡拱理論

普氏平衡拱理論認為圍巖斷層、裂隙等不利結構組合切割，使洞室圍巖成為散粒體，塌方發生后在一定時間內會趨于穩定，形成拋物線狀自然平衡拱。（圖2）

圍巖壓力計算：P=4/3×γbh γ巖石比重、b塌落拱跨度之半、h塌落拱高度

塌落平衡拱高度、寬度計算： h=b/fm（m） fm巖石堅固系數（普氏系數）

巖石堅固系數計算：fm=α×R/10 R巖石濕抗壓強度、α修正系數（見表1和表2）

在洞室側壁穩定時，平衡拱寬度就是開挖寬度，即b=bt

在洞室側壁不穩定時，平衡拱寬度為：b=bt+Ht×tg（450-θ/2）

式中Ht開挖洞室凈高、bt洞室凈寬之半、θ巖石摩擦角

（2）塊體極限平衡法

塊體極限平衡認為巖體被各種結構面組合切割成不同形狀塊體，洞室開挖后不利結構面組合切割的塊體會向洞內滑移或塌落，作用于支護上的圍巖壓力等于這些塌落體重量。

圍巖壓力計算：P=n×2bγh n塌落體系數、b洞室寬度之半、γ巖石比重、h塌落體高度

這是拱頂塌落的圍巖壓力，如果側壁圍巖不穩定塌落，還應計算側壁圍巖壓力：

P=W（sinα-conαtgθ）conα w側壁塌落體重量、α底滑面傾角、θ巖石摩擦角

2.2 塌方體部位穩定分析

洞室塌方后的穩定情況能否做出正確判斷是制定處理方案的關鍵。一般情況下塌方發生后1-2天就基本穩定，不會再有大的塌方，這時應詳細收集現場地質資料，檢測塌方體不同類型圍巖抗壓強度、確定圍巖的堅固系數，盡可能測量塌方體范圍。根據上述普氏理論和塊體極限平衡法互為計算塌方高度、寬度，與現場實際情況進行比較，如果計算與實際基本相符，說明塌方基本穩定，否則要慎重對待。

根據設計資料、檢測、現場采集數據，塌方部位巖石比重γ：2.7、摩擦角θ：50、巖體濕抗強度RW：55、底滑面傾角α：70、塌落體系數取n：0.5、修正系數α1、2取0.2、0.6進行修正，塌落體側壁h為3.5m、b為6.0m。

根據以上公式推算：采取普氏平衡拱法P=72.8KN

采取塊體極限平衡法P=66.5KN

二種方法計算圍巖壓力值基本接近，說明塌方部位基本穩定，同時計算出塌方體高度h=4.3m，寬度b=9.4m

塌方體穩定后對塌方部位采取人工丈量、免棱鏡紅外測量等手段，測得塌方高度與寬度與理論計算值基本相符。

3、處理技術方案

通過對塌方穩定分析，確定塌方部位穩定后，著手對塌方體進行處理施工。依據相關規范關于洞室錨噴支護設計技術要求，結合類似工程洞室塌方處理成功的施工措施，對塌方體地質情況判斷，制定在保證安全、快速施工、經濟合理等方面具有針對性處理方案。

首先確定塌方渣體如何封閉加固、滲水引排、空腔噴混凝土封閉措施、邊墻加強支護方案，第二步確定開挖、塌方空腔回填封閉、超前支護等方案。

1 為保證塌方段圍巖穩定，對塌方渣體噴混凝土封閉后再進行固結灌漿。封閉噴混凝土厚度10cm，然后用0.1-0.3MPa的壓力對渣體進行固結灌漿。孔深逐漸增加，壓力隨孔深逐漸增大，直至穿越渣堆到巖石掌子面。

2 對0+758m-0+754m洞段間架立的6榀鋼支撐拱頂塌方空腔先采用噴C20混凝土封閉回填、再回填M20水泥砂漿和進行回填灌漿，將該段封閉密實。

3 從0+754m處往上游按照0.5m間距架立I18鋼支撐，鎖腳錨桿采用Φ28L=6.0m@1.0m砂漿錨桿，施工時如果塌孔嚴重，采用自進式錨桿。開挖采取左右中分部進行、先挖拱部再挖邊墻方式，每次鉆爆進尺控制在0.5-0.8m。

4 從0+754m處起對拱頂塌方區先噴混凝土封閉回填、再回填砂漿并預留回填灌漿管，開挖進尺前對拱部采取超前灌漿小導管施工，小導管L=6.0m@0.4m。兩側邊墻開挖出來視圍巖情況確定是否進行固結灌漿，固結灌漿鉆孔孔距2m、孔深6m，壓力0.1-0.4 MPa。

5 系統支護及排水孔施工仍按照原設計參數實施。

采用制定方案經過14天的施工，將塌方段全部處理完畢，在隨后穿越該部位破碎巖脈、斷層及裂隙密集帶施工仍采用該方案，成功開挖25m通過該IV、V類圍巖洞段，沒有再次發生規模塌方。

4結語

1 圍巖地質條件差的部位洞段開挖時，要加強地質資料收集和判斷，采取超前地質勘探手段查明地質情況，及時調整施工方案，防止照搬設計方案和盲目冒進施工，避免發生大規模塌方和次生災害發生、引發人身安全事故。

2 在圍巖地質條件差（IV、V類）、含水大的洞段施工時，應嚴格遵循“短進尺、弱爆破、緊支護、勤量測”的指導方針。掌子面開挖出來及時噴混凝土5-8cm進行封閉，該施工工序至關重要，起到穩定和降低塌方擴大、為后續加強支護提高保障。

3 松散塌方體不可盲目出渣、強行掘進。首先應對塌方體進行表面封閉，使其保持相對穩定，盡可能減少擾動次數，避免造成再次冒頂塌方；其次，應對塌方體進行固結灌漿，使塌方渣體形成一個整體，提高渣體強度級別，這是塌方處理的基礎和關鍵。

4 地下洞室開挖、支護施工質量不能絲毫馬虎、偷工減料，更不能抱著僥幸心理期望不會發生塌方事故，開挖施工過程地質、質檢、技術、施工等人員要緊密配合，預案充分，加強現場指導和管理，防范安全事故發生。

參考文獻：

[1]崔冠英主編. 水利工程地質，中國水利水電出版社，1999.12