引大濟湟工程小斷面隧洞遇不良地質的塌方處理

貟天龍

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

水工隧道建設階段在地形、地質及空間等諸多條件的束縛下，表現出施工難度高、工期漫長等特征。近些年，水利工程建設在技術層面上有所突破，隧道施工階段也歸納了很多先進方法與實用經驗。但在不良地質條件下，若水工隧道施工階段發生塌方現象，一方面擾亂實施進度計劃；另一方面可能危及相關人員的生命安全，有效處理水工隧洞施工進程中的塌方問題，是保證工程建設質量和施工安全的重要基礎。

1 工程概況

引大濟湟工程經由調水總干渠逾越大坂山入黑泉水庫，該項工程有效解決了湟水兩岸山區和干流水資源供應不足的現實問題。工程分3期實施：一期為黑泉水庫、北干渠一期；二期為調水總干渠、北干渠二期、石頭峽水庫；三期為西干渠。北干渠扶貧灌溉二期屬于續建配套設施，作用以為城鎮居民提供日常生活、農田灌溉用水為主，工程調控面積2.67萬hm2，農田灌溉2.45萬hm2，林區灌溉0.21萬hm2。項目區域設置了2條分干渠、18條支渠、7條干斗及農田配套設施等。三分干渠長41.8 km，明暗渠、隧洞、倒虹及渡槽對應的長度依次為0.26 km、35.0 km、3.6 km、1.71 km。

2 小斷面隧洞施工階段塌方事故成因

2.1 地質條件

首先，巖體松散層內黏土、壤土、濕陷性黃土等含水已抵達飽和狀態，促進了自體不穩定性形成過程；褶皺帶和斷裂帶內含有破碎、松軟結構面等諸多劣質圍巖；陷穴、巖溶溶洞及暗河等均屬于不良土質，若隧洞施工建設階段穿越以上地帶，則會明顯增加塌方事故發生的風險。其次，受地形、地貌等多種客觀因素的約束，若隧道工程臨近山區、河谷時，促進了塌方情況的發生、發展過程。最后，國內水工隧道建設階段為符合功能性的設計要求，通常要穿越地下水富足區域，因地下水水壓長期處于較高水平，地下水源不斷流至洞室，長此以往，降低了斷層結構帶內填充物及破碎型巖石的儲有量，誘發塌方事故[1]。

2.2 勘測、設計不到位

目前國內基本上以長線狀布設水工隧道，施工條件惡劣、交通不暢通，現場勘測設計工作難度相應增加具體設計階段，建設方通常會綜合分析成本投入、氣候條件及設備設施配置等多種因素，可能對洞線安穩性形成負面影響的斷層、富水、破碎等諸多不良地質勘測不到位，不利于完善隧洞工程設計圖內容。

工程施工線路選擇欠缺合理性，外加諸多不良地質因素，雙重作用下增加土方挖掘等工序運作期間塌方狀況發生的概率[2]。部分施工單位規劃小斷面隧洞軸線環節可能沒有確立規避不良區段的意識，甚至為壓縮造價不斷減縮洞軸線長，將洞軸線選定于山體埡口最底部的工況并不少見，若該位置排水系統運行不暢，則會引起大量積水聚集情況，相繼誘導進出洞口建設階段塌方事件的形成過程。

2.3 支護等施工方法欠妥當

很多施工單位為提前完工，會選用強爆破或爆破處理，若以上工序中炸藥投入量過多，將會誘導爆破階段形成劇烈震動，可能發生塌方。故而，隧洞爆破階段應合理調控爆破參數或實施弱爆破法。

針對穩定性極低的圍巖，挖掘階段支護操作缺乏時效性，造成圍巖在較長時間內裸露，在山體滲流、風化等諸多不利因素作用下，山體塌方概率相應增加。另外，受限于施工人員的技術水平，導致支護方位不正確、支護構件強度和設計要求存在出入等，均是隧洞塌方的常見因素。

3 塌方的處理方法

3.1 強風化帶和煤層帶塌方

眾所周知，強風化帶、煤層帶地層穩定程度偏低，是塌方事件的高發區。若隧洞施工階段遇到以上區段，則應加強塌方事故的防控。施工人員以最嚴謹的態度參與作業，推行邊掘進邊支護的方法，維護隧洞圍巖的相對穩定性。為將開挖階段隧洞塌方概率降至最低，建議上半洞挖掘在先，配合使用支護方案；下半洞挖掘隨后，并要求工人循序漸進推行上下洞支護銜接方法[3]。

3.2 平洞挖掘砂土層時的冒頂塌方

砂土層安穩性極為微弱，冒頂塌方發生概率很高。應立足于工程實際，判斷邊掘進邊襯砌法的適用性，保證掘進作業平穩、連續推進，聯合使用花拱架裝置對襯砌鋼筋實施加密處理，一方面有利于協助施工單位壓縮支護成本；另一方面較明顯強化了隧洞圍巖的安穩性。建議在砂土邊坡的外表層依照1.5 m間距鋪設縱向、橫向鋼筋，以上所提及的縱、橫向鋼筋均要敷設在砂土層中，且要對其交叉位點實施焊接處理形成鋼筋網，焊接鋼筋網與鄰近混凝土基樁上鋼筋構件。

3.3 砂土層豎井開挖時的塌方

挖掘砂土層階段會形成較多煙塵，挖掘豎井的宗旨在于快速疏散煙塵。挖掘豎井階段塌方問題也難以完全規避，建議施工單位嚴格按照規范標準采用沉管技術，借此方式維持豎井構造的安穩性，降低塌方的風險[4]。

3.4 小塌方

首先，科學選用塌方支撐。水工隧道建設階段，若塌方量偏低，山體施加的壓力也偏低，即為小塌方。為減少塌方處理階段資金投入量，通常推薦施工單位選用鋼結構作支撐。也可采用木材支撐，木材有質輕、搭設流程較簡易等諸多特征，通常能對塌方區起到較強的支撐作用[5]。

其次，針對塌方以后的支撐搭設。簡易選用門框式支撐，該類支撐物的構成以立柱、底梁、頂梁等為主，選用三節架設法通常能取得預期的支撐效果。

最后，清渣處理。開展殘渣清除作業前期，一定要檢查塌方支護的安穩性，只有專業技術人員前往工程現場并確定支護穩定安全后，方可指派相關人員進行清渣。

3.5 大塌方或冒頂的處理

若隧洞開挖階段塌方量較大或冒頂現象嚴重，則應立即暫停冒頂部位的出渣工序，規避塌方面積拓大，且指派工人清除洞口滯留的殘渣，利用工字鋼予以支護。于拱架頂端，以10 cm設為間距打進1 m長的錨桿（ф螺紋鋼，一側被削尖），筆者認為鋼拱架支護要和錨桿、噴射混凝土鋼筋緊湊相連，錨桿間距錯四對六安置，眼深2.0 m，眼孔內徑≤38 mm，并和兩幫成角為90°，選用藥卷和管縫錨桿予以灌注；要求借助吊車力量安裝鋼拱，與人工密切配合，指派專人統一指揮，確保螺栓緊固可靠、齊全。出渣持續推進50 cm后再安置“工”字鋼拱架進行支撐，在豎直方向施以焊接處理，保證錨桿、管棚組建為一體；施工作業向前推進4 m后制作鋼筋混凝土襯砌；加強工程量的監測，持續推進各項工序。

4 結束語

小斷面輸水隧洞施工階段，施工單位一定要重視預防塌方事故，結合工程實況，科學設定爆破位點并調控裝藥量，保證支護、襯砌施工的時效性與精確度。若挖掘階段發生了塌方事故，則應綜合多項因素分析成因，結合地質及地形分布狀況，及時處置，規避塌方面積拓大，確保水工隧洞施工作業持續、安全、穩定進行。