小斷面水工隧洞工程塌方分析及處理措施

李 龍

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

水工隧洞是水利水電工程一項基礎的工程，是為該工程中各項任務而設置、建設的隧洞，用以配合溢洪道宣泄洪水，或引水發電，或為灌溉、排放水庫泥沙、供水和航運輸水等基礎任務[1]。在水工隧洞施工中，經常出現塌方現象，特別是在一些地質條件較差的地方更是容易發生。一旦水工隧洞出現塌方現象，不但會影響施工的順利進行，造成經濟損失，還會威脅到施工人員的生命財產安全[2]。因此，在水工隧洞施工中，施工企業必須采取有效措施預防塌方現象的出現，如果出現塌方，需細致分析出現塌方的原因，并及時制定有效的處理方案，以減少塌方現象帶來的各種損失。

1 小斷面水工隧洞工程概述

水工隧洞可用于灌溉、發電、供水、泄水、輸水、施工導流和通航，是水利工程施工建設重要的組成部分。所謂的水工隧洞，是指在山體中或者在地下開鑿的過水洞。其中，用于灌溉且水流在洞內具有自由水面的水工隧洞，被稱為無壓隧洞，而水流充滿整個隧洞的斷面，使洞壁承受一定水壓力的水工隧洞，則被稱為有壓隧洞。在小型水工隧洞施工中，隧洞線路的設計和施工必須與水利工程的建設任務相適應，并根據該水利工程的地形、工程地質以及水文地質、水文等條件選定，線路也應力求短而直。

2 小斷面水工隧洞工程塌方的原因

小斷面水工隧洞出現塌方的原因較多，大體上可以分為地質環境因素和人為因素2 個方面。其中，地質因素主要是指施工現場存在著不良地層，如巖體松散、斷層破碎帶、膨脹、巖涌、多水以及高壓含水層等[3]。而人為因素則是指在進行水工隧洞施工過程中，施工企業為了節約施工成本，沒有對施工現場的地質環境進行認真勘探，設計的施工方案不合理，過分追求最短的施工洞線，往往會將洞軸線選在埡口的最低處，趁溝進洞出洞，而且還存在著“晚進洞、早出洞”的行為，導致洞口處開挖深度及洞臉揚坡高度的增加，從而無法避開飽和黏土、流沙、堆積層、斷裂和褶皺帶、節理和裂隙發育帶、含有各種不利的軟弱結構的圍巖以及溶洞、陷穴等地質不良區域。此外，人為因素還包括施工人員在對不良地質地段的隧洞進行襯砌時，襯砌的厚度不夠，根本無法滿足承載力的要求，導致完工后的結構無法承受可能出現的山巖壓力，導致襯砌結構遭到破壞，進而引發塌方現象[4]，嚴重影響著小斷面水工隧洞施工的質量、進度和安全。以引洮供水二期工程為例，該工程主體工程施工第63 標段從八干渠14#隧洞出口（剛家坪）控制段樁號42+359.95 起，一直到21#隧洞進口（塬子坪）控制段樁號61+307.32 止，標段渠線長18 947.37 m，共涉及8 個水工隧洞的施工。且第63 標段的地貌形態為新塬和劉寨黃土塬、黃土梁峁，黃土厚度增大，沖溝底多有基巖零星出露，在較大的黃土河川溝道內發育有Ⅰ～Ⅲ級階地。特別是16#～21#隧洞及明渠主要布置在黃土塬及梁峁區。隧洞圍巖主要為馬蘭黃土（eolQ32）、黃土狀土（plQ31）、離石黃土（plQ2）和新近系砂質泥巖。此外，還有部分進出口洞段為飽水黃土狀土（plQ31），圍巖穩定性較差。在這種地質條件下進行小斷面水工隧洞工程施工，因施工現場存在著不良地層，極易出現塌方事故。

3 小斷面水工隧洞工程塌方處理措施

在引洮供水二期主體工程施工第63 標段隧洞洞室開挖支護施工中，施工企業在進行小型水工隧洞掘進時，根據圍巖的類別，采用了“管超前、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則[5]，積極推廣并應用了國內外隧洞施工的新技術和新工藝，采購了目前國內較為先進的機械設備，使挖、裝、運、錨、襯等施工作業行為實現了機械化。而且在施工中還計劃加強了地質超前預報及圍巖量測，采取了超前鉆探孔，用以探明地質的情況，分析圍巖的類別，在此基礎上，確定了開挖的方法，并調整了各項技術指標，確定了支護的型式。另外，在施工中施工企業還采用了BJSD-2 型激光隧洞限界檢測收斂儀和NA828 水平儀等先進的儀器設備，對周邊水平收斂和拱頂下沉情況進行細致的量測，然后將收集到的數據進行認真的分析處理，以便于及時反饋信息用于施工指導。

在具體的操作中，施工企業在土質隧洞及軟巖隧洞開挖中主要采用銑挖機進行挖掘，銑挖機無法開挖時，則采用爆破法進行施工，出渣均采用銑挖機裝渣、自卸車運輸。在洞段開挖后，施工企業及時采用了系統錨桿、鋼拱架、鋼筋網片及噴射混凝土進行聯合支護。支護措施由外至內鋼拱架、錨桿、噴砼、鋼筋網片、補噴。必要時在頂拱180°范圍內布置Φ42超前鋼管管棚，導管棚沿洞軸線方向環向設置，管棚長3 m，間距300 m，搭接長度不小于1 m。拱架采用I12“工”字鋼，每片拱片兩頭設法蘭，拱片對接后先用螺栓連接后再焊接，加強段鋼拱架間距為0.5～0.8 m，洞身段加強段鋼拱架間距為0.6～1.0 m，拱架與拱架之間采用連接筋連接，間距1 m,必要時進行加密或增設交叉連接筋[6]。

噴砼總厚度為10 cm，其中，初噴混凝土厚度一般為5 cm，復噴達到10 cm，混凝土采用C20 混凝土。在頂拱180°范圍內砼噴層中設置拱直徑Φ6.0@200 的鋼筋網片，鋼筋網片和拱架間的連接采用焊接。土洞段設置Φ16 掛網錨筋，巖洞段設置Φ18 水泥基藥卷系統錨桿，掛網錨筋及水泥基藥卷錨桿長1.5 m，錨孔內填水泥基藥卷，錨桿間距1.5 m×1.5 m，每排4 根或3 根呈梅花形布置[7]。

考慮到隧洞斷面較小，在供風方面配500 P 風筒供風；在供水方面采用Ф50 鋼管，配管通泵供水，噴錨供風采用Ф108 風管。隧洞排水根據實際滲水量的大小及涌水量配置相應功率的水泵及排水鋼管，并且配備2～3 臺相應功率水泵備用，水泵的選型上力求型號統一，便于維修和管理，單臺備用水泵原則上不得低于最大排水水泵功率。

4 結束語

加強小斷面水工隧洞工程管理，對工程出現塌方的原因進行分析，并探討小斷面水工隧洞工程塌方現象的處理措施，可有效避免水工隧洞工程施工中出現塌方的現象，確保施工質量。