小斷面水工隧洞工程塌方分析及處理探究

張登文

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070）

在水利工程中，水工隧道是其中非常重要的一部分，主要是為了與其他方面相配合所進行的施工，能夠滿足泄洪、灌溉等方面的需求。從水工隧道的具體施工來看，常常會發(fā)生塌方事故，尤其是在地質(zhì)相對較差的位置處，不但給施工工作的展開產(chǎn)生影響以外，還會導(dǎo)致經(jīng)濟損失。在實際施工過程中需要施工單位能夠采取有效方法避免發(fā)生塌方事故，若是發(fā)生了塌方事故，則需要對事故產(chǎn)生的原因進行分析，同時還要制定合理的方案進行處理，避免塌方事故所造成的損失。筆者就針對相關(guān)內(nèi)容進行詳細(xì)闡述。

1 小斷面水工隧洞工程概述

水工隧洞主要指的是在山體中所鑿開的過水洞，應(yīng)用在供水、灌溉等方面，也是水利工程中非常重要的一部分。如果是應(yīng)用在灌溉方面，而且還擁有自由水面，便被人們稱之為無壓隧洞；但如果水流在隧洞中充滿，將會導(dǎo)致洞壁承受較強壓力，此種類型的隧洞被稱之為有壓隧洞。當(dāng)對水工隧洞進行施工時，不管是在設(shè)計隧洞線路還是實際施工過程中都應(yīng)當(dāng)滿足水利工程建設(shè)任務(wù)的要求，同時根據(jù)此水利工工程的地質(zhì)條件、水文條件等方面的情況，需要線路盡可能的短而直。

2 小斷面水工隧洞工程塌方原因分析

小斷面水工隧洞在施工過程中，會在一定程度上導(dǎo)致發(fā)生塌方，而塌方原因相對較多，主要因素包括了以下內(nèi)容。

第一，地質(zhì)因素。此項因素是導(dǎo)致水工隧道發(fā)生塌方的原因之一，對隧洞進行設(shè)計時，需要充分考慮到施工與地質(zhì)所存在的不利因素，但如果考慮不健全，將會導(dǎo)致隧洞軸線的選擇出現(xiàn)問題，例如軸線位于不良底層位置上，便會導(dǎo)致發(fā)生塌方。首先，塌方主要是出現(xiàn)強烈風(fēng)化帶、斷層破碎帶等地方，這些地方中的巖層較為軟弱，而且圍巖強度越小，發(fā)生塌方的規(guī)模也就變得更大。其次，圍巖因為受構(gòu)造切割，節(jié)理裂縫處常常存在著很多軟弱夾層，擁有很多滑感礦物，從而形成為了十分不穩(wěn)定的圍巖。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，有超過一半的塌方都是因為結(jié)構(gòu)面強度過低或是不利組合而造成的，從塊狀與層狀結(jié)構(gòu)的實際情況來看，因為結(jié)構(gòu)面不利組合而引起的塌方是最多的。最后，當(dāng)處于斷層裂隙發(fā)育等狀態(tài)，此時地下水會因為洞室被挖開而出現(xiàn)排泄的情況，從而對外巖造成外壓，將松軟物質(zhì)帶走，并且泥化、軟化等方面因素的影響，還會降低結(jié)構(gòu)面所存在的阻力。所以，當(dāng)?shù)叵滤兊迷交钴S，那么對圍巖所造成的不良影響也就越大，降低其穩(wěn)定性，導(dǎo)致了塌方情況的發(fā)生。

第二，人為因素。施工單位在實際施工中，想要降低施工成本，并沒有對施工現(xiàn)場附近的地質(zhì)環(huán)境展開認(rèn)真勘探，直接影響了方案的設(shè)計，導(dǎo)致所設(shè)計出來的方案存在很多問題，例如過度想要降低施工洞線，常常會在埡口最低點設(shè)置洞軸線，出現(xiàn)了“晚進洞、早出洞”的情況，這在一定程度上大大增加了洞口的挖掘深度，而且楊坡高度也變得更高，如此則無法規(guī)避各種不良地質(zhì)區(qū)域。另外，相關(guān)工作人員對于處在不良位置處的隧洞展開襯砌時，由于其襯砌厚度沒有達(dá)到要求，難以達(dá)到承載力要求，造成即便完成施工以后結(jié)構(gòu)也不能夠承受山巖壓力，使得襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了被破壞的問題，從而導(dǎo)致塌方的出現(xiàn)，對整個隧洞的施工都會造成不良影響。比如青海省湟水北干渠扶貧灌溉二期工程三分干第2標(biāo)段項目，8#隧洞工程全長2 978.07 m，樁號19+502.00~22+480.07，斷面城門洞型，凈寬為2.1 m，凈高為2.3 m，在21+804.07~21+821.07段，出現(xiàn)塌方長17 m，8＃隧洞21+804.07~21+821.07段經(jīng)地質(zhì)工程師判定為石英巖，處于斷層擠壓破碎帶內(nèi)，結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育，巖石破碎，夾雜斷層泥，穩(wěn)定性極差，在此種地質(zhì)條件下想要有效完成施工共走，那么在施工現(xiàn)場由于出現(xiàn)了不良底層，容易引發(fā)塌方事故。

第三，施工工藝問題。由于所采用的施工工藝沒有達(dá)到要求，那么將會導(dǎo)致塌方事故的發(fā)生，具體表現(xiàn)為：首先，若是施工地帶中的圍巖缺乏穩(wěn)定性，挖掘以后沒有根據(jù)具體情況展開支護襯砌施工，致使圍巖暴露，而山巖本身的壓力將會不斷增長，最終造成塌方事故的發(fā)生。其次，開挖爆破過程中，炸藥量過多而引發(fā)塌方事故。此種情況的發(fā)生主要集中在施工前期，通過對爆破方法進行改進，通?？梢杂行П苊獍l(fā)生塌方事故。再次，支撐結(jié)構(gòu)存在問題，例如構(gòu)件強度相對較低，或是在支撐位置上存在問題，應(yīng)當(dāng)在襯砌、開挖時需要將其拆除，導(dǎo)致塌方。最后，當(dāng)停止施工以后，由于出現(xiàn)了各種問題，導(dǎo)致施工排水工作沒有得以有效展開，圍巖一直處于浸泡狀態(tài)，使得山巖壓力不斷上漲，但其自身強度則慢慢下降，若是被擾動，將會造成塌方情況的發(fā)生。

當(dāng)發(fā)生塌方事故以后，施工單位應(yīng)當(dāng)先根據(jù)現(xiàn)場施工的具體情況對發(fā)生塌方事故的原因展開詳細(xì)分析，確定塌方的原因，為處理方法的選擇提供依據(jù)，以便能夠采用具有針對性的解決方法。另外，還可以促使為日后預(yù)防塌方事故的發(fā)生打下良好基礎(chǔ)，降低塌方事故發(fā)生的概率。

3 小斷面水工隧洞工程塌方的預(yù)防方法

當(dāng)對小斷面水工隧洞工程進行施工時，為了避免隧洞發(fā)生塌方，應(yīng)當(dāng)采取有效的預(yù)防措施。

首先，做好勘測設(shè)計工作。當(dāng)對水工隧洞進行勘測設(shè)計時，需要對隧洞附近的地質(zhì)條件、水文條件等進行認(rèn)真勘探，以便能夠掌握相關(guān)的資料，為隧洞軸線的設(shè)置提供依據(jù)，還需要對山體、埡口等方面進行分析，盡量掌握全部有可能出現(xiàn)塌方的不良地質(zhì)現(xiàn)象。當(dāng)對洞線進行選擇時，切勿選擇存在斷層、溶洞等不良地層，如果一定要通過不良底層，需要先充分考慮所使用的技術(shù)措施，以便能夠選擇一個正確的施工方法，還應(yīng)當(dāng)加強施工設(shè)計，為后續(xù)相關(guān)工作的展開提供指導(dǎo)。

其次，在水工隧洞施工時，應(yīng)當(dāng)盡量選擇一個最為適合的施工工藝，還要準(zhǔn)備相應(yīng)的材料與工具。避免發(fā)生塌方的施工措施包括：①做好施工排水工作；②對開挖進度有一個全面掌握；③在開挖技術(shù)的選擇上，避免選擇強爆破技術(shù)。

最后，施工時還需要做好相應(yīng)的檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)塌方事故的預(yù)兆，并采取有效解決措施，從而避免發(fā)生塌方事故。

在對小斷面水工隧洞工程進行施工時，需要相關(guān)施工人員能夠在各個方面做好相應(yīng)的預(yù)防工作。針對于塌方事故的發(fā)生情況，需要先對沒有發(fā)生塌方的地方進行加固，避免塌方出現(xiàn)蔓延的情況，保障搶險工作的安全性。與此同時，還需要組織相關(guān)工作人員到發(fā)生塌方事故的現(xiàn)場中展開調(diào)查，將塌方的原因、性質(zhì)以及范圍等方面問題查明，對發(fā)生塌方的原因進行分析，從而制定出更加合理的處理方案。根據(jù)塌方規(guī)模情況，可以將其劃分為：①大塌方。大塌方事故發(fā)生的范圍相對較大，而其本身厚度更高，會將挖完的坑道徹底堵死，如果塌方無法繼續(xù)擴展，相關(guān)工作人員難以深入塌穴之中。②小塌方。小塌方事故發(fā)生的范圍相對較小，不能將坑道堵死，并且再次發(fā)生塌方事故的概率非常低。不管是任何一種塌方，施工單位都應(yīng)當(dāng)重視，同時還要根據(jù)塌方的具體情況采取有效的處理措施。

4 小斷面水工隧洞工程塌方的處理措施

即便在日常水工隧洞工程施工過程中，雖然采取了措施避免發(fā)生塌方事故，但依然不可避免會發(fā)生塌方問題，從而對安全施工造成非常大的影響。當(dāng)塌方事故一旦發(fā)生，便需要認(rèn)真對待，同時還要根據(jù)塌方的具體情況而采取有效的處理措施。當(dāng)發(fā)生了塌方事故以后，則應(yīng)當(dāng)采取有效的處理方法，最大程度降低工程在施工上所產(chǎn)生的不良影響，否則將會導(dǎo)致事故不斷擴大，甚至出現(xiàn)無法挽回的局面。

根據(jù)我國在隧洞塌方上進行處理的各種經(jīng)驗總結(jié)，主要分為以下兩種處理方法：首先，對小塌方進行清理時，應(yīng)當(dāng)采取先支后清的方式，主要是應(yīng)用在塌方量較小的事故中，應(yīng)先將塌方全部清理出去。當(dāng)對塌方進行處理前，需要先對頂部加固，以免再發(fā)生塌落，還能夠避免洞頂出現(xiàn)掉塊而威脅到施工人員的人身安全。當(dāng)隧洞發(fā)生塌方之后，還容易繼續(xù)出現(xiàn)塌方，并且坑道兩邊依然處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，對塌碴進行處理時容易導(dǎo)致側(cè)壁發(fā)生失衡問題而出現(xiàn)松動塌落，從而導(dǎo)致塌方坑道變得越來越寬，自然拱也會逐漸變高而繼續(xù)發(fā)生塌方。

但是，如果圍巖地質(zhì)條件較好，那么塌方發(fā)生的范圍也就會相對較小，通常出現(xiàn)局部塌方，而且塌方只發(fā)生在松軟夾層之中，通過分析能夠了解到已經(jīng)不會再發(fā)生塌方，而在塌方上也可以展開相應(yīng)的處理，做出是否進行支撐處理的決定。當(dāng)處理大塌方時，應(yīng)當(dāng)采用先棚后穿的方式。如果塌方量過大，無法在短時間內(nèi)將其清理干凈，在勘察塌方形狀和大小時，若是無法做出準(zhǔn)確判斷，此時則應(yīng)當(dāng)將塌方視為松散底層，通過使用超前支撐等方式從塌方體中穿越過去。在穿越之前，需要對塌方兩端進行固定處理，使其能夠變得更加牢固，避免塌方出現(xiàn)繼續(xù)延伸的情況。穿越過程中，利用插板法是難以提供支撐的，如果將其從導(dǎo)坑插進塌方體，便會構(gòu)建成棚頂，通過棚頂?shù)谋Ｗo不斷挖掘。

當(dāng)對塌方處理時，一般都會選擇超前支護法，其形式主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）使用超前錨桿，通常長度在3~5 m，主要是應(yīng)用在錨固前方圍巖。

（2）超前管棚也是應(yīng)用對前方圍巖進行錨固處理，適合使用在較為特殊的地段中，同時與鋼架搭配進行使用。通常情況下，長管棚所選擇的是10~45 m的粗鋼管，而短管棚超前支護所選擇的是10 m以下的小鋼管。

（3）注漿對圍巖進行加固處理。在注漿時可以選擇小導(dǎo)管注漿方式，即從外輪廓線上以一定角度打入到管壁中所使用的小孔導(dǎo)管，同時利用壓力通過小導(dǎo)管灌注漿液，當(dāng)漿液硬化以后便能夠使得巖體變得更加穩(wěn)固。還可以采用深孔注漿的方式，主要是對地層進行加固處理，能夠滿足各種復(fù)雜地段的施工要求。從機理上來看，利用漿液壓力，將附近的碎石圍巖等壓裂，將漿液填充到縫隙中，利用壓力作用起到良好的加固作用。

對隧洞塌方問題進行處理時，根據(jù)實際情況可以將各種處理方法進行有效結(jié)合，以保障超前支撐結(jié)果本身的牢固性與安全性為前提，慢慢開挖進占，一邊開挖一邊支撐，可以將隧洞附近的塌碴逐漸清理干凈。在具體施工過程中，應(yīng)當(dāng)對挖掘的深度和速度進行控制，同時還要根據(jù)設(shè)計要求完成鋼筋混凝土的襯砌。通過不斷的循序漸進，慢慢推進，通?？梢猿晒崿F(xiàn)對塌方體的穿越。

5 總結(jié)

總之，水工隧洞工程所處的地質(zhì)條件通常很差，若是發(fā)生了塌方事故，需要對其進行及時處理，避免塌方事故的進一步擴展，也要盡量降低塌方事故所造成的經(jīng)濟損失。通過對小斷面水工隧洞工程的施工工作進行管理，當(dāng)發(fā)生了塌方事故時需要認(rèn)真分析塌方發(fā)生的原因，同時討論處理塌方的有效方法和措施，以便能夠取得較為理想的處理效果，從而保障工程的施工質(zhì)量。在小斷面水工隧洞工程施工過程中不可避免會發(fā)生塌方事故，只有做好事前的預(yù)防工作以及事故發(fā)生的處理工作，就能夠確保施工工作得以繼續(xù)展開，并保障隧洞工程的施工質(zhì)量。