水利工程隧洞施工坍塌的分析及处理

马冬燕

(山西小浪底引黄工程有限公司，山西 垣曲 043700)



水利工程隧洞施工坍塌的分析及处理

马冬燕

(山西小浪底引黄工程有限公司，山西 垣曲 043700)

在水利工程建设过程中，由于地形的要求，需要进行隧洞施工，隧道施工难度比较大， 施工周期比较长，对施工质量要求也比较高。文章对水利工程隧洞施工坍塌的原因进行分析，并总结出一些处理和应对措施。只有找到了导致隧洞坍塌的具体原因，我们才能完善隧洞施工技术，保证隧洞施工质量，减少水利工程隧洞施工的坍塌事故，保障人们的生命财产安全。

水利工程；隧道施工；坍塌；原因；处理技术

0 引 言

近几年由于我国社会经济的发展，人们的生活水平也越来越高，工业生产也需要大量的水资源，虽然我国国土面积广阔，但我国的水资源分布严重不均，根据国家资源局的相关数据显示，我国淡水资源仅有28000 亿 m3，占全球水资源的6%，我国人口众多，人均水资源只有2 300 m3，难以满足人们生活以及生产性用水，为了解决水资源分布不均，满足人们的生产生活用水问题，开展水利工程建设，南水北调、三峡水利枢纽工程、葛洲坝水利枢纽工程是我国比较著名的大型水利工程。在开展水利工程建设过程中，隧洞是非常重要的建设环节，也为我国水利工程建设带来了巨大的挑战。尤其是隧洞施工经常出现坍塌，给人们造成巨大的生命安全威胁和财产损失，为了确保隧洞施工的质量安全，我们应该根据施工的具体情况，分析出现坍塌的原因，在制定科学有效的预防处理措施。

1 水利工程概述

水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。

2 水利工程隧洞施工研究的意义

在我国大力开展水利工程隧洞建设过程中，以及在公路、铁路、矿山、国防等项目的建设施工过程中，由于受至于地形的影响，或者为了节省项目建设资金，有可能需要开挖隧洞，满足项目的正常建设，随之带来的是隧洞施工质量的稳定性以及安全性问题，尤其是近几年以来，我国不断发生的隧洞坍塌事故，给我国人民造成了巨大的生命威胁和财产损失，引起了人们的广泛关注。因此本文主要是对水利工程隧洞施工坍塌的原因进行分析，只有找到了导致隧洞坍塌的具体原因，才能完善隧洞施工技术，保证隧洞施工质量，减少水利工程隧洞施工的坍塌事故，保障人们的生命财产安全。

3 我国水利工程隧洞建设施工技术的现状

3.1 水利工程隧洞施工理念得到转变

对于水利工程隧洞施工来说，我国传统的设计观念认为隧洞中的岩石层就可以作为天然的支柱保护层，不需要再进行后期的支撑施工，但随着科技的不断进步，使用传统设计理念施工的水利隧洞工程出现的坍塌事故几率比较多，这也引起了我国水利工程隧洞施工技术人员以及管理人员的重视，经过工程技术人员的研究，以及对岩石特性的不断了解，发现不是所有的岩石都能作为天然承载，在施工时，需要对岩石层进行科学分析，充分考虑隧洞工程的整体结构以及受力状况，然后相应地增加钢架作为支撑性保护[1]。

3.2 我国水利工程隧洞施工的平均进度

随着我国开展水利工程以来，我国在水利工程隧洞施工事业上已经取得了不错的成绩，通过相关部门的统计，我国在水利工程隧洞施工的进度上能达到每月开挖180～200m(隧洞断面10～20 m2)，有些水利工程隧洞施工精度能够达到月速度280m，比世界平均水平还要快，这说明我国隧洞施工技术已经位居世界前列。

3.3 先进技术在水利工程隧洞施工中的普及和应用

掘进机是当前隧洞施工中比较先机的技术，而我国已经在不同的隧洞施工中使用了掘进机进行挖掘，比如在引大入秦、引滦入津、天生桥二级工程中的应用，其次还有预应力混凝土衬砌技术、隧洞围岩高压固结灌浆技术、高速水流隧洞衬砌抗冲蚀技术、隧洞消能技术等先进技术的应用和普及，极大地提升了我国水利工程隧洞施工进度，保证了施工质量，对于水利工程施工难度的降低、节约施工成本、提高施工技术也具有非常重要的意义和作用[2]。

4 水利工程隧洞施工坍塌的原因分析

4.1 地质勘查资料与工程实际施工技术不符

我们都知道，在进行水利工程隧洞施工前，都需要对施工地点的地质进行勘察，分析地质的岩石层，然后采取符合该地质的施工技术，如果对地质勘查资料不清，没有进行有效的施工论证，对出现问题的预防处理措施也会失效，这样及易导致隧洞坍塌事故发生。比如金佛山水利工程孙隧洞坍塌事故，重庆市南川金佛山水利工程的主要任务是农业灌溉、城镇居民及工矿企业供水，并兼有发电等综合利用功能。工程建设内容包括枢纽工程、灌区工程、发电工程。枢纽工程由水库大坝、溢洪道、灌溉取水建筑物组成，水库正常蓄水位836.00m、相应库容9 614.6 万 m3，水库总库容1.03 亿 m3。6月13日14时41分，南川金佛山水利工程大坝左岸隧洞山体突然崩塌，崩塌量约6 万 m3。事故发生后经过有关专家分析，坍塌事故发生的主要原因是施工前对地质勘察资料与施工技术不符，没有对地质信息进行详细的汇总分析，对施工技术也没有科学规划，再加上页岩本身薄度和强度都较低，节理有裂隙，容易形成大的塌方冒顶。节理夹层风蚀下逐渐被软化形变，围岩受力环境遭破坏而致坍塌。

4.2 隧洞开挖技术和方式不当

在水利工程隧洞施工过程中，隧洞的开挖方式主要有两种，一种是全断面开挖法，另一种是导洞开挖法。我们在进行隧洞开挖过程中，一定要根据施工的具体情况合理选择开挖方式，对于开挖技术也要进行合理分析，在保证施工质量的前提下，合理有效的开展挖掘施工技术。

如果不能采取使用正确的开挖技术，就会容易引起岩石层断裂、欠挖等问题，最终导致坍塌事故的发生。比如卡鲁玛水电站发生的隧洞坍塌事故，发生事故的主要原因是因为在施工前没有合理设计开挖技术和方式，导致岩石层断裂， 最终发生坍塌事故。

4.3 设计施工不合理造成塌发事故

设计施工不合理造成的塌发事故发生率比较大， 主要原因有很多因素，比如地址勘查资料不符合实际的地质情况，造成设计人员对施工方式的错误设计，另外在施工中施工材料的选择和供应问题也是主要原因，如果选择的施工材料质量不达标也会造成坍塌事故的发生，比如马垭口水利工程隧洞坍塌事故，主要是因为隧道地质勘察不够详尽，使得地质资料提供的塌方段的地质条件与实际相差较大，围岩级别划分不准确，致使设计者对马垭口隧道塌方段的区域地质情况了解不够清晰，对可能遭遇的塌方灾害缺乏思想准备和相应的技术措施，设计的安全支护参数过小。

本次马垭口隧道 YK34+610-YK34+670塌方段原设计为 IV 级围岩，施工时发现初期支护变形较大，从而进行了设计变更，按 V 级围岩 S5b 型衬砌断面进行施工并对支护进行加强。事后通过现场调查塌方区附近的围岩强度和岩体富水情况以及节理裂隙发育程度，判定本段围岩为 V 级甚至更差。显然原设计的支护强度根本不能满足围岩的实际变形需要，存在着较大的安全隐患。

5 水利工程隧洞施工坍塌的处理措施

5.1 认证做好地质勘查工作

地质勘察工作是水利工程隧洞施工的前期准备，对隧洞施工安全质量起着重要的影响作用，因此一定要做好地址勘查工作，在勘察过程中要深入的全方位进行调查，对地质情况以及水文做到全面了解，要认证分析隧洞穿越山谷、山体以及沟谷的情况，对可能发生坍塌事故的地段要尽最大能力去了解和掌握岩石层结构，同时也要尽量避开断层、软弱破碎带、地下水、溶洞等不良地质段。

5.2 做好工程设计工作，控制施工成本

在项目进行建设过程中，工程的施工设计与成本控制对隧洞建设质量起着至关重要的作用，对于前期的设计，一定要仔细分析施工地质情况，同时制定出现问题的应对措施，对于已经出现坍塌事故的地点，要及时对未坍塌的地方进行加固，防止侧壁不稳导致整体坍塌，避免出现坍塌事故蔓延。

5.3 合理选择开挖方式和技术

目前，我国主要有两种隧洞开挖技术，全断面开挖发适用于围岩情况较为良好的隧洞中，如果围岩的质地较硬，可采取钻爆的方式形成隧洞，然后再进行必要的支护施工。以及导洞开挖法，这种开挖技术与全断面开挖的不同之处主要为，首先需要在隧洞的断面上实施开挖，然后根据具体的设计方案确定导洞的具体尺寸与形状。我们一定要根据施工实际情况，合理选择开挖方式和方法。

6 结 语

水利工程是我国为了满足人们生产生活性用水开展的项目，是集经济效益、生态效益、社会效益为一体的综合性工程，在水利工程隧洞施工过程中，引起坍塌事故的原因有很多，因此，为了保障施工质量，避免发生坍塌事故，我们应该充分考虑所有影响因素，制定科学有效的预防和处理措施，合理选择施工技术，通过大家的共同努力来提高水利工程隧洞的施工质量。

[1]达瓦.浅谈水利水电工程引水隧洞超前预报及塌方处理[J].西部探矿工程，2007(11)：36-38.

[2]杨权.水库输水隧洞施工突发涌水的预防及抢险案例分析[J].黑龙江水利，2016(03)：101-105.

2016-08-26

马冬燕(1978- )，男，山西绛县人，工程师。

1007-7596(2016)09-0123-02

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