水工隧洞塌方应急抢险关键技术探析

杨殿宇

(辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000)



水工隧洞塌方应急抢险关键技术探析

杨殿宇

(辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000)

水工隧洞在施工及运行过程中，在地震、山体滑坡及泥石流等外力作用下，隧洞岩体内应力分布将呈现出较强差异性，隧洞岩体产生受力变形致使岩体承重部位发生显著变形，当变形量超过岩体最大承受力时，将会使隧洞围岩失去稳定性，进而诱发塌方事故。文章针对水工隧洞塌方发生的原因及机理，探析了水工隧洞塌方应急抢险关键技术，以期为相关塌方抢险方案的优化提供决策依据。

隧洞塌方；应急抢险；组织结构；技术措施

0　引　言

水工隧洞在施工及运行过程中，在地震、山体滑坡及泥石流等外力作用下，隧洞岩体内应力分布将呈现出较强差异性，隧洞岩体产生受力变形致使岩体承重部位发生显著变形，当变形量超过岩体最大承受力时，将会使隧洞围岩失去稳定性，进而诱发塌方事故。塌方在对工程运行、施工及施工作业人员生命财产造成严重影响的同时，破坏了周围地貌环境。隧洞塌方可分为施工期洞口塌方及洞内塌方、使用期洞口塌方及洞内塌方。隧洞洞口一般裸露在山体外，地质条件差，风化侵蚀严重。当自然灾害发生时，隧洞洞口首先发生塌方，进而隧洞洞门与岩石衬砌结构遭到破坏，致使隧洞无法正常运行，严重威胁隧洞工程的使用安全[1]。因此，有必要对隧洞塌方的破坏程度与破坏类型进行深入分析，探析水工隧洞塌方应急抢险关键技术，以期在有限的时空内，快速、安全、科学地开展隧洞塌方应急抢险工作。

1　隧洞塌方抢险组织结构

为保障隧洞塌方应急抢险工作安全、高效、科学及有序的开展，需构建隧洞塌方应急抢险组织结构，该组织结构包括决策组、施工组、技术组、管理组、救治组、保障组等应急抢险行动小组，具体如下。

1)领导决策组。决策组负责对隧洞塌方应急抢险行动进行指挥并对抢险方案实施决策。同时，决策组应协调各抢险小组关系并及时报道抢险情况。此外，当发生紧急情况时，决策组应快速组织相关人员对事故现场进行救援、抢险与调查。

2)工程技术组。技术组负责制定隧洞塌方应急抢险方案，进行现场施工技术交底及施工指导，及时记录现场施工情况并调整施工方案。

3)现场施工组。在决策组制定隧洞塌方应急抢险方案后，施工组应按方案立即实施抢险作业[2]。此外，施工组应将现场施工过程中发生的具体情况向决策组反馈，以及时调整抢险方案。

4)安全管理组。管理组负责对隧洞塌方应急抢险行动进行安全管理，在隧洞施工抢险现场处进行安全监控，若发现重大安全隐患事故，应立刻采取避让或除险措施。

5)医疗救治组。当隧洞塌方抢险现场发生安全事故时，救治组应立即采取措施救护受伤人员。

6)后勤保障组。保障组应负责隧洞塌方应急抢险机械设备与材料的调运、储备及保障隧洞塌方抢险行动给养。

2　隧洞塌方抢险关键技术

隧洞塌方抢险需采用快速推进、连续作业、以通为主、多工作面同时施工的方式。在综合考虑隧洞结构形式、塌方大小及破坏形式前提下，采取先撑后挖、边挖边支护、分层次清理的方法，以确保隧洞安全快速畅通。

2.1隧洞塌方抢险前期准备

为保障隧洞塌方抢险快速安全实施，可依据隧洞尺寸采用适宜大小移动式空压机作为抢险供风设备，配置YT型手风钻[3]。同时，为保证抢险工作电源供应，需准备柴油发电机作为供电设备。此外，为保证抢险工作水源供应，需准备洒水车作为供水设备。

2.2隧洞抢险关键技术措施

2.2.1现场查看技术措施

隧洞塌方后，应立即现场查看隧洞塌方特征与破坏程度，对地表水特征与边坡特征进行分析，明晰可能引发的次生灾害。依据现场查看结果，初步确定施工抢险方案，配置抢险设备、人员工种及施工材料。

2.2.2塌方体防水技术措施

塌方发生后，隧洞洞口处将会产生山体滑坡，致使土石堆堵在洞口处，在雨水的冲刷下，塌方洞口段将会失稳进而引发次生灾害，严重影响隧洞抢险工作，因此，必须采取防水措施[4]。可通过铺设篷布于塌方体上部，以保护塌方体不被雨水倾入冲刷。此外，可通过布置集水坑于塌方体上部，为保障施工简单方便，可采用滑坡山体处土石作为掺泥骨料，在集水坑较低位置布设消防水带，引走雨水，从而保障塌方体不被冲刷。

2.2.3塌方体预加固技术措施

为防治塌方后的塌方体上方松散岩石滚落，对隧洞应急抢险施工人员及机械设备造成损伤，需在施工过程中，采取先撑后挖的方式，用木板、钢板及钢管对塌方岩石体进行预先加固，以形成临时支撑。可通过将钢管铆接成三角形支架，固定于山体的稳定部位，在山体空隙处布设木板或钢板，用钢丝铆接，以形成临时性挡墙。同时，若条件允许，可堆砌人工装沙袋作为拦挡墙。此外，可提前对塌方体进行灌浆以稳固塌方体。

2.2.4塌方体开挖技术措施

对塌方体应采取“小塌清，大塌通与治塌先治水”的处理原则。对于小的塌方段，可采用装载机与挖掘机配合自卸汽车以清理塌方体，将塌方体上方稳定性较弱的洞体或山体支撑加固[5]。对于大的塌方段，可先开挖一个临时通道，在临时通道上方采用钢材铆接以布置成门字形支撑，从而确保临时通道稳固安全。

塌方体开挖可采取先上后下与分层分段的开挖方式，在施工条件允许的情况下，可采取多个工作面协调开展施工作业的方式。挖掘机开挖隧洞塌方体时，可采取三层开挖的方式，对塌方体上部开挖时，为固定虚渣并提供安装钢拱架作业的平台，可先开挖边侧以保留中间核心土。此外，开挖进尺应依现场情况而定，一般低于1.2 m。当上层开挖完工后，应立刻进行支撑施工，随后开展中层与下层的开挖支撑施工。值得注意的是，开挖施工应减少扰动塌方体，以维持塌方体平衡性，将塌方石运至远离施工地点处集中堆放。

2.2.5塌方体支护技术措施

对塌方体的支护应依据塌方特征及破坏情况选择适宜的支护方法，一般采取锚杆锚喷支护、拱架支护、超前管棚支护、超前小导管支护等措施。具体包括以下3个方面。

1)塌方量及破坏程度较低的情况。塌方量及破坏程度较低时，为保障隧洞塌方抢险前后的安全，可采用锚杆支护洞体破坏处的方法，采取梅花型布置的方式。同时，为保证快速施工，应采取药卷锚固剂对锚杆进行锚固，采取手风钻三臂锚杆台车进行钻孔[6]。此外，当锚杆施工完工后，应立即实施喷射混凝土施工以封闭破碎的围岩，喷射厚度可取10～20 cm。此方法简单快速，但支护强度较低。

2)塌方量及破坏程度较大的情况。塌方量及破坏程度较大时，可在锚杆支护的基础上加设拱架和超前小导管。可在隧洞顶拱外轮廓线外安置超前小导管，一般采用YT型手风钻钻孔，将现场拌制的浆液注入其中。待超前小导管安置完工后，可进行拱架的布设，拱架间距应在50～80 cm范围内，在布设拱架时应与锚杆牢固焊接且安置纵向锚杆。此方法简单易操作，支护强度效果好，可推广使用。

3)塌方量及破坏程度很大的情况。塌方量及破坏程度很大时，可在锚杆与拱架的基础上再加设超前管棚。一般可在拱部150°角度内加设φ90×5mm，长度在16～18cm范围内，外插角10°～20°，环向间距为50cm的管棚。此外，需在管棚内安置钢筋束，将钢筋束焊接成一束插入φ90管内，操作流程如下：①首先应搭设作业平台，一般采取钢管架搭设，平台高度≥2m，横向纵向间距≥1m。②管棚钻孔，钻孔一般使用YG锚索钻，钻孔时首先应低速低压，待钻到一定深度时，可依据地质特点相应调整风压与钻速，钻速应匀速，以免产生夹钻。③安装。待钻具成孔后，应立即将孔口与孔壁处的缝隙封堵，钢管外露端处安置止浆阀，以灌注水泥浆，灌浆压力应低于5 MPa。安装钢筋束与钢管，钢筋束可用3×φ25的钢筋焊接而成，在起吊机下孔后，开始封孔[7]。④灌浆，钢筋束安装完成后，即开始灌浆，可采用水灰比为1∶1的水泥浆，可使用注浆机对钢管注浆，初压可控制在0.5～1.0 MPa范围内，终压取2 MPa，持续时间≥15 min。此法便于后期开挖且支护强度高，但施工困难，周期长。

3　其他隧洞塌方抢险技术措施

3.1隧洞涌水处理技术措施

针对隧洞塌方处发生的涌水现象，可采用“防、排、堵、截”的处理方法。可先进行洞内排水与降水，从洞外到洞内逐步清理、疏通排水设备，降低水位以满足施工条件。可通过对隧洞钻孔减压以实现涌水分流，其钻孔数量应按照洞内水量而定，钻孔深度一般取12m。当突水口由集中流分为细流时，可实施封堵。在钻孔分流后，随后进行涌水口的引排与封堵。当涌水口水量相对减小时，采用配有开关的粗钢管引排涌水，可同时配置有开关的注浆管，以实施双液注浆且堵住钢管外围部分，以保证涌水只从钢管处溢出。随后开始注浆施工，将导水钢管关闭，使突水从分流孔全部排出，此时，应在涌水处进一步加固注浆。当涌水处安全后，逐步向分流孔灌注水泥单液浆封堵分流孔[8]。当对涌水与涌泥封堵完工后，可进一步加固注浆，保障注浆的效果及洞身的稳定。

3.2洞口巨石处理技术措施

可通过机械开挖的方法，在巨石处设立临时通道，以确保隧洞能顺利通行。若岩石巨大过大无法开挖，可采取爆破的方式分解巨石，将分解后的巨石运走，致使隧洞畅通。

3.3塌方应急抢险技术实施要点

水工隧洞塌方应急抢险施工强度大、施工环境恶劣、不安全因素高，因此在进行施工作业时，应注意以下实施要点：

1)开挖破碎及松散的岩石时，应避免扰动岩石，优先采取边护边挖或先护后挖的方式。

2)地下水活动频繁的地带，可采取“引、排、截、堵”的综合治理方法，防范发生暴涌的现象。

3)处理膨胀岩体时，应立即实施锚喷支护的措施，加强观测，做好随时支护。

4)在塌方抢险作业中，应先稳固未塌方地带及加强排水，以防止塌方逐步扩大。

5)施工人员应严格遵守塌方应急抢险施工规范，加强严格观察，设置专人值班，若发现问题应立即撤离人员且上报处理。

4　结　语

水工隧洞施工作业环境复杂，隧洞围岩特性及不当施工均易诱发隧洞塌方事故。水工隧洞应急抢险工作多在缺乏对地震、山体滑坡及泥石流足够了解基础上实施，抢险救援作业强度大，时间任务紧且面临潜在危险因素。在实施水工隧洞塌方应急抢险作业时，应结合现场具体情况、地质与天气条件等因素综合调整抢险施工方案。值得注意的是，实施隧洞塌方应急抢险作业，应遵循客观规律，尽量减小对周边地貌环境的扰动，同时注重采取必要施工抢险保护措施，从而避免次生灾害的发生。

[1]杨红星,梁川,廖书杰,冶学斌,沈强.多松多水电站引水隧洞塌方原因分析及处理方案[J].人民长江,2011(05):30-33.

[2]孙景荣.水工隧洞开挖过程中的塌方处理[J].吉林水利,2010(01):56-59+61.

[3]王全玉,周利全.运用CFG桩处理水工隧洞塌方的技术措施[J].人民长江,2013(12):63-65.

[4]赵福成.浅谈某浅埋引水隧洞塌方处理[J].吉林水利,2013(02):60-62.

[5]胡建春.长河水电站引水隧洞塌方处理方案探讨[J].科技通报,2013(02):112-114.

[6]牟亚洲.深埋特长引水隧洞岩爆预测与防治探讨[J].吉林水利,2012(01):4-6.

[7]王晓春.党顺水电站引水隧洞塌方处理[J].中国农村水利水电,2009(12):156-157.

[8]姜仁辉,佰春明.砂质泥岩中隧洞工程的开挖与支护[J].吉林水利,2012(02):60-62.

1007-7596(2016)07-0089-03

2016-06-12

杨殿宇(1974-)，男，辽宁朝阳人，工程师，研究方向为水利工程。

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