引大济湟工程小断面隧洞遇不良地质的塌方处理

貟天龙

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

水工隧道建设阶段在地形、地质及空间等诸多条件的束缚下，表现出施工难度高、工期漫长等特征。近些年，水利工程建设在技术层面上有所突破，隧道施工阶段也归纳了很多先进方法与实用经验。但在不良地质条件下，若水工隧道施工阶段发生塌方现象，一方面扰乱实施进度计划；另一方面可能危及相关人员的生命安全，有效处理水工隧洞施工进程中的塌方问题，是保证工程建设质量和施工安全的重要基础。

1 工程概况

引大济湟工程经由调水总干渠逾越大坂山入黑泉水库，该项工程有效解决了湟水两岸山区和干流水资源供应不足的现实问题。工程分3期实施：一期为黑泉水库、北干渠一期；二期为调水总干渠、北干渠二期、石头峡水库；三期为西干渠。北干渠扶贫灌溉二期属于续建配套设施，作用以为城镇居民提供日常生活、农田灌溉用水为主，工程调控面积2.67万hm2，农田灌溉2.45万hm2，林区灌溉0.21万hm2。项目区域设置了2条分干渠、18条支渠、7条干斗及农田配套设施等。三分干渠长41.8 km，明暗渠、隧洞、倒虹及渡槽对应的长度依次为0.26 km、35.0 km、3.6 km、1.71 km。

2 小断面隧洞施工阶段塌方事故成因

2.1 地质条件

首先，岩体松散层内黏土、壤土、湿陷性黄土等含水已抵达饱和状态，促进了自体不稳定性形成过程；褶皱带和断裂带内含有破碎、松软结构面等诸多劣质围岩；陷穴、岩溶溶洞及暗河等均属于不良土质，若隧洞施工建设阶段穿越以上地带，则会明显增加塌方事故发生的风险。其次，受地形、地貌等多种客观因素的约束，若隧道工程临近山区、河谷时，促进了塌方情况的发生、发展过程。最后，国内水工隧道建设阶段为符合功能性的设计要求，通常要穿越地下水富足区域，因地下水水压长期处于较高水平，地下水源不断流至洞室，长此以往，降低了断层结构带内填充物及破碎型岩石的储有量，诱发塌方事故[1]。

2.2 勘测、设计不到位

目前国内基本上以长线状布设水工隧道，施工条件恶劣、交通不畅通，现场勘测设计工作难度相应增加具体设计阶段，建设方通常会综合分析成本投入、气候条件及设备设施配置等多种因素，可能对洞线安稳性形成负面影响的断层、富水、破碎等诸多不良地质勘测不到位，不利于完善隧洞工程设计图内容。

工程施工线路选择欠缺合理性，外加诸多不良地质因素，双重作用下增加土方挖掘等工序运作期间塌方状况发生的概率[2]。部分施工单位规划小断面隧洞轴线环节可能没有确立规避不良区段的意识，甚至为压缩造价不断减缩洞轴线长，将洞轴线选定于山体垭口最底部的工况并不少见，若该位置排水系统运行不畅，则会引起大量积水聚集情况，相继诱导进出洞口建设阶段塌方事件的形成过程。

2.3 支护等施工方法欠妥当

很多施工单位为提前完工，会选用强爆破或爆破处理，若以上工序中炸药投入量过多，将会诱导爆破阶段形成剧烈震动，可能发生塌方。故而，隧洞爆破阶段应合理调控爆破参数或实施弱爆破法。

针对稳定性极低的围岩，挖掘阶段支护操作缺乏时效性，造成围岩在较长时间内裸露，在山体渗流、风化等诸多不利因素作用下，山体塌方概率相应增加。另外，受限于施工人员的技术水平，导致支护方位不正确、支护构件强度和设计要求存在出入等，均是隧洞塌方的常见因素。

3 塌方的处理方法

3.1 强风化带和煤层带塌方

众所周知，强风化带、煤层带地层稳定程度偏低，是塌方事件的高发区。若隧洞施工阶段遇到以上区段，则应加强塌方事故的防控。施工人员以最严谨的态度参与作业，推行边掘进边支护的方法，维护隧洞围岩的相对稳定性。为将开挖阶段隧洞塌方概率降至最低，建议上半洞挖掘在先，配合使用支护方案；下半洞挖掘随后，并要求工人循序渐进推行上下洞支护衔接方法[3]。

3.2 平洞挖掘砂土层时的冒顶塌方

砂土层安稳性极为微弱，冒顶塌方发生概率很高。应立足于工程实际，判断边掘进边衬砌法的适用性，保证掘进作业平稳、连续推进，联合使用花拱架装置对衬砌钢筋实施加密处理，一方面有利于协助施工单位压缩支护成本；另一方面较明显强化了隧洞围岩的安稳性。建议在砂土边坡的外表层依照1.5 m间距铺设纵向、横向钢筋，以上所提及的纵、横向钢筋均要敷设在砂土层中，且要对其交叉位点实施焊接处理形成钢筋网，焊接钢筋网与邻近混凝土基桩上钢筋构件。

3.3 砂土层竖井开挖时的塌方

挖掘砂土层阶段会形成较多烟尘，挖掘竖井的宗旨在于快速疏散烟尘。挖掘竖井阶段塌方问题也难以完全规避，建议施工单位严格按照规范标准采用沉管技术，借此方式维持竖井构造的安稳性，降低塌方的风险[4]。

3.4 小塌方

首先，科学选用塌方支撑。水工隧道建设阶段，若塌方量偏低，山体施加的压力也偏低，即为小塌方。为减少塌方处理阶段资金投入量，通常推荐施工单位选用钢结构作支撑。也可采用木材支撑，木材有质轻、搭设流程较简易等诸多特征，通常能对塌方区起到较强的支撑作用[5]。

其次，针对塌方以后的支撑搭设。简易选用门框式支撑，该类支撑物的构成以立柱、底梁、顶梁等为主，选用三节架设法通常能取得预期的支撑效果。

最后，清渣处理。开展残渣清除作业前期，一定要检查塌方支护的安稳性，只有专业技术人员前往工程现场并确定支护稳定安全后，方可指派相关人员进行清渣。

3.5 大塌方或冒顶的处理

若隧洞开挖阶段塌方量较大或冒顶现象严重，则应立即暂停冒顶部位的出渣工序，规避塌方面积拓大，且指派工人清除洞口滞留的残渣，利用工字钢予以支护。于拱架顶端，以10 cm设为间距打进1 m长的锚杆（ф螺纹钢，一侧被削尖），笔者认为钢拱架支护要和锚杆、喷射混凝土钢筋紧凑相连，锚杆间距错四对六安置，眼深2.0 m，眼孔内径≤38 mm，并和两帮成角为90°，选用药卷和管缝锚杆予以灌注；要求借助吊车力量安装钢拱，与人工密切配合，指派专人统一指挥，确保螺栓紧固可靠、齐全。出渣持续推进50 cm后再安置“工”字钢拱架进行支撑，在竖直方向施以焊接处理，保证锚杆、管棚组建为一体；施工作业向前推进4 m后制作钢筋混凝土衬砌；加强工程量的监测，持续推进各项工序。

4 结束语

小断面输水隧洞施工阶段，施工单位一定要重视预防塌方事故，结合工程实况，科学设定爆破位点并调控装药量，保证支护、衬砌施工的时效性与精确度。若挖掘阶段发生了塌方事故，则应综合多项因素分析成因，结合地质及地形分布状况，及时处置，规避塌方面积拓大，确保水工隧洞施工作业持续、安全、稳定进行。