水利隧道塌方的预防和处理

水利隧道塌方的预防和处理

周利全

云南省滇中引水工程建设管理局，云南 昆明 650051

摘要：现如今，水利隧道工程建设规模不断扩大，在工程建设施工中常常会遇到塌方地段，因此需要提高隧道塌方地段施工技术水平，加强对隧道塌方地段的施工管理，才能提高整体隧道工程施工的质量与效果，促进隧道工程建设良性发展，推动社会发展进程。由此可见，探究隧道塌方地段施工技术及管理是十分必要的。

关键词：水利隧道；塌方；预防和处理

引言

隧道塌方处理是一项相当危险的施工作业，施工区域又处于浅埋偏压和断层破碎带时，必须采取周密的预防措施，否则处于塑变的破碎围岩一旦失稳引起滑坍、塌方后果极其严重。因此在施工中应预防其生，发生塌方后需及时准确处理，减少塌方带来的人员伤亡和经济损失。

1水利隧道塌方类型及成因

1.1塌方类型

（1）根据塌方的机理与发生原因，具体可以分成崩塌式与蠕变式两种。蠕变式的塌方形式存在于硬塑断层泥、砂卵石对基层等位置上，一般还会存在浅状流水、滴水等状态，会直接造成岩石结构强度下降，进而引发塌方事故问题。崩塌式一般存在于块状、厚层结构位置上，一旦该位置上存在大量的黏土地质条件，就会导致其塌方的出现存在间歇性，导致侧壁与拱顶存在相差较大的情况。

（2）根据塌方所出现的高度、体积等部分的不同，主要可以分为大、中、小三种情况，其中大型塌方即为高度≥6m，体积在60m3以上；中型高度处于3～6m之间，塌方体积30～60m3之间；小型高度≤3m，塌方体积在30m3以下。

1.2塌方原因

1.2.1工程地质条件

（1）岩体结构类型。隧道塌方出现后会直接导致该位置结构稳定性下降，进而造成较大的影响。在大型塌方事故中，周边的围岩稳定性比较差、围岩破碎是主要原因，一旦产生此类问题，隧道工程塌方的发生率会大幅增加。

（2）围岩强度。隧道围岩是主要的承载结构形式，围岩强度能力与强度存在直接的关系。在围岩结构强度比较高的情况下，出现变形破坏的概率将会有所下降，能够提升整体结构的刚性。而在吸水率比较高且强度比较低的情况下，承载性和稳定性都会严重不足。

（3）地下水影响。目前很多塌方事故中，地下水是引起塌方的主要原因，地下水使岩石结构应力状态发生改变，围岩结构强度也不达标。在整个岩层结构中，孔隙水压力逐步增大，导致其结构面正压力下降，而对于软弱围岩来说，水会将其中的填充物冲垮并产生液化反应，导致整个结构抗剪稳定性不足。

2水利隧道塌方的预防和处理措施

2.1塌穴保护技术

在隧道塌方施工中，要将塌穴内部周围较为松散的土体进行刷坡清理，顺着塌穴的四周方向，确保向下倾斜15°时使用中空注浆锚杆，锚杆的长度控制在46m左右，间距以1m×1m为主，梅花状规划布置，锚杆外部露出的长度保持在45~50cm，挂钢筋网，型号为Φ8mm，钢筋网的网格相距20cm×20cm，要将钢筋网片与塌穴周壁紧密贴合，从而实施混凝土喷射施工，将喷射的混凝土厚度控制在10cm左右，可以对塌穴起到良好的保护作用。

2.2塌穴回填处理技术

在坑壁防护施工过程中，还要利用人工的方式对坑内的塌体部分进行清理，清理到开挖轮廓线为止。在开挖轮廓线之外，将木模铺设其中，且在木模上装置3根型号为Ⅰ4的工字钢，工字钢顶部铺设钢筋网片，钢筋网片为Φ10mm且间距为20cm×20cm。为了避免木模出现下沉现象，在距离Ⅰ4工字钢3m处的位置设置3根型号为Ⅰ8的工字钢，将工字钢嵌入土体内部，将嵌入深度控制在1m以上，上排与下排工字钢中间利用钢筋有效地衔接起来，其钢筋规格为Φ25mm。同时，在木模板上进行混凝土浇筑，混凝土浇筑应该以50cm厚的C25混凝土为主，确保混凝土具有一定的强度与硬度之后，利用型号为C15的片石混凝土，实施塌穴回填施工，将其回填到原地面之上30cm的高度，片石混凝土要回填在塌穴四周不超过1m的位置上，只有在这个基础上，才能有效地保障隧道塌方施工的有效性与完整性，避免因施工技术、质量的影响而出现二次返工的现象，合理节约人力、物力的投入。

2.3塌方区域内瓦斯的治理方法

2.3.1借助超前钻孔勘探技术分析瓦斯分布情况

此次塌方区域事先已做好初期支护，因此塌方区域内不仅含有碎裂岩石、瓦斯气体，同时也含有钢拱架等钢材料结构，在受到外界压力等作用下极易产生火花，且有水分和空气中氧气与瓦斯充分接触，极易出现大范围瓦斯爆炸，因此在现有条件下，需要增大水分含量，使用湿钻孔方式进行勘探方法获取超前预报。经第一阶段超前地质预报分析后可知，钻孔孔径控制在100m以内、长度控制在22m、钻孔体积控制在0.17m3时可保证钻孔孔内氧气浓度保持在最低状态，远低于瓦斯爆炸条件。在进行超前钻孔勘探时需做好以下工作：第一，将此次钻孔深度控制在18～21m，共设置41个勘探钻孔，外插角为17°27″，倾角为17°27″，将钻孔终点设置在隧道开挖线外6.5m处，开孔位置设置在开挖轮廓线上，孔间距设置为0.5m，终点孔间距为0.75m。第二，借助钻孔对岩层情况进行全面了解。钻孔时可及时对塌方位置是否存在孔洞、塌方体岩层等情况进行了解，在钻孔过程中及时观察是否存在瓦斯喷涌情况，及时对钻孔内瓦斯参数及参数变化情况进行监测与分析。钻孔时，其中7个钻孔内在钻入4～6m时存在钻机无负荷状态，则表示该钻孔区域存在塌腔孔洞，所有钻孔孔内排出岩渣为黑色颗粒状形态，且未出现瓦斯喷涌现象，掌子面瓦斯浓度与回风瓦斯浓度均维持在0.05%以内，且未出现瓦斯动力现象，针对拱顶108°位置进行钻孔时以及钻孔开挖施工技术的24h内瓦斯浓度最高，但未出现喷涌现象。第三，对瓦斯参数进行进一步监测与考察。借助超前挖孔勘探法进行探测后发现整个勘测器件内瓦斯流量保持在0的状态下，因此不必对瓦斯流量衰减系数进行考察与计算。而通过勘测后发现该区域内瓦斯数据存在一定规律：隧道拱顶处瓦斯浓度高于中部，且其浓度衰减速度与中部相比较快，而炭质页岩区域钻孔瓦斯浓度最高，但瓦斯浓度衰减速度却低于其他区域。

2.3.2做好瓦斯治理工作

塌方区域主要是有瓦斯爆炸导致构造岩体倾出而出现的现象，由于隧道掌子面正处于构造向斜轴部,可以判定塌方体岩石是由于隧道开挖迎面方向岩体整体向开挖空间倾出。经结果分析及设计后确定使用强度为C20的混凝土材料对塌方空腔区域进行灌注固结施工，将瓦斯进行封闭，固结完毕后需要使用长度为6m的锚杆支护方式进行加固，将锚杆外插角设置为30°，锚杆间距设置为40cm。如空腔较大，则需要重复固结与锚固支护施工，保证混凝土密实度和封闭强度。

结语

为实现工程安全目标，确保施工无重大伤亡事故，项目要建立健全以项目经理负责制为主的安全保证体系，以项目经理为核心，建立安全领导小组，设立专职安全员，全面负责安全事故预防工作从组织机构、思想、经济、技术和制度上保证工程的安全实施。以安全标准工地为目标，建立健全一套完整的安全保证体系，各成员行使安全监察职能，认真落实各项安全措施，及时消除不安全隐患。

姓名：周利全，男，1979年生，高级工程师，主要从事水利工程建设管理工作

参考文献

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