隧洞施工塌方处理措施

浅谈隧洞施工塌方的处理措施

摘要：本文主要以某水库隧道工程的塌方事故作为研究对象，对塌方段的处理办法进行了分析和讨论。在采用密木支撑无法保证隧洞施工安全的情况下，采用管棚和钢结构支撑，边做钢支撑边跟着进行隧洞砼支护，逐步推进，最终使安全和质量都得到了保障，但费用较高是其主要缺点。

关键词：隧洞；施工；塌方；应对

1 概述

1.1 隧道概况

某水库隧道位于某电站和坝顶公路之间，全长约700m，有效净宽为1.5m，有效净高为1.9m。隧道腰部开挖断面的最大跨度为2.5m，开挖断面规格为2.1m×2.5m。开挖所采用的方法主要为全断面开挖。

1.2 塌方概况

2010年9月11日发生较大规模塌方，根据现场统计，施工中最大的塌方量近1000立方左右，高度近10m，施工人员采取了多种方法，密木支撑都无法保证安全，喷混凝土开裂、脱壳、掉块等破坏现象持续发生。

1.3 工程地质及水文条件

本次研究所涉及到的隧洞进口段岩性为花岗岩强风化带，洞顶部位的覆盖层为多年暴雨冲刷形成的淤积物和坡积物，强度和稳定

性较差，加之地下水位相对较高的影响，使隧洞在掘进过程中伴有大量的裂隙水。

2 塌方段处理

根据地质勘探资料和施工现场施工队提供的汇报材料及实地勘查分析，发生塌方的地段均被塌方形成的松散岩石填充，缺乏开挖成型条件和一定的整体性，并且无法对下一阶段的塌方情况进行预估，这就给施工人员的继续开挖带来了极大的困难和不安全因素。经参建各方专业人员认真讨论认为采用钢支撑、超前管棚、锚喷支护以及回填灌浆等措施联合进行支护和加固，并通过回填灌浆让原本松散的岩石固结成为一个整体。一序灌浆采用大导管进行，二序灌浆采用小导管进行，从而使塌方体能够具备一定的强度，增加其整体性，最终形成开挖成型的基本条件。为了向施工提供更多的安全保障，工作人员还从进口端进行了二次衬砌及时跟进。

2.1 工序

对于塌方进行处理的工序主要按照以下步骤完成：施工准备阶段→回填灌浆→φ73mm管棚施工→超前小导管施工→对塌方体进行开挖→安装钢支撑→进行钢筋挂网和喷涂混凝土→进行下一个循环。

2.2 主要工艺

2.2.1 回填灌浆

首先采用造孔回填砂浆对塌方段进行填充，拟采用比例为水：

灰：砂=0.8：1：1.5的水泥砂浆，与此同时，确保填充厚度高于拱顶3~5m，将灌浆压力控制在0.2mpa以内。待固结后即可进行下一道工序。

2.2.2 管棚施工

在隧洞塌方地段的开挖轮廓线之上，拱顶范围内的边墙上部和拱部范围设置超前管棚，主要分为小导管和大管棚两种类型。

（1）造孔

在造孔之前，首先就是要保证全部的孔都按照各自的方位、顺序以及施工方案的具体要求布设妥当。其中，超前小导管的长度为3.5m，管间距为0.3m，管上仰幅度为5°，排间距为1.95m；大管棚的长度则为6m，间距为1.2m，上仰幅度同样为5°。小导管的钻孔通过人工手风钻进行，而大管棚的造孔则通过地质钻机进行，钻机所使用的钻头和钻杆均为一次性。

（2）管棚材料的选择与加工

在本次工程中，小导管采用的是壁厚为3.5 mm、φ42mm的无缝钢管，而大管棚采用的则是φ73mm无缝钢管。首先，对钢管进行加工，将其前端制成锥状，同时在钢管的中间位置呈梅花状设置间距为30cm的8~10 mm溢浆孔，并保证钢管尾部1m范围内不出现任何钻孔，避免发生漏浆。最后，在钢管的末端位置焊接φ6mm的环形箍筋，其目的就是避免在搭设管棚的时候因其末端发生开裂而对注浆管的顺利连接造成影响。

（3）灌浆分序

在同一排的超前管棚中，应该将大管棚作为一序灌浆孔注浆，将小导管设为二序，小导管的造孔灌浆应该在大管棚的浆液达到设计强度的30％~40％后再进行。

（4）选用材料

在本次工程中，注浆材料选用的是c／w为1:0.8的水泥稳定浆液，注浆压力限制为0.3 mpa。

（5）注浆方式

在本次工程中，采用全孔一次注浆作为唯一的注浆方式。

（6）结束标准

当吸浆量小于l l／min并且持续时间超过15min后停止灌浆。

2.2.3 进洞方案

隧洞塌方段的挖掘、支护、灌浆等作业为交叉进行，这一部分的技术要点为“光面爆破、锚喷支护、变形观测”。遵循“短进尺、弱爆破”的原则进行挖掘，并将进尺严格控制在0.8~1.5m的范围内，周边的光爆孔之间的距离以0.3~0.5m为宜，药量控制单耗为1~1.2kg/m3。洞挖成型后应即喷即护，在确保安全的前提下，尽量选用轻型拱架。在固结好塌方体后，按照1m左右挖一段边做钢支撑，待钢支撑纵向连接成为一定长度的整体并且完成该整体长度内的支护和灌浆等工序后，方可进行下一地段的开挖。

2.2.4 钢支撑

（1）钢支撑的制作

在加工场内，通过冷弯分段的方式完成钢支撑的制作，段间通过螺栓和连接板连接在一起，待其检测合格后再运往施工现场。在加工过程中，应注意以下两问题：①钢支撑在加工成型之后，架长的偏差和拱架矢高及弧长的允许偏差在±2cm的范围内。②要确保钢支撑在组装之后处于一个平面，断面的扭曲度偏差为2cm，尺寸偏差为±2cm。

（2）钢支撑的安装

在安装之前，要在钢支撑上悬挂标识牌，避免安装错误。同时，对其断面尺寸等进行检查，及时做好挖掘工作，掏挖一个小基坑，埋好稳固，避免钢支撑发生失稳或下沉。随后要做的就是定位测量。首先，应该按照设计值对钢支撑的顶部高程进行限定，然后再对其垂直度和钢支撑支距进行检查。

在对钢支撑进行安装的时候，一定保证工字钢和初喷混凝土之间的紧贴，并沿着两榀钢架设置连接钢筋，最后形成纵向的连接体系。

2.2.5 锚杆

在本次工程中，隧洞塌方段所使用的锚杆分别为钢支撑锁脚锚杆和系统锚杆，他们都属于砂浆注浆锚杆的类型。锚杆的安插采用的是人工手风钻造孔的方式。锚杆施工采用先注浆后安插锚杆的程序进行，具体流程见图1。但是在钻孔过程中，工作人员对钻孔的