摘要：本文通过对隧洞塌方原因分析,提出隧洞塌方处理施工经验,保证了施工进度，可为以后类似工程塌方治理提供借鉴。
关键词：隧道；塌方；原因；处理措施
1. 工程概况
某电站枢纽工程由拦河坝、引水系统、地下厂房等建筑物组成。拦河坝为重力坝，引水发电系统布置在右岸，由塔式进水口、有压隧洞、压力钢管等建筑物组成，地下厂房位于电站库尾凹河左岸。电站装机3台，总装机容量18MW，引用流量10.26m3/s，额定水头207m。
地下厂房布置在凹河左岸山体内，为地下厂房，埋深150～170m，距岸最短距离为260m，主厂房轴线方向N17.5°E，开挖外形轮廓尺寸为50.1×13.2×19.85m（长×宽×高），出线系统位于进厂交通洞出口▽975.0高程平台，包括主变场、中控楼和开关站，总尺寸为41.5×21.9m（长×宽）。引水系统从桩号引3+628.687m以90°竖井变向为N57.5°E经“卜”形分岔进入地下厂房，竖井至厂房段长约238m，压力钢管主管内径1.8m。三条尾水洞合并成一条尾水洞进入下游河道，尾水洞总长约268.26m，其中尾水主洞长218.26m，城门洞形，开挖断面尺寸5.6m×5.3m（宽×高），一期支护根据围岩类别，支护厚度分别为10cm、20cm,混凝土衬砌厚度50cm。开挖采用导洞先行，扩挖跟进的方式进行。开挖过程中出现5次大的塌方，其中尾主0＋115.3至尾主0＋130.0桩号段在开挖及一期支护完成后，在进行底板清理，准备钢筋混凝土永久衬砌的过程中出现大规模的失稳破坏，长度约15m,塌方量约2950m3，顶部塌空高度约32m。
2. 工程地质
尾水主洞全长218.26m，隧洞穿越地层为P2c+d厚层灰岩、T1y3泥岩和泥灰岩，岩层倾角8°，地层分界线多在隧洞顶部附近起伏变化。由于缓倾角软质岩层间结合差、节理裂隙较发育，在施工中极易发生顶拱失稳坍塌，危害性很大。
尾水主洞尾主0+000～0+093段围岩以Ⅲ～Ⅳ类为主，开挖较顺利；尾主0+093至出口地质条件复杂，以Ⅴ类或不良地质洞段为主，围岩稳定性差，该部分洞段均采取了较强的一期支护（超前锚杆、系统锚杆、钢支撑、挂网喷混凝土等）。根据开挖隧洞揭露的地质情况，在桩号尾主0+093、尾主0+165分别发育f2、f3断层，受两断层夹持及P2c+d厚层灰岩限制，致使该部位发育宽度较大的风化深槽，开挖揭露该风化深槽以第四系粘土夹风化残留泥岩为主，结构松散，呈碎裂～散体结构，洞室围岩基本无自稳能力。
3.塌方经过及前期处理情况
尾水主洞开挖从2010年2月开始至2010年9月结束，开挖方向从进口与出口两个工作面同时进行。在前期洞挖过程中，由于地质勘探未查明断层和破碎带的存在，施工当中事先没有采取得力开挖、支护措施，类似小规模的塌方在该洞室开挖中时有发生，并未引起足够重视，自2010年2月开始至同年5月，一直采用常规施工方法，即喷混凝土、挂钢筋网、超前锚杆和常规锚杆，架钢支撑等治理塌方的方案，边塌方边出渣。
2010年6月5日尾水主洞在开挖至尾主0+153m桩号段时，左侧顶拱出现塌方，垮塌高度约23m，垮塌方量约850 m3，造成已开挖洞段全部堵死约12m，由于塌方位置仍在不断向下掉块，为保证人员设备安全，出现垮塌后，工作面马上暂停施工。
2010年7月29日尾水主洞在进行尾主0＋115.3～0＋130段（该段已按设计要求架设了钢支撑、超前锚杆、喷混凝土一期支护）底板清理为永久混凝土衬砌作准备时，于上午10点左右突然在尾主0＋117桩号段发生垮塌，原一期支护的钢支撑全部被挤压变形、破环，后随着二次开挖的进行，发现本次大规模的失稳破环塌方共计沿洞长有15m，塌方量约2950m3，顶部塌空形成一个约32m的空腔。
4. 塌方原因分析
经现场考察和综合分析，两次主要大的塌方，主要是由于受不良地质影响，再加上前期支护不到位、爆破控制不严，致使塌方形成。其中尾主0+153m桩号段掌子面全部为P2c+d厚层灰岩，岩质坚硬，必须爆破开挖，其上部为第四系粘土夹风化残留泥岩，形成上软下硬的不利结构，其分界线正好在隧洞顶拱位置，覆盖层开挖暴露后失稳造成严重塌方。尾主0＋117桩号段开挖及一期支护完成后，未及时进行永久钢筋混凝土的衬砌，加之雨季降水量多造成粘土夹风化残留泥岩软化坍塌。
5. 综合处理方案
5.1 技术要求
5.1.1 测量放线要求
采用TCR305型全站仪进行测量放样，用红漆标注开挖轮廓线和锚杆位置点。
5.1.2 爆破控制
在处理塌方时，最担心的是爆破振动，破坏塌方体内部结构，使之失稳。爆破时，必须视具体情况和具体部位考虑药量及爆破方式，一般在顶拱靠近塌方体的特殊部位，采用单孔电起爆，药量控制在0.2kg左右。一次开挖进尺控制在0.4～0.7m。
5.1.3 喷射混凝土配合比控制
（1）喷射混凝土抗压强度测试。C25混凝土实测抗压强度为26、27、30MPa。
（2）锚杆拉拨测试。设计每根不小于320kN，实测为350、330、370kN。
（3）喷射混凝土严格按照配合比进行。
5.2 施工方案及施工工艺流程
经过对塌方段现场多次考察、深入分析及反复论证后处理方案如下。
5.2.1尾主洞0＋153桩号垮塌段施工方案
尾主洞0＋153桩号垮塌段，将塌方渣体清除完毕后，在掌子面安装模板，混凝土泵管伸入塌方洞内充填砼，连同垮塌空腔及掌子面全部充填，待混凝土达到一定强度后，按设计开挖断面尺寸将掌子面砼爆破清除，开挖成型后，立即架设钢支撑，然后对该部位进行永久钢筋混凝土衬砌。混凝土衬砌时在垮塌位置预埋3至4根灌浆管，在衬砌混凝土达到一定强度后对垮塌部位进行回填灌浆充填密实。处理方案见图1。
图1 尾主0+153桩号段塌方处理示意图
5.2.2尾主洞0＋117桩号垮塌段施工方案
尾主洞0＋117桩号垮塌段为Ⅴ类围岩，地质条件复杂，围岩稳定性差，该部分洞段开挖时均采取了较强的一期支护（超前锚杆、系统锚杆、钢支撑、挂网喷砼等），根据现场实际情况，因垮塌范围不详，为避免盲目出渣、强行掘进再次扰动造成更大的塌方或冒顶塌方，对垮塌区采取固结灌浆，使塌方渣体形成一个整体，提高岩体的强度级别。
施工工艺流程:封闭坍塌面→注浆封闭坍塌岩渣→超前锚杆→塌方体开挖→喷C25混凝土封闭→自钻式锚杆锚固→钢拱架支护→网片制安→喷锚施工→混凝土衬砌→回填混凝土→回填灌浆。
5.3 施工方法
5.3.1封闭坍塌面
对塌方段尾水主洞0+177洞内渣体表面喷射C25细石混凝土，封闭掌子面，喷射厚度20～30cm。使其保持相对稳定，同时已可减少顶拱固结灌浆时向下渗漏。
5.3.2注浆固结坍塌岩渣
对坍塌段顶拱进行固结，注浆管采用3～6米长φ40钢花管，注浆孔深2～4米，0.1～0.6MPa的压力进行固结灌浆，孔深逐渐增加，压力随孔深逐渐增大，直至穿越塌方段。灌浆时可适当掺加水玻璃或速凝剂，灌浆时严格按照相应技术规范进行施工。通过灌浆提高塌方渣体的整体强度。
5.3.3 开挖施工
（1）塌方段考虑到地质条件很差，经常性发生塌方掉块，为减少爆破施工对围岩稳定的影响，采用强支护、小药量、短进尺方法依次进行。一次开挖进尺为1～1.5m。采用钻孔台车，手风钻造水平孔，边墙布置光爆孔摘自：本科毕业论文致谢www.808so.com
一次性开挖。
隧洞塌方原因分析及处理措施
更新时间：2024-01-19
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