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0296水利工程2021-07-15 10:53:30
小型水工隧洞斷面通常都比較小,一般均采用全斷面掘進(jìn)法進(jìn)行開挖。全斷面開挖主要適用于石質(zhì)堅硬、完整的圍巖。但在比較松軟的圍巖條件下,對于較小的隧洞斷面,也不得不采用全斷面掘進(jìn)法。對于比較松軟的圍巖,特別是Ⅳ類以上圍巖,自身穩(wěn)定性差,隧洞成型很困難,工程實(shí)際中要求采用邊挖邊襯工程措施。盡管如此,在工程施工中常不可避免的發(fā)生不同程度的隧洞塌方。本文對小型水利水電工程隧洞塌方原因作了比較詳細(xì)的分析,并針對隧洞施工中發(fā)生的大塌方問題,提出了“超前臨時支撐法”施工處理措施,且對該施工處理技術(shù)進(jìn)行簡要概述和舉例說明。
塌方原因分析
小型水利水電工程隧洞施工中發(fā)生塌方的原因很多,根據(jù)小型水工隧洞的設(shè)計、施工條件并結(jié)合小型水工隧洞施工中發(fā)生塌方事故實(shí)例進(jìn)行分析,塌方原因主要為以下幾個方面:
一、地質(zhì)勘察資料與工程實(shí)際不符,對可能出現(xiàn)的塌方,沒有可靠的預(yù)防處理技術(shù)措施。一旦遇到軟弱、破碎帶地層,往往措手不及造成塌方。2004年12月,貴州省畢節(jié)市倒天河水庫加高擴(kuò)建工程右壩肩灌漿平洞在開挖過程中發(fā)生一起大塌方事故,經(jīng)現(xiàn)場勘察分析,就屬此種情況。
二、對不良地質(zhì)地段的隧洞襯砌厚度不夠,不能滿足承載力要求,不能承受可能出現(xiàn)的山巖壓力,完工后結(jié)構(gòu)遭到破壞,進(jìn)而引起塌方。
三、設(shè)計時,為了節(jié)約工程投資,過分追求較短的洞線,以便縮短洞身長度,獲得良好經(jīng)濟(jì)效益,往往將洞軸線選在埡口最底處,趁溝進(jìn)洞和出洞,且晚進(jìn)洞、早出洞,加大了洞口處的開挖深度和洞臉仰坡的高度,卻對地質(zhì)和施工的不利因素不予去方位的考慮,在隧洞洞口和洞身施工中都可能發(fā)生塌方。
四、地質(zhì)因素是造成塌方的重要原因。小型水利水電工程往往由于建設(shè)資金緊張,對必要的地質(zhì)勘探工作沒有做到位,缺乏隧洞所在地段的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料,情況不明,致使水工設(shè)計人員進(jìn)行隧洞設(shè)計時,將隧洞軸線選在了不良的地質(zhì)區(qū)域,沒有避開不良地層:如飽和粘土、流沙、堆積層;斷裂、褶皺帶;節(jié)理、裂隙發(fā)育帶;含有各種不利的軟弱結(jié)構(gòu)的圍巖,以及溶洞、陷穴等地質(zhì)不良區(qū)域。當(dāng)隧洞穿越不穩(wěn)定地層時,很容易發(fā)生塌方。地下水發(fā)育的地區(qū)和地表水滲漏明顯的地段,隧洞圍巖的強(qiáng)度大大降低,加之空隙水的作用,在隧洞開挖過程中,極有可能發(fā)生坍塌冒頂,如不采取有效的工程措施,將會形成極大的塌方。
五、施工方法不當(dāng)也是塌方的重要原因之一。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):
1、對穩(wěn)定性差的圍巖,開挖后沒有及時支護(hù)襯砌,圍巖長期暴露,山巖壓力增長,引起塌方。
2、開挖爆破時,采用強(qiáng)爆破或裝藥過多,因強(qiáng)烈震動引發(fā)塌方。貴州省納雍縣鞍山水庫除險加固工程泄水隧洞在開挖過程中,曾因此種原因引起較嚴(yán)重塌方事故,經(jīng)改進(jìn)爆破施工方法后沒有發(fā)生因爆破震動引起的嚴(yán)重塌方事故。貴州省畢節(jié)市倒天河水庫加高擴(kuò)建工程右壩肩灌漿平洞在開挖過程中,也曾發(fā)生類似情況。
3、支撐結(jié)構(gòu)不合理,支撐構(gòu)件強(qiáng)度底,或支撐的位置和高程不當(dāng),在開挖、襯砌過程中必須拆除,引起塌方。2003年9月,貴州省納雍縣鞍山水庫除險加固工程泄水隧洞在開挖過程中,曾發(fā)生一起塌方冒頂事故,經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理、施工和業(yè)主等單位有關(guān)人員現(xiàn)場勘察分析,亦屬此類情況。
4、不適當(dāng)?shù)耐V故┕?,沒有搞好施工排水,使圍巖長期浸泡,處于飽和狀態(tài),山巖壓力增大;圍巖強(qiáng)度下降,一經(jīng)擾動,便會引起塌方。
塌方預(yù)防和處理措施
對待小型水利水電工程隧洞塌方,我們一貫主張堅持以預(yù)防為主的原則。認(rèn)真搞好預(yù)防工作,將會取得良好的效益。預(yù)防隧洞塌方,主要從以下三點(diǎn)著手:
首先,認(rèn)真搞好勘測設(shè)計。在隧洞工程的勘測設(shè)計工作中,深入細(xì)致調(diào)查和勘探隧洞所在區(qū)域的地質(zhì)和水文地質(zhì),詳細(xì)掌握隧洞軸線和進(jìn)出口的地質(zhì)資料,對隧洞穿越埡口、溝谷和山體認(rèn)真分析,盡可能全面掌握所有可能發(fā)生塌方的不良地質(zhì)情況。選擇洞線時,盡量避開斷層、溶洞、堆積體流砂、地下水和軟弱破碎帶等不良地層,若必須通過時,應(yīng)事先考慮相應(yīng)的技術(shù)措施,正確選定施工方法,認(rèn)真搞好施工組織設(shè)計,以便指導(dǎo)工程施工。
其次,施工中應(yīng)正確合理選擇施工方法和防塌技術(shù)措施,準(zhǔn)備必要的材料和工具。防塌措施有:搞好施工排水、采用弱爆破或不爆破開挖技術(shù)、合理掌握開挖進(jìn)度、加強(qiáng)支撐和襯砌進(jìn)度等。
再次,施工過程中應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查,及時發(fā)現(xiàn)發(fā)生塌方的種種預(yù)兆,及時采取工程技術(shù)措施,防止塌方事故的發(fā)生。
對于小型水利水電工程隧洞塌方,盡管我們在工程實(shí)施工程中加強(qiáng)了各方面預(yù)防工作,但塌方事故還是時有發(fā)生。面對發(fā)生的塌方事故,我們是不知所措,還是認(rèn)真對待,及時對塌方的原因進(jìn)行分析,采取有效的處理措施呢?答案當(dāng)然是肯定的。塌方發(fā)生后,應(yīng)首先加固未塌地段,以防塌方蔓延,讓搶險工作有一個安全的空間。同時,要組織相關(guān)人員到塌方現(xiàn)場調(diào)查研究,查明塌方的范圍、性質(zhì)以及塌方區(qū)圍巖的地質(zhì)構(gòu)造和地下水活動情況,認(rèn)真分析形成塌方的原因,及時制定出可行的塌方處理方案。
根據(jù)塌方的規(guī)模和塌碴的補(bǔ)給情況,塌方可分為大塌方和小塌方。當(dāng)塌方體厚度大,范圍長,已將開挖坑道堵死,或塌方還繼續(xù)不停的擴(kuò)展,人員不能或不易進(jìn)入塌穴的,屬于大塌方。反之,當(dāng)塌方體不足以將坑道全部堵塞,塌方在較長的時間內(nèi)不再發(fā)展或基本停止,人員有可能進(jìn)入塌穴觀察處理的,屬于小塌方。根據(jù)塌方的危害程度,塌方亦可分為嚴(yán)重塌方和輕微塌方。對于塌方后造成很大的人員傷亡或損失的,屬于嚴(yán)重塌方。反之,屬于輕微塌方。無論是何種塌方,我們都應(yīng)認(rèn)真對待,并根據(jù)塌方的實(shí)際情況制定相應(yīng)的塌方處理技術(shù)措施。
在處理方法上,我國廣大的工程技術(shù)人員經(jīng)過對過去隧洞塌方處理經(jīng)驗(yàn)總結(jié),認(rèn)為應(yīng)按“小塌清、先支后清”和“大塌穿,先棚后穿”的原則快速進(jìn)行。什么叫“小塌清、先支后清”和“大塌穿,先棚后穿”?所謂“小塌清、先支后清”,就是指當(dāng)塌方量不大時,可采用將塌方全部清除的處理方法。在清除塌方之前,應(yīng)將塌方的頂部支撐牢固,避免繼續(xù)塌落,防止洞頂?shù)魤K砸傷施工人員。因?yàn)楫?dāng)隧洞發(fā)生第一次塌方后,自然拱范圍內(nèi)的土石還有繼續(xù)坍塌的可能,塌方坑道的兩側(cè)邊坡常不穩(wěn)定,先清除塌碴可能會使側(cè)壁失去平衡而松動塌落,塌方坑道進(jìn)一步增寬,自然拱進(jìn)一步增高而再次塌方。如此反復(fù),極有可能引發(fā)大塌方。當(dāng)然,若圍巖地質(zhì)條件較好,塌方只是局部的松軟夾層,且范圍不大,經(jīng)分析不會繼續(xù)塌方時,也可對塌方進(jìn)行清除處理,再進(jìn)行支撐或不支撐。所謂“大塌穿,先棚后穿”,就是指當(dāng)塌方量很大,一時難以清除,塌穴形狀和大小無法查明時,可將塌方體視為松散破碎的地層,采用超前支撐、開挖導(dǎo)坑的方法穿越塌方體。穿越前必須將塌方部為的兩端支頂牢固,防止塌方延伸。穿越時,使用插板法支撐,在導(dǎo)坑頂部采用插板插入塌方體,形成棚頂,在棚頂?shù)谋Wo(hù)下,逐步開挖進(jìn)占,并考慮邊挖邊襯砌。
貴州省畢節(jié)市倒天河水庫加高擴(kuò)建工程右壩肩灌漿平洞在開挖過程中發(fā)生一起大塌方。經(jīng)參建單位有關(guān)技術(shù)人員現(xiàn)場勘察,發(fā)現(xiàn)塌方的范圍極廣,塌碴已充滿整個平洞開挖坑道,且補(bǔ)給量極大,為飽和粘土夾巖石碎屑和小部分巖塊。經(jīng)分析,該段隧洞圍巖條件極差,為Ⅳ類圍巖斷層破碎帶,巖性主要為主要為灰?guī)r并夾有松軟粘土,地下水、節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育,層面交錯,風(fēng)化極為嚴(yán)重,且該上部圍巖為松軟粘土夾巖石碎屑,下部圍巖稍好,為塊狀巖體夾薄層松軟粘土,致使圍巖自穩(wěn)能力極差,成型很困難。針對這一不利情況,通過參建單位有關(guān)技術(shù)人員研討,最后確定采用“超前臨時支撐法”施工方案對該段隧洞塌方進(jìn)行處理。
處理方法及步驟如下:
(1)采用工字鋼和大直徑鋼筋預(yù)制鋼拱桁架。
(2)施工排水。
(3)采用輕型軌道鋼或工字鋼(可用廢舊材料)按一定水平間距沿隧洞設(shè)計開挖線以外斜向頂部打入塌方堆積體內(nèi),形成頂棚。
(4)采用千斤頂調(diào)整軌道鋼或工字鋼高度,使其大致在隧洞頂拱外弧線上,并用圓木支撐固定。
(5)采用預(yù)制鋼拱桁架支撐替換圓木支撐,用千斤頂進(jìn)一步調(diào)整軌道鋼或工字鋼高度,使其在鋼拱桁架的外弧線上。
(6)在臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下,邊挖邊撐,將隧洞設(shè)計開挖線內(nèi)的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同時,為了避免前方塌方堆積體發(fā)生坍塌,應(yīng)采用鋼管、木樁或工字鋼等將掌子面塌方堆積體支撐牢固。各個支撐構(gòu)件,均不得侵占襯砌斷面。襯砌后不再拆除。
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