1 前言
小型水工隧洞斷面通常都比較小,一般均采用全斷面掘進法進行開挖。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)進行簡要概述和舉例說明。
2 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)生塌方事故實例進行分析,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)濟效益,往往將洞軸線選在埡口最底處,趁溝進洞和出洞,且晚進洞、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、施工方法不當也是塌方的重要原因之一。主要表現(xiàn)為以下幾點:
1、對穩(wěn)定性差的圍巖,開挖后沒有及時支護襯砌,圍巖長期暴露,山巖壓力增長,引起塌方。
2、開挖爆破時,采用強爆破或裝藥過多,因強烈震動引發(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重塌方事故,經(jīng)改進爆破施工方法后沒有發(fā)生因爆破震動引起的嚴重塌方事故。貴州省畢節(jié)市倒天河水庫加高擴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)件強度底,或支撐的位置和高程不當,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?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;圍巖強度下降,一經(jīng)擾動,便會引起塌方。