［摘要］对水利工程小断面隧洞中塌方的原因作了详细的分析，提出了塌方的类型、预防和处理措施。隧洞塌方处理的问题中，提出了“钢支撑结合喷混凝土法”的措施，并对该施工处理措施进行实例的论证说明。

［关键词］小断面水工隧洞工程   塌方   原因分析   预防   处理措施

小型水利工程设计的隧洞断面通常都比较小，一般采用人工钻爆法施工，选用全断面掘进法开挖。此方法主要适用于揭露围岩坚硬、成型较好，残孔率较高的地质条件。若遇到围岩比较松软、属于散体结构且严重破碎的地质条件时，常会发生岩体塌落现象，造成了严重超挖，尤其在顶拱部位。

围岩类别在IV类及其以上，自身稳定性差，开挖爆破后成型很困难，因为断面小，施工操作空间有限，安全因素不高，这种情况下，目前也只能采用全断面掘进法施工。所以有关工程施工技术要求采用及时开挖及时支护的措施，穿越严重破碎段或断层带时，要求二次混凝土进行衬砌。尽管如此，在工程施工中常不可避免要发生不同程度的隧洞塌方，因为地下工程中地质情况千变万化，设计阶段不可能正确无误的进行地质勘察，也是难以预料的。

1 隧洞塌方主要原因分析

在隧洞施工中发生塌方的原因很多，大部分是地质勘察资料提供与实际揭露的不符造成，当然，不能排除施工技术方案和施工不当的因素。根据隧洞施工中发生塌方事故的实例进行分析，塌方原因主要体现在几个方面：

1.1 地质因素是造成塌方的主要原因。

工程投标中提供的地质勘察资料与工程实际揭露的不相符，围岩变化较大，开挖施工中对前方将要揭露的围岩无法预估，之前无法制定可靠的预防措施。围岩突然变化，遇到软弱、破碎带地层，散体结构中夹有粒径（1m以上）较大的固石，往往措手不及造成了塌方。2008年5月3日，山西省坪上应急引水工程引水隧洞Ⅰ标引水隧洞在开挖过程中发生塌方事故，塌方范围较大，塌方长度约8m，最高塌方深度达7m，经现场勘察分析，就属此种情况。

1.2  设计承载力不够引起的塌方

对地质中的严重破碎段、渗水段和断层段的隧洞衬砌结构设计厚度不够，不能满足超出设计范围外的承载力要求，不能承受突然出现的岩体释放压力，结构遭到破坏，引起了塌方。

1.3 设计考虑不周引起的塌方。

在隧洞工程设计时，为了节省工程投资，选择了最短的洞轴线，以便减少隧洞长度，往往将洞轴线选在山坡边处，求得良好的经济效益，负面上选择了山体中稳定性最差的围岩，加长了洞脸开挖的深度和正面仰坡的高度，由于山坡边处表面土卵石覆盖层较厚，洞顶岩体厚度不够容易引起塌方，同时对进入洞身的施工会产生不利因素，这种设计考虑不全面在隧洞施工中极可能发生塌方。

1.4  地质勘察不全而造成的塌方。

为了节省建设投资，工程设计阶段的地质勘察工作不到位，缺乏隧洞所在地段的地质和水文地质资料，或勘察时选择地质探孔距离较远，从而资料准确性不高，使工程设计人员靠推测来进行隧洞设计，将隧洞坐标轴线选在不良的地质区域，没有避开饱和粘土、流沙、堆积层、断裂、褶皱带、节理裂隙发育带等不良地层，这其中也可能会有各种不利的软弱、散体结构的围岩和溶洞、陷穴等地质不良区域。当隧洞施工穿越上述不稳定地层时，很容易发生塌方。特别是地下水发育和地表水渗漏明显的地段，隧洞围岩就会降低强度，如果出现了裂隙水，隧洞开挖中发生坍塌冒顶的可能性极大，必须采取有效的施工技术措施，以免因塌方造成安全事故。

2  隧洞塌方的次要原因分析

由于施工技术的不规范，可能造成隧洞塌方，主要体现在以下几点：

（1）隧洞施工中对于岩石完整，残孔率较高的Ⅲ类围岩及其以上，开挖后可裸露或经简单的喷护再一次性衬砌完成，对于稳定性差的围岩或更为不好的地层段时，开挖后没有及时支护衬砌，由于长期暴露使岩体风化，应力释放，压力增大引起了塌方。

（2）爆破技术原因引起的塌方，其中含两个因素：一是钻孔角度超出设计开挖范围，破坏成型结构，二是爆破技术水平，单位药量控制不好，局部药量较大，因强烈震动引起塌方。

（3）支护措施不合理，支撑构件强度不够，位置和受力点不匀而引起塌方。

（4）施工条件不当而引起塌方。对于涌水隧洞，施工排水不到位，使围岩长期浸泡达到饱和状态，强度下降，失去稳定性，施工中一旦不慎，便会引起塌方。

3  隧洞塌方的预防措施

工程建设中，要坚持“安全第一，预防为主”的施工原则，特别是地下隧洞工程，搞好了安全事故的预防工作，就会取得良好的经济效益。根据不同类别的围岩情况，着重从以下几个方面采取预防措施：

3.1 做好工程的勘测设计工作，提供正确的地质资料。

勘测设计工作中，要深入细致的调查研究隧洞工程区域的地理、地质和水文情况，详细勘察隧洞轴线和进、出口的地质资料，对隧洞轴线可能穿越的不良地质认真分析，收集有关方面资料和经验，全面考虑导致塌方的不利条件，设计洞轴线时，尽量避开软弱破碎带、饱和粘土、堆积体流沙、断层褶皱带、节理裂隙发育和地下水等不良地层，如果必须穿过，应同时考虑相应的技术措施和施工方法，制定正确的施工组织设计。

3.2 正确选择施工方案和预防措施，做好应急方案的物资和设备。预防措施主要有：

（1）做好工程地质钻孔探测、地质编录和沉降观察标志工作，加强观察地质变化情况；

（2）提高爆破施工技术水平，根据围岩变化及时调整爆破方案和参数；

（3）围岩变化较大时，要提高支护参数，可采取“短进尺，强封闭”的施工方法；

（4）不要过分节约工程投资导致频繁的设计变更；

（5）合理控制开挖、支护和衬砌进度等。

（6）搞好施工排水工作；

（7）保证工程的施工质量；

4  隧洞塌方的处理措施

  在塌方事故发生后，要采取现场紧急措施，不要慌乱，要有次序地保障现场安全，先加固相邻的未塌方地段，以防塌方蔓延，保证抢险工作有一个安全操作空间。同时要组织相关人员查明现场塌方的部位大小、性质及该地段的地质构造和地下水活动情况，认真分析形成塌方的原因，及时制定出有效的处理方案。

4.1 根据塌方的规模和延续情况，塌方可分为大塌方和小塌方。当塌方高度和范围较大，将开挖通道堵塞，部分还继续不停的塌落，人员不易进入塌方范围的为大塌方；当塌方未将通道堵塞，塌方在较长时间内不再延续或基本停止，人员能进入塌方范围观察处理的为小塌方。根据塌方的危害程度，塌方也可分为严重塌方和轻微塌方。对于塌方后造成较大的人员伤亡或损失为严重塌方。相反，为轻微塌方。

凡是塌方，都应认真对待并制定相应的塌方处理措施。在处理方法上，总结隧洞塌方处理方法，有几种情况：

（1）当塌方量不大时，先在安全地带利用较长的工具，对塌方面由上而下、逐步排险处理，避免掉块伤人，确保围岩稳定后将塌方全部清除，再由外向里进行支撑。根据塌方的大小调整支撑间距，要求支撑必须紧贴岩面，对超出设计的异形断面采取增加小范围支撑处理。

（2）当塌方量较大时，先利用塌方保证安全，从安全地带开始由外至里短进尺逐步处理，以逐米清除逐米全断面支撑作为一个循环，支撑间距取设计榀距的1/2~1/3,要求支撑必须紧贴岩面,同样对超出设计的塌方部分,在标准断面上采取增加小范围支撑处理。这样形成一个能够保护的封闭的棚顶，最好每完成一个循环进行一次喷混凝土的固结，保证了支撑的整体受力性。

4.2 举一个工程实例：山西省坪上应急引水工程引水隧洞Ⅰ标出口段，在开挖过程中发生塌方事故，经参建各单位有关技术人员现场勘察，发现塌方的范围较大，塌碴堵满整个工作面，不断有岩体塌落发生。该段地质地层岩性为寒武系上统崮山组青灰色薄层灰岩，发育多处夹泥、岩屑软弱带、杂色泥团及节理裂隙密集带，致使围岩自稳能力极差，造成顶拱的塌方，长有8m岩层产状N30～65°W/SW∠50～55°，强风化，围岩呈碎裂状结构，节理裂隙极发育，原生结构面及次生裂隙错综复杂，无规律性，主要以构造型及风化型节理为主，节理间距多数小于0.2m，多张开或被粘性土充填，剪切节理面多见擦痕，局部塌方高度达7m之多。针对这种不利情况，经过各参建单位有关技术人员的研讨，最后确定采用“钢支撑结合喷混凝土法”的施工方案对该段隧洞塌方进行了处理。处理方法及步骤如下：

钢支撑选用160mm工字钢，其它附属筋采用￠25mm钢筋和￠50mm钢管，回填采用与设计同标号的C20混凝土。

（1）对处理部分排险后，在以喷护的安全拱架上采用￠50mm钢管沿隧洞轴线斜向顶部顶入塌方岩面中，钢管之间铺设￠8网筋，间距10cm×10cm的钢筋网形成安全顶棚。

（2）逐榀清除塌渣，支撑用160mm工字钢制作的标准拱架，榀距为0.6m（设计间距为1.0m采用￠25mm钢筋作为联系筋，联系筋间距为1.0m~0.6m，顶拱超出设计部分增加小范围的支撑，之间同样用￠25mm钢筋连接加固。

（3）每一榀支撑完成后，对支撑的空间利用喷混凝土进行回填，与塌方岩面固结为一体，喷护完成后保留二次混凝土结构尺寸，各个支撑构件均不外露，在衬砌前不再拆除。

（4）重复每循环操作工序，循序渐进，逐步推进，约十天的努力，安全穿过塌方段，完成了塌方处理任务。

5 结束语

隧洞工程是一项复杂的埋深大的地下工程，做好隧洞的施工地质工作尤为重要。尽管随着科技的发展，地质探测水平也不断提高，但地质围岩变化在工程中难以预估，因此遇到的地质问题层出不穷，对工程的安全、进度造成影响。

隧洞发生塌方的地质条件很差，虽然施工中采取了技术处理，但塌方周围的围岩会变得松软、错乱，造成巨大的岩体压力。因此，加强施工的支护和衬砌非常重要。而且应对塌方段衬砌以后周围的空洞和围岩进行密实回填并固结灌浆。

作者简介：郝文进，男，1975年生，2002年毕业于太原理工大学，助理工程师。