(昆明市新兴水利水电工程建设监理有限公司)

【摘  要】水工隧洞一般都位于地下水位线以下，在开挖过程中会出现塌方和涌水，造成极大的危害。清水海引水工程白栗箐隧洞BS0+888处为典型的断层破碎带，隧洞开挖到该部位时，产生塌方并同时伴有较大涌水。

清水海引水工程白栗箐隧洞BS0+888处塌方的处理，在水工隧洞同类型塌方处理的工作中具有代表性。本文介绍了该处塌方的处理方法，采取三个跟进方案和措施，利用有限的经费，成功处理了塌方。总结经验和教训，及时逐级加强加密初期支护，重视涌水的引导、排泄十分重要。

【关键词】塌方；涌水；处理方案；初期支护；引导排泄。

一、工程概况

     昆明市清水海引水工程（一期）主要是通过工程措施将昆明市清水海附近的石桥河、板桥河、新田河、塌鼻子龙潭等水源点的水汇集到清水海水库后，通过输水线路将水引至昆明新国际机场附近的金钟山末端水库及松华坝水库，作为空港和昆明市的生活用水。所以昆明市清水海引水工程（一期）由水源工程和输水工程两个部分组成。其中水源工程包括：石桥河、板桥河、新田河、塌鼻子龙潭、清水海及金钟山水库。输水工程包括：石桥河～清水海、板桥河～石清干线，塌鼻子龙潭～清水海，新田河～清水海，清水海～同心水库分水闸，同心水库分水闸～金钟山水库的输水线路。

白栗箐隧洞属于清水海～同心水库输水工程的一条隧洞。设计引水流量为Q=6m3/s，隧洞采用直墙圆拱型，断面尺寸(宽×高)为2.5×3.0m，底坡为1/500，糙率n=0.015，设计水深1.5m，C20钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度根据围岩类别不同，分别采取0.35m、0.4m、0.5m的衬砌厚度。

二、隧洞开挖过程中塌方的产生及原因

隧洞开挖到BS0+886处时，由于岩层断层发育，断层泥化、岩屑充填，经股状水冲刷后岩体自动解体，导致隧洞塌方、涌水。出水口为一个深1.6m、宽1.5m、高1.7m的空洞，顶部呈雨淋状出水。经现场量测，涌水流量约为32L/s，涌水量较大。

三、处理方案和工程措施

事发突然、情况紧迫，参建各方工程技术人员现场研究处理方案和措施，采取逐步逐级跟进的三套处理方案。一是及时喷混凝土，初期的喷锚支护是各种处理塌方手段中最及时、最安全的方法，既能稳住塌方平衡拱，又能为准确判断围岩稳定提供有力依据；二是采用工字钢作为横向支撑、管棚作为纵向支护（以顶拱为主），联合加强支护；三是加密钢支撑，增加一层管棚形成双层管棚。

第三套处理方案，先采取主动引导排水措施，再加强初期支护(即支护的第三步骤)，最终成功处理了塌方和涌水。

（一）第一套处理方案和措施

先对岩体进行喷射10cm厚砼，封闭保护岩面，在BS0+888处采用工字钢作为支撑主梁(顶部起拱，尽量紧贴砼和岩面)，工字钢间距50cm并加设横撑，且立柱分三层施做；拱顶130°范围内施做Ø42超前管棚，L=6m、间距10cm。在施工过程中，拱顶位置不停地出现严重掉块，为保证施工人员安全，对之前所打超前管棚进行了加密，加密后管棚间距近似于密闭状态。但管棚在未施做完毕时，拱顶又出现了大的坍塌，仅仅一个小时左右的时间，渣体将掌子面全部覆没。

（二）第二套处理方案和措施

针对二次坍塌状况，及时制定、实施第二套处理方案。具体施工步骤：1、用装载机将上游方向的渣体反推回BS0+884处，并在BS0+884处用编织袋装砂施做长3.5m、高2m、宽0.5m的堵渣挡墙。待挡墙施工完毕后，将上游方向被塌方渣体堵塞的部分，采用人工清渣的方法将上拱部位清出一部分，以便形成施工空间。

2、将BS0+888处拱顶130°范围内未施工完成的超前管棚继续施做完毕后，向上游方向退后30cm的拱顶130°范围内加打一排Ø42、L=6.0m，间距为6cm的超前管棚，与之前完工的BS0+888处管棚形成双层支护结构，作为塌方体部位的超前支护，排距为3.0m，双层管棚支护的施工方式直至塌方处理结束。

3、管棚施做完毕后，从里程BS0+888处开始人工无扰动分层开挖上拱部分，待开挖结束后，用钢支撑采取分段施工的方法，将上拱部位的钢支撑先行施工，间距为0.3m/榀，在上拱钢支撑底脚两边各施做2根Ф20、长度2.25m的锁脚锚杆，并将其与钢支撑焊接牢固。连接筋采用Ф25的钢筋，间距0.5m/根，钢筋网片为0.2m×0.2m的ф6钢筋，施做结束后进行喷锚支护。上拱施做7榀钢支撑后，进行两侧立柱开挖及支护，立柱采用分段施工方式，分段长度根据现场实际情况，以便于施工为原则，每段每边立柱施做完毕后及时加打2根ф20、L=2.25m的锁脚锚杆，待渣体清除后，视现场实际情况调整立柱和超前管棚的间距，且在每榀钢支撑处加设横撑，确保其稳定性。

在完成BS0+888处拱顶及向上游方向退后30cm的拱顶130°范围内施做双排Ø42、L=6.0m(间距为6cm)的超前管棚施工后，依照确定的方案施完成了5榀钢支撑拱部施工。但在拱部钢支撑施工过程中，已施做的拱部前方出现漏渣及超前管棚变形现象。为了不造成严重后果，在BS0+889.5处及时加打了一排Ø42、L=6.0m，间距为6cm的超前管棚。管棚施工结束后，在准备继续向前施工时，已经施做好的5榀拱部钢支撑出现了开裂现象，且后施工的管棚也严重变形，导致施工无法继续进行。针对现场实际情况，重新制定处理方案。

（三）第三套处理方案和措施

涌水给塌方处理工作带来了很大的困难，吸取第二次处理失败的教训(洞内涌水很大，没有主动引导排水)，制定了加强排水的第三套处理方案，具体措施如下：

1、先制作导管用于排水：导管选用L=9m的Ø89及L=4.5m的Ø42超前导管，因洞内涌水量很大，故在超前导管上留有间距为10cm、孔径1cm的排水孔。详见附图1-1。

2、小导管施工

     考虑到前面双层Ø42密集管棚仍被塌方体压垮、压折，现场施工时将换用Ø89与Ø42小导管配合施工。

拆除第二次BS0+884处施工的挡渣墙，用装载机将上游方向的渣体反推回BS0+886处，并在BS0+886处用编织袋装砂施做长3.5m、高2m、宽0.5m的堵渣挡墙。待挡墙施做完毕后将上游方向被塌方渣体堵塞的部分，从BS0+888处往上游方向清出约1.5m高的施工平台空间，并用喷射C20混凝土将渣体表面封闭，砼封闭厚度为10cm。由于BS0+888至BS0+886段钢支撑已采取了加密措施，且上方已施做两层密闭超前小导管，上部已无施工空间，同时塌方段长度超过6m，现Ø89管棚只能从BS0+886处退后1榀钢支撑进行施工。由于存在打入角度限制，上倾角为5°、L=9m的密集管棚只能在BS0+885处钢支撑内弧130°范围内施做。Ø89管棚施做结束后，在管棚下方，施工3榀并列的钢支撑，将大管棚一端撑起，作为一端支点。在BS0+888塌方起点处两侧边墙各施做一排密集型L=4.5m的Ø42管棚。管棚排距均为2.0m。详见附图1-2、1-3、1-4、1-5。

附图1-3                                                           

     3、在塌方段开挖过程中，每次掘进30cm后，均要采用10cm厚的喷射C20混凝土将掌子面封闭后，方能进行钢支撑支护，直至塌方处理完毕。

     4、当施工完密闭管棚后，将里程BS0+888-889.5段已经施做的5榀拱部变形钢支撑采用拆1榀换1榀的方式进行换拱，直至换拱施做结束。换拱后，从BS0+889.5处人工无扰动分层开挖上拱部分，待开挖结束后，将钢支撑采取分段施做的方式，将上拱部钢支撑先行施做，间距为0.3m/榀，在拱型钢支撑底脚两边各施做2根直径Ф20、长度2.25m锁脚锚杆，并将其与钢支撑焊接牢固。连接筋采用Ф25的钢筋，间距为0.5m，钢筋网片为0.2m×0.2m的Ф6钢筋网片，施作结束后进行锚喷支护，上拱施工完成后，进行两侧立柱开挖及支护，立柱施做分两段施工，分段长度以现场实际情况便于施工为原则，上层每边立柱架设完成后及时加打Ф20、L=2.25m的锁脚锚杆2根，且在合理位置加设I16型工字钢横向支撑，确保其稳定性，且为立柱二次开挖起到支撑作用，此横向支撑为临时支护，待立柱完全施作完成后将其割除。在立柱施作完成的同时采用I16型工字钢在立柱底脚进行横向支撑，施工完成后及时进行回填。

由于从BS0+885处施工的Ø89密闭管棚降低了施工高度，在钢支撑支立过程中将有数榀钢支撑净空达不到设计要求，在空腔回填完毕后将逐榀拆除此段钢支撑，重新换上符合净空要求的钢支撑。

空腔回填，在施工过程中空腔部位将预留3根Ø108管，等支护完毕后及采用C20砼进行回填。

四、小结

由于水工隧洞一般都位于地下水位线以下，因此，隧洞施工中塌方和涌水基本是不可避免的。一个塌方的处理一般都是有几套方案，但不是每一套方案都能把塌方处理好(或只采取一套方案就能处理好)，有时需要根据不同的情况、状况的变化不断调整方案，甚至采取两三套方案，才能处理好塌方，从而保证隧洞的安全施工、顺利贯通。总体来看，塌方的处理需从三个方面去考虑：一是处理方案和措施安全可靠可行，若处理不好，会在以后的运行使用中留下隐患；一般情况请现场有塌方处理经验的工程师一起确定处理方案，必要时请勘察、设计、施工方面的专家进行会诊；二是经济合理，即在保证安全可靠可行的前提下，用最小的代价把塌方处理好；三是处理时机和施工时间的抓紧和控制，隧洞掘进过程中一旦发生塌方和涌水，情况随时在变动，必须及时制定方案、及时采取措施、及时排水和处理，避免塌方扩大，从而增大处理难度、增加处理经费，进而导致工程的工期比较紧张、甚至延误工期。因此，遇到塌方和涌水，制定合适的处理方案、采取有效措施、及时处理，非常重要。