楊殿宇

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000)

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水工隧洞塌方應(yīng)急搶險關(guān)鍵技術(shù)探析

楊殿宇

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000)

水工隧洞在施工及運(yùn)行過程中，在地震、山體滑坡及泥石流等外力作用下，隧洞巖體內(nèi)應(yīng)力分布將呈現(xiàn)出較強(qiáng)差異性，隧洞巖體產(chǎn)生受力變形致使巖體承重部位發(fā)生顯著變形，當(dāng)變形量超過巖體最大承受力時，將會使隧洞圍巖失去穩(wěn)定性，進(jìn)而誘發(fā)塌方事故。文章針對水工隧洞塌方發(fā)生的原因及機(jī)理，探析了水工隧洞塌方應(yīng)急搶險關(guān)鍵技術(shù)，以期為相關(guān)塌方搶險方案的優(yōu)化提供決策依據(jù)。

隧洞塌方；應(yīng)急搶險；組織結(jié)構(gòu)；技術(shù)措施

0　引　言

水工隧洞在施工及運(yùn)行過程中，在地震、山體滑坡及泥石流等外力作用下，隧洞巖體內(nèi)應(yīng)力分布將呈現(xiàn)出較強(qiáng)差異性，隧洞巖體產(chǎn)生受力變形致使巖體承重部位發(fā)生顯著變形，當(dāng)變形量超過巖體最大承受力時，將會使隧洞圍巖失去穩(wěn)定性，進(jìn)而誘發(fā)塌方事故。塌方在對工程運(yùn)行、施工及施工作業(yè)人員生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重影響的同時，破壞了周圍地貌環(huán)境。隧洞塌方可分為施工期洞口塌方及洞內(nèi)塌方、使用期洞口塌方及洞內(nèi)塌方。隧洞洞口一般裸露在山體外，地質(zhì)條件差，風(fēng)化侵蝕嚴(yán)重。當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時，隧洞洞口首先發(fā)生塌方，進(jìn)而隧洞洞門與巖石襯砌結(jié)構(gòu)遭到破壞，致使隧洞無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重威脅隧洞工程的使用安全[1]。因此，有必要對隧洞塌方的破壞程度與破壞類型進(jìn)行深入分析，探析水工隧洞塌方應(yīng)急搶險關(guān)鍵技術(shù)，以期在有限的時空內(nèi)，快速、安全、科學(xué)地開展隧洞塌方應(yīng)急搶險工作。

1　隧洞塌方搶險組織結(jié)構(gòu)

為保障隧洞塌方應(yīng)急搶險工作安全、高效、科學(xué)及有序的開展，需構(gòu)建隧洞塌方應(yīng)急搶險組織結(jié)構(gòu)，該組織結(jié)構(gòu)包括決策組、施工組、技術(shù)組、管理組、救治組、保障組等應(yīng)急搶險行動小組，具體如下。

1)領(lǐng)導(dǎo)決策組。決策組負(fù)責(zé)對隧洞塌方應(yīng)急搶險行動進(jìn)行指揮并對搶險方案實(shí)施決策。同時，決策組應(yīng)協(xié)調(diào)各搶險小組關(guān)系并及時報道搶險情況。此外，當(dāng)發(fā)生緊急情況時，決策組應(yīng)快速組織相關(guān)人員對事故現(xiàn)場進(jìn)行救援、搶險與調(diào)查。

2)工程技術(shù)組。技術(shù)組負(fù)責(zé)制定隧洞塌方應(yīng)急搶險方案，進(jìn)行現(xiàn)場施工技術(shù)交底及施工指導(dǎo)，及時記錄現(xiàn)場施工情況并調(diào)整施工方案。

3)現(xiàn)場施工組。在決策組制定隧洞塌方應(yīng)急搶險方案后，施工組應(yīng)按方案立即實(shí)施搶險作業(yè)[2]。此外，施工組應(yīng)將現(xiàn)場施工過程中發(fā)生的具體情況向決策組反饋，以及時調(diào)整搶險方案。

4)安全管理組。管理組負(fù)責(zé)對隧洞塌方應(yīng)急搶險行動進(jìn)行安全管理，在隧洞施工搶險現(xiàn)場處進(jìn)行安全監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)重大安全隱患事故，應(yīng)立刻采取避讓或除險措施。

5)醫(yī)療救治組。當(dāng)隧洞塌方搶險現(xiàn)場發(fā)生安全事故時，救治組應(yīng)立即采取措施救護(hù)受傷人員。

6)后勤保障組。保障組應(yīng)負(fù)責(zé)隧洞塌方應(yīng)急搶險機(jī)械設(shè)備與材料的調(diào)運(yùn)、儲備及保障隧洞塌方搶險行動給養(yǎng)。

2　隧洞塌方搶險關(guān)鍵技術(shù)

隧洞塌方搶險需采用快速推進(jìn)、連續(xù)作業(yè)、以通為主、多工作面同時施工的方式。在綜合考慮隧洞結(jié)構(gòu)形式、塌方大小及破壞形式前提下，采取先撐后挖、邊挖邊支護(hù)、分層次清理的方法，以確保隧洞安全快速暢通。

2.1隧洞塌方搶險前期準(zhǔn)備

為保障隧洞塌方搶險快速安全實(shí)施，可依據(jù)隧洞尺寸采用適宜大小移動式空壓機(jī)作為搶險供風(fēng)設(shè)備，配置YT型手風(fēng)鉆[3]。同時，為保證搶險工作電源供應(yīng)，需準(zhǔn)備柴油發(fā)電機(jī)作為供電設(shè)備。此外，為保證搶險工作水源供應(yīng)，需準(zhǔn)備灑水車作為供水設(shè)備。

2.2隧洞搶險關(guān)鍵技術(shù)措施

2.2.1現(xiàn)場查看技術(shù)措施

隧洞塌方后，應(yīng)立即現(xiàn)場查看隧洞塌方特征與破壞程度，對地表水特征與邊坡特征進(jìn)行分析，明晰可能引發(fā)的次生災(zāi)害。依據(jù)現(xiàn)場查看結(jié)果，初步確定施工搶險方案，配置搶險設(shè)備、人員工種及施工材料。

2.2.2塌方體防水技術(shù)措施

塌方發(fā)生后，隧洞洞口處將會產(chǎn)生山體滑坡，致使土石堆堵在洞口處，在雨水的沖刷下，塌方洞口段將會失穩(wěn)進(jìn)而引發(fā)次生災(zāi)害，嚴(yán)重影響隧洞搶險工作，因此，必須采取防水措施[4]?？赏ㄟ^鋪設(shè)篷布于塌方體上部，以保護(hù)塌方體不被雨水傾入沖刷。此外，可通過布置集水坑于塌方體上部，為保障施工簡單方便，可采用滑坡山體處土石作為摻泥骨料，在集水坑較低位置布設(shè)消防水帶，引走雨水，從而保障塌方體不被沖刷。

2.2.3塌方體預(yù)加固技術(shù)措施

為防治塌方后的塌方體上方松散巖石滾落，對隧洞應(yīng)急搶險施工人員及機(jī)械設(shè)備造成損傷，需在施工過程中，采取先撐后挖的方式，用木板、鋼板及鋼管對塌方巖石體進(jìn)行預(yù)先加固，以形成臨時支撐?？赏ㄟ^將鋼管鉚接成三角形支架，固定于山體的穩(wěn)定部位，在山體空隙處布設(shè)木板或鋼板，用鋼絲鉚接，以形成臨時性擋墻。同時，若條件允許，可堆砌人工裝沙袋作為攔擋墻。此外，可提前對塌方體進(jìn)行灌漿以穩(wěn)固塌方體。

2.2.4塌方體開挖技術(shù)措施

對塌方體應(yīng)采取“小塌清，大塌通與治塌先治水”的處理原則。對于小的塌方段，可采用裝載機(jī)與挖掘機(jī)配合自卸汽車以清理塌方體，將塌方體上方穩(wěn)定性較弱的洞體或山體支撐加固[5]。對于大的塌方段，可先開挖一個臨時通道，在臨時通道上方采用鋼材鉚接以布置成門字形支撐，從而確保臨時通道穩(wěn)固安全。

塌方體開挖可采取先上后下與分層分段的開挖方式，在施工條件允許的情況下，可采取多個工作面協(xié)調(diào)開展施工作業(yè)的方式。挖掘機(jī)開挖隧洞塌方體時，可采取三層開挖的方式，對塌方體上部開挖時，為固定虛渣并提供安裝鋼拱架作業(yè)的平臺，可先開挖邊側(cè)以保留中間核心土。此外，開挖進(jìn)尺應(yīng)依現(xiàn)場情況而定，一般低于1.2 m。當(dāng)上層開挖完工后，應(yīng)立刻進(jìn)行支撐施工，隨后開展中層與下層的開挖支撐施工。值得注意的是，開挖施工應(yīng)減少擾動塌方體，以維持塌方體平衡性，將塌方石運(yùn)至遠(yuǎn)離施工地點(diǎn)處集中堆放。

2.2.5塌方體支護(hù)技術(shù)措施

對塌方體的支護(hù)應(yīng)依據(jù)塌方特征及破壞情況選擇適宜的支護(hù)方法，一般采取錨桿錨噴支護(hù)、拱架支護(hù)、超前管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管支護(hù)等措施。具體包括以下3個方面。

1)塌方量及破壞程度較低的情況。塌方量及破壞程度較低時，為保障隧洞塌方搶險前后的安全，可采用錨桿支護(hù)洞體破壞處的方法，采取梅花型布置的方式。同時，為保證快速施工，應(yīng)采取藥卷錨固劑對錨桿進(jìn)行錨固，采取手風(fēng)鉆三臂錨桿臺車進(jìn)行鉆孔[6]。此外，當(dāng)錨桿施工完工后，應(yīng)立即實(shí)施噴射混凝土施工以封閉破碎的圍巖，噴射厚度可取10～20 cm。此方法簡單快速，但支護(hù)強(qiáng)度較低。

2)塌方量及破壞程度較大的情況。塌方量及破壞程度較大時，可在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上加設(shè)拱架和超前小導(dǎo)管。可在隧洞頂拱外輪廓線外安置超前小導(dǎo)管，一般采用YT型手風(fēng)鉆鉆孔，將現(xiàn)場拌制的漿液注入其中。待超前小導(dǎo)管安置完工后，可進(jìn)行拱架的布設(shè)，拱架間距應(yīng)在50～80 cm范圍內(nèi)，在布設(shè)拱架時應(yīng)與錨桿牢固焊接且安置縱向錨桿。此方法簡單易操作，支護(hù)強(qiáng)度效果好，可推廣使用。

3)塌方量及破壞程度很大的情況。塌方量及破壞程度很大時，可在錨桿與拱架的基礎(chǔ)上再加設(shè)超前管棚。一般可在拱部150°角度內(nèi)加設(shè)φ90×5mm，長度在16～18cm范圍內(nèi)，外插角10°～20°，環(huán)向間距為50cm的管棚。此外，需在管棚內(nèi)安置鋼筋束，將鋼筋束焊接成一束插入φ90管內(nèi)，操作流程如下：①首先應(yīng)搭設(shè)作業(yè)平臺，一般采取鋼管架搭設(shè)，平臺高度≥2m，橫向縱向間距≥1m。②管棚鉆孔，鉆孔一般使用YG錨索鉆，鉆孔時首先應(yīng)低速低壓，待鉆到一定深度時，可依據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)相應(yīng)調(diào)整風(fēng)壓與鉆速，鉆速應(yīng)勻速，以免產(chǎn)生夾鉆。③安裝。待鉆具成孔后，應(yīng)立即將孔口與孔壁處的縫隙封堵，鋼管外露端處安置止?jié){閥，以灌注水泥漿，灌漿壓力應(yīng)低于5 MPa。安裝鋼筋束與鋼管，鋼筋束可用3×φ25的鋼筋焊接而成，在起吊機(jī)下孔后，開始封孔[7]。④灌漿，鋼筋束安裝完成后，即開始灌漿，可采用水灰比為1∶1的水泥漿，可使用注漿機(jī)對鋼管注漿，初壓可控制在0.5～1.0 MPa范圍內(nèi)，終壓取2 MPa，持續(xù)時間≥15 min。此法便于后期開挖且支護(hù)強(qiáng)度高，但施工困難，周期長。

3　其他隧洞塌方搶險技術(shù)措施

3.1隧洞涌水處理技術(shù)措施

針對隧洞塌方處發(fā)生的涌水現(xiàn)象，可采用“防、排、堵、截”的處理方法?？上冗M(jìn)行洞內(nèi)排水與降水，從洞外到洞內(nèi)逐步清理、疏通排水設(shè)備，降低水位以滿足施工條件?？赏ㄟ^對隧洞鉆孔減壓以實(shí)現(xiàn)涌水分流，其鉆孔數(shù)量應(yīng)按照洞內(nèi)水量而定，鉆孔深度一般取12m。當(dāng)突水口由集中流分為細(xì)流時，可實(shí)施封堵。在鉆孔分流后，隨后進(jìn)行涌水口的引排與封堵。當(dāng)涌水口水量相對減小時，采用配有開關(guān)的粗鋼管引排涌水，可同時配置有開關(guān)的注漿管，以實(shí)施雙液注漿且堵住鋼管外圍部分，以保證涌水只從鋼管處溢出。隨后開始注漿施工，將導(dǎo)水鋼管關(guān)閉，使突水從分流孔全部排出，此時，應(yīng)在涌水處進(jìn)一步加固注漿。當(dāng)涌水處安全后，逐步向分流孔灌注水泥單液漿封堵分流孔[8]。當(dāng)對涌水與涌泥封堵完工后，可進(jìn)一步加固注漿，保障注漿的效果及洞身的穩(wěn)定。

3.2洞口巨石處理技術(shù)措施

可通過機(jī)械開挖的方法，在巨石處設(shè)立臨時通道，以確保隧洞能順利通行。若巖石巨大過大無法開挖，可采取爆破的方式分解巨石，將分解后的巨石運(yùn)走，致使隧洞暢通。

3.3塌方應(yīng)急搶險技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

水工隧洞塌方應(yīng)急搶險施工強(qiáng)度大、施工環(huán)境惡劣、不安全因素高，因此在進(jìn)行施工作業(yè)時，應(yīng)注意以下實(shí)施要點(diǎn)：

1)開挖破碎及松散的巖石時，應(yīng)避免擾動巖石，優(yōu)先采取邊護(hù)邊挖或先護(hù)后挖的方式。

2)地下水活動頻繁的地帶，可采取“引、排、截、堵”的綜合治理方法，防范發(fā)生暴涌的現(xiàn)象。

3)處理膨脹巖體時，應(yīng)立即實(shí)施錨噴支護(hù)的措施，加強(qiáng)觀測，做好隨時支護(hù)。

4)在塌方搶險作業(yè)中，應(yīng)先穩(wěn)固未塌方地帶及加強(qiáng)排水，以防止塌方逐步擴(kuò)大。

5)施工人員應(yīng)嚴(yán)格遵守塌方應(yīng)急搶險施工規(guī)范，加強(qiáng)嚴(yán)格觀察，設(shè)置專人值班，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即撤離人員且上報處理。

4　結(jié)　語

水工隧洞施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，隧洞圍巖特性及不當(dāng)施工均易誘發(fā)隧洞塌方事故。水工隧洞應(yīng)急搶險工作多在缺乏對地震、山體滑坡及泥石流足夠了解基礎(chǔ)上實(shí)施，搶險救援作業(yè)強(qiáng)度大，時間任務(wù)緊且面臨潛在危險因素。在實(shí)施水工隧洞塌方應(yīng)急搶險作業(yè)時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場具體情況、地質(zhì)與天氣條件等因素綜合調(diào)整搶險施工方案。值得注意的是，實(shí)施隧洞塌方應(yīng)急搶險作業(yè)，應(yīng)遵循客觀規(guī)律，盡量減小對周邊地貌環(huán)境的擾動，同時注重采取必要施工搶險保護(hù)措施，從而避免次生災(zāi)害的發(fā)生。

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1007-7596(2016)07-0089-03

2016-06-12

楊殿宇(1974-)，男，遼寧朝陽人，工程師，研究方向為水利工程。

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