高寒地區季節性積雪凍融下隧洞塌方處理及預防
應用技術
作者：董棟
[摘 要]本文著重介紹了高寒地區因季節性積雪凍融環境下發電洞4#支洞塌方的原因分析和處理方案，為在類似環境下隧道施工中有一定的借鑒意義。
[關鍵詞]高寒地區；季節性積雪凍融滲水、隧洞塌方
中圖分類號：P642.14 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2014）34-0193-02
1、工程簡介及地質狀況
新疆某水利樞紐水電站通過一條引水隧洞引水到廠房發電，發電引水洞及電站地麵廠房布置於右岸。電站采用一洞四機供水方式。發電引水係統由進口引水渠、閘井、洞身段、上平洞段、調壓井、高壓管道、岔管和支管主、副廠房等組成組成。設計引水流量365.62m3/s，最大水頭78.8m。其中進口段長48.08m，發電洞長604m。
地麵廠房位於3#衝溝出口處，順溝向布置，廠址地麵高程580～600m，邊坡坡度10°～20°，地形較為平緩開闊。發電洞1～4#支洞出口段洞身為厚層-巨厚層狀灰白色二長片麻岩，片理產狀310？～320？NE∠40？～50？，與洞軸線夾角76～86？，岩體為Ⅲ類圍岩，埋深40m，局部穩定性差。
工程所在地處於新疆北部，夏季鮮有降雨、氣候幹燥，雨雪較為集中在秋冬季節，且冬季寒冷而漫長，而且冰蓋較厚，1月（最冷月）極端最低氣溫可達零下40℃，冰情一般發生在11月上旬至次年4月中旬。
2、支洞塌方情況及處理
2.1 支洞開挖支護情況
1#、2#支洞開挖直徑4740mm，設計為Φ25砂漿錨杆，間排距1m，長3m，深入基岩2.9m。
3#、4#支洞開挖直徑7860mm設計為Φ25砂漿錨杆，間排距1.5m，長3m，深入基岩2.9m。開挖過程中因圍岩完穩定性差，采用了鋼拱架及網噴，鋼拱架采用螺紋鋼彎製而成，榀距0.5～0.8m；鋼筋網采用縱向φ6，φ8環向鋼筋，網格20×20 cm，噴混凝土厚度20cm。
2.2 4#支洞塌方情況
4#支洞緊臨3#衝溝，於當年9月完成開挖支護，進入冬季後，雨雪增多，4#支洞岩層滲水量明顯增加並逐漸形成若幹個巨大冰柱。次年4月天氣回暖，洞內冰柱在熔化過程中，洞口及出口段發生塌方，▽563.53m～▽577.2m高程洞口邊坡出現不同程度破損。
2.3 4#支洞塌方原因分析
（1）4#支洞冰凍出現改變了圍岩受力情況，開春後洞內冰凍消融，使穩定性差較差的圍岩變得更加惡化，鋼筋拱架底部圍岩基礎也因冰凍水泡出現部分酥鬆，特別是山頂積雪融化，雪水順著3#衝溝而下，融化的雪水經圍岩縫隙滲到4#支洞內，導致洞內湧水量突增，前期臨時支護很難保證圍岩的穩定性。
（2）圍岩冰凍後變得鬆散，此時圍岩的穩定依靠自承能力、錨網鋼筋鋼拱架支撐以及部分冰柱支撐，洞內數十個冰柱起到暫時的支撐作用，而開春後洞內冰柱的融化也加劇塌方出現。