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摘要：在对隧洞塌方进行应急处理时，快速选择合理的开挖方式对于保证不良地质带隧洞围岩稳定性和施工安全至关重要。以鄂北地区水资源配置工程中大竹园隧洞塌方处理为例，介绍了两台阶预留核心土环向开挖法的施工工艺和应用情况。工程实践表明：该方法能够保证施工质量和施工安全，提高了施工效率，使工期缩短10 d， 节约投资超过20万元。
关键词：水工隧洞;塌方处理;两台阶预留核心土环向开挖法;不良地质;预留核心土;鄂北地区水资源
配置工程
中图法分类号：TV554 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.07.009
文章编号：1006 - 0081（2021）07 - 0045 - 04
塌方是隧洞开挖施工中常见的现象，在实际工程中，需要根据各工程施工条件和地质条件，制定出合理的塌方处理方案[1-2]。地下洞室常见的开挖方法有全断面开挖法、短台阶开挖法、长台阶或分层开挖法、导洞超前法、留核心土法和分部分层开挖法等，然而在面对隧洞塌方处理时，大部分开挖方法难以实施。多数塌方需要处理破碎松散的岩石和泥土的混合塌方体，自稳条件和应力承受能力极差，开挖时掌子面极易出现反塌现象，甚至会因反塌而诱发新的塌方[3-4]。一般情况下，采用预留核心土法和分部分层开挖法配合相关支护措施进行塌方处理，能够解决上述难题。本文介绍了两台阶预留核心土环向开挖法在鄂北地区水资源配置工程（以下简称“鄂北工程”）大竹园隧洞大塌方处理过程中的应用。
1 工程概况
1.1 工程简介
鄂北工程是以城乡生活、工业供水和唐东地区农业供水为主，是通过退还被城市挤占的农业灌溉和生态用水量，以改善受水地区的农业灌溉和生态环境用水条件的一项大型水资源配置工程。受水区设计水平年总人口481.81万人，灌溉面积24.23万hm2（363.5万亩），多年平均引水量7.7億m3，渠首设计流量38.0 m3/s，工程规模为Ⅱ等大（2）型。工程输水线路总长269.672 km，沿程设计流量38.0～1.8 m3/s。主要建筑物类型有取水建筑物、隧洞（含土洞）、倒虹吸、明渠、暗涵、渡槽、各类水闸（阀）、土石坝、溢洪道及跨渠交通桥等。
大竹园隧洞起讫桩号212+680～216+750，全长4 070 m，隧洞设计进口接杨家畈隧洞，出口接垛子湾明渠。隧洞线路走向总体从西北向东南。隧洞设计引水流量9.5 m3/s，底板高程104.56～104.14 m，设计纵坡为1∶9 600，城门洞形断面，过水净宽4.0～4.8 m。隧洞沿线地面高程121.6～207.6 m，相对高差约85 m，为低山丘陵地形。隧洞穿越多段冲沟，沟内有较多溪流与山塘分布。
1.2 工程地质
1.2.1 设计地质条件
大竹园隧洞设计围岩以震旦—青白口系白兆山组（Z2b）黑云母片岩、钠长片岩和震旦—青白口系岔河组（Z2c）钠长片岩夹大理岩为主，岩体完整程度为较完整，围岩整体稳定，Ⅱ类围岩占隧洞总长的98%。隧洞处于地下水含水层之下，地下水活动轻微。设计围岩分类详见表1。
1.2.2 实际地质条件
大竹园隧洞已完成洞身开挖1 365 m，其中，Ⅱ类围岩355 m，Ⅲ类围岩110 m，Ⅳ类、Ⅴ类共900 m。洞身开挖实际围岩以石英钠长黑云片岩、绿帘钠长黑云片岩局部夹透镜状大理岩、变质砂岩为主，岩石呈薄层理状结构，岩体破碎。部分层溶蚀孔隙发育，洞段地下水活跃。围岩受渗水水蚀作用，软化现象明显，整体极不稳定，易坍塌。
1.3 隧洞洞身大型塌方病害
在大竹园隧洞洞身开挖过程中，桩号214+528、214+535、216+412、216+289先后发生过4次大型塌方，其中，214+535处大型塌方造成地表塌陷冒顶。大型塌方发生的主要原因为钠长片岩受构造作用，裂隙、节理发育，岩体破碎，整体稳定性差，另由于岩体受裂隙水水蚀软化、泥化作用明显，洞身开挖后自稳性极差，发生坍塌。结合4次大塌方实际情况，针对施工中出现同类地质病害洞段的情况，迅速组织施工队伍采取两台阶预留核心土环向开挖法进行各类大型塌方处理，缩短病害处理时间，提高处理工作效率，同时确保施工安全。
2 两台阶预留核心土环向开挖法
2.1 施工优点
（1）施工作业安全性好。在拱部初期支护的保护作用下，预留核心土和台阶下部，开挖具有更好的安全性。
（2）掌子面稳定性较好。预留的核心土能稳定支承掌子面，防止再次垮塌，并在后续开挖中迅速形成稳定性较好的拱部初期支护。由于工序少、进尺短，使初期支护更早封闭成环，发挥拱形支护效应，有效控制围岩及支护变形。
（3）施工作业便捷性好。施工工序简单，开挖和支护易于控制，并可配合机械化施工，难度小。
（4）施工方案综合效益好。不需要辅助其他临时支护，在保证施工安全的前提下，节省了资金和时间。
2.2 施工工艺
（1）拱部开挖、支护。拱部采用人工掏槽开挖方式，施工中严格控制开挖进尺，每循环进尺不大于0.5 m，采用人工直接开挖掏槽或用风镐开挖人工配合开槽方式。拱顶槽孔成型后立即喷射厚5 cm的C25混凝土预支护，确保槽孔基本稳定，不再坍塌掉块，及时按设计方案，对拱部钢拱架、系统锚杆、锁脚锚杆和钢筋网进行施工。施工中应注意钢拱架安装尺寸与大型塌方后洞室实际断面基本相符，确保钢拱架与基岩面密贴。同时，施工中应严格确保拱脚处锁腰锚杆的施工质量（包括满足材质、施工长度、钻孔安装方向、注浆质量等要求），确保下部边墙开挖时不出现沉降变形失稳。
（2）左（或右）边墙开挖、支护。拱部开挖、初期支护完成后，及时进行左（或右）侧边墙部位开挖。人工采用风镐开挖或破碎锤机械开挖方式，施工中严禁爆破开挖。左（或右）侧边墙开挖完成后，按拱部施工要点进行初期支护。施工中应注意左（或右）侧边墙钢拱架与围岩的密贴性、与拱部钢拱架连接的牢固性、拱架底座支撑的可靠性。 （3）右（或左）边墙开挖、支护。左（或右）侧边墙开挖、初期支护完成后，再进行右（或左）侧边墙部位开挖、支护，施工方法、要点同上方左（或右）侧边墙。
（4）下一循环。左、右边墙开挖、支护完成后，再进行下一里程的开挖、支护，如此循环，直至整个塌方段处理完成，最后进行核心土的开挖清除。
3 在大塌方处理中的应用
3.1 前期工作
（1）塌方掌子面封闭。大型塌方基本稳定后（无异响、岩块基本停止掉落）及时安排作业人员现场察看，现场核实后方已完工段初期支护有无大的裂缝、混凝土掉落、岩体掉块等异常情况，发现异常及时处理，确定安全后立即对塌方掌子面喷射C25混凝土，封闭掌子面，喷射厚度为10 cm，防止塌方继续扩大发展。
（2）塌坑回填。如果大型塌方导致地表塌陷冒顶，掌子面封闭完成后及时对地表塌坑采用人工或机械装运土方、小型夯机进行回填夯实。必要时在塌坑外侧增设截水沟，将地表水引流至塌坑外。或塌坑回填完毕后立即覆盖遮雨布，确保雨天雨水不渗入塌坑内。
（3）完工段塌腔探测。掌子面发生大型塌方后，人工及时探测掌子面后方已完工段5～10 m是否存在塌腔（至少保证5 m，结合分析大竹园隧洞4次大型塌方实际情况，存在塌腔的可能性大），探测可采用人工拱顶部钻孔方式。发现塌腔后立即对该完工段拱顶部新空腔处进行注浆回填密实，确保其拱顶部空腔不持续发展。
（4）建立安全作业面。在大型塌方掌子面后方5～10 m范围内人为建立一安全作业面，作为后续长管棚施工安全作业面及塌方处理过程中出现异常情况人员逃生通道。对掌子面已完工段5～10 m段初期支护钢拱架进行全断面注浆加固，确保该里程段支护钢拱架与围岩固结、受力稳定。注浆管采用Φ42小导管（L=4 m），纵向间距80 cm，环向间距100 cm。同时，在该里程段隧洞底板底面标高下20 cm增设混凝土反拱，反拱钢筋采用已完工设计同类别工字钢拱架，纵向间距与完工段工字钢拱架设计间距相同。反拱钢拱架与原支护钢拱架焊接、封闭成环，确保钢拱架受力稳定。反拱钢拱架安装完成后立即浇筑厚20 cm的C25混凝土，及时养护。
（5）超前地质预报。塌方里程采用TSP、CFC或人工超前钻孔方式进行超前地质预报，初步判定掌子面围岩地质、渗水等情况，根据判定的地质预报情况及时调整施工方法、支护参数，确保后续塌方处理施工及前方洞身开挖施工安全。
3.2 塌方段处理
（1）跟管式超前长管棚。安全作业面完成后，拟在安全作业面内已完工段距离掌子面约5 m拱顶处，施作跟管式超前管棚进行支护。考虑到塌方体松散，钻孔后容易发生塌孔，自进式管棚推进难度大。管棚为Φ108（壁厚δ=6 mm），长度为15～20 m，环向间距40 cm，导向管采用Φ133（壁厚δ=6 mm），长度为2 m，导向管利用完工段原支护钢拱架焊接固定。管棚安装完成后及时进行注浆，注浆一般原则上采用单液浆（必要时可掺加水玻璃调整为双液浆），水灰比为0.8∶1.0～1.0∶1.0，实际注浆量由监理现场核实，确保掌子面塌方空腔处回填密实。
（2）塌方段开挖。管棚注浆完成后及时进行塌方段洞身开挖，开挖采用两台阶预留核心土环向开挖方式（图1），即拱部开挖→拱部初期支护→左或右边墙开挖（围岩较差的一侧先行开挖）→左或右边墙初期支护→右或左边墙开挖→右或左边墙初期支护→下一循环（图2），开挖过程中一直保留塌体中间核心土，其主要目的是有利于开挖掌子面的稳定，同时作为人工掏槽开挖、支护的工作平台。
3.3 其他措施
为确保塌方前方洞身开挖施工安全，拟对塌方掌子面前方10～20 m段洞身开挖均采用两台阶预留核心土环向开挖法，机械配合人工开挖。初期支护参见塌方段处理围岩设计，支护参数见图3，同时增设混凝土反拱，避免发生二次塌方。
同时，要做好施工安全监测工作，注重围岩监测和观察，专职安全监测人员随时注意塌方掌子面围岩岩质和分布情况变化、节理裂隙发育程度和方向以及岩体裂隙涌水量，关注隧洞有无坍塌现象。同时，测量人员每天定期进行塌方体开挖完工段监控量测工作，遇到变形或险情及时与设计方联系，并迅速撤离作业人员，确保施工安全。
4 效益分析
采用两台阶预留核心土环向开挖法施工方案和相关技术措施，保证了施工质量和安全，也取得了显著的经济效益。
（1）施工现场安全可控。在整个大塌方段施工过程中未出现一起人员伤亡以及设备物资受损的情况（图4）。同时，在塌方段紧后不良地质段开挖支护各工序施工作业稳步顺利推进，安全风险大大降低。
（2） 施工现场质量可控。由于整个塌方段通过时，均有预留的核心土支承掌子面，分层分台阶开挖成洞效果较好。同时，工序少、进尺短，能使初期支护更早封闭成环，发挥拱形支护效应，有效控制围岩及支护的变形。通过对埋设于拱顶和边墙上的监测点近一个月的监测数据回归分析可以看出，在完成支护成环的前3 d，收敛与沉降变形最大，但也控制在2 cm以内，围岩总体处于稳定状态。在完成支护成环第三天后，收敛与沉降变形已趋于稳定，变形控制效果显著。
（3） 施工作业便捷性突出。为确保围岩稳定，塌方段处理均未进行爆破开挖，同时由于预留核心土大大降低了有效开挖量，实际开挖均为人工采用风镐开挖或破碎锤机械开挖的方式。施工工序简单，开挖和支护易于控制，工人施工积极性较高，施工衔接效率较高。
（4） 施工方案综合效益好。通过对比前几次塌方处理以及其他不良地质洞段处理方法，采用两台阶预留核心土环向开挖方式能够最大限度保证圍岩稳定，确保隧洞开挖稳步推进。创造了21 d顺利通过单个大塌方点，较上次塌方处理至少缩短10 d的成绩，确保了工程进度可控。同时，节省投资20余万元，取得了良好的经济效益。 5 結 语
两台阶预留核心土环向开挖法特点是分部分台阶施工简单，能最大限度减少对不良地质段围岩的扰动，施工速度较快，但必须配套强支护、辅助施工方法、监控量测、快速施工、合理布距、动态管理等相应保证措施，确保施工安全。两台阶预留核心土环向开挖法在鄂北工程大竹园隧洞大塌方段处理中成功应用，对该工程后续塌方处理以及其他类似小断面不良地质段水工隧洞的开挖具有一定借鉴意义。
参考文献：
[1] 肖明. 水工隧洞开挖的支护措施与施工方法[C]// 昆明市第三届学术年会暨严格管理水资源促进水利新跨越论坛论文集. 昆明：昆明市水利学会，2011：161-164.
[2] 徐骏. 软弱围岩大跨度公路隧道施工方案研究[J]. 城市道桥与防洪，2016（8）：185-188.
[3] 高印军，张金安. 某市引黄干渠4#输水隧洞冒顶塌方加固[C]// 中国水利学会地基与基础工程专业委员会. 中国水利学会地基与基础工程专业委员会会议论文集. 北京：中国水利水电出版社，2002.
[4] 代玉旭. 输水隧洞洞内主要的施工工序及不良地质段施工处理[J]. 黑龙江水利科技，2014，42（2）：70-73.
（编辑：李 慧）
Application of advanced excavation method of arch top and side-wall with middle part reserved in tunnel collapse treatment
ZHU Shengwei，Feng Xiaoqing
（Construction & Management Bureau of North Hubei Water Transfer Project， Wuhan 430062， China）
Abstract： In the emergency treatment of tunnel collapse in poor geological belt， it is important to choose reasonable and quick excavation method to ensure the stability of surrounding rock and construction security. Taking the Dazuyuan tunnel in North Hubei Water Transfer Project as an example， the technique and application of advanced excavation method of arch top and side-wall with middle part reserved are introduced. The construction practice showed that this method can ensure the construction quality and security， improve the construction efficiency. The construction of the Dazuyuan tunnel was advanced by 10 days and the cost was saved for over 200 thousand yuan.
Key words： hydraulic tunnel; collapse treatment;advanced excavation method of arch top and side-wall with middle part reserved; poor geological condition; middle part reserved; North Hubei Water Transfer Project
关键词：水工隧洞;塌方处理;两台阶预留核心土环向开挖法;不良地质;预留核心土;鄂北地区水资源
配置工程
中图法分类号：TV554 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.07.009
文章编号：1006 - 0081（2021）07 - 0045 - 04
塌方是隧洞开挖施工中常见的现象，在实际工程中，需要根据各工程施工条件和地质条件，制定出合理的塌方处理方案[1-2]。地下洞室常见的开挖方法有全断面开挖法、短台阶开挖法、长台阶或分层开挖法、导洞超前法、留核心土法和分部分层开挖法等，然而在面对隧洞塌方处理时，大部分开挖方法难以实施。多数塌方需要处理破碎松散的岩石和泥土的混合塌方体，自稳条件和应力承受能力极差，开挖时掌子面极易出现反塌现象，甚至会因反塌而诱发新的塌方[3-4]。一般情况下，采用预留核心土法和分部分层开挖法配合相关支护措施进行塌方处理，能够解决上述难题。本文介绍了两台阶预留核心土环向开挖法在鄂北地区水资源配置工程（以下简称“鄂北工程”）大竹园隧洞大塌方处理过程中的应用。
1 工程概况
1.1 工程简介
鄂北工程是以城乡生活、工业供水和唐东地区农业供水为主，是通过退还被城市挤占的农业灌溉和生态用水量，以改善受水地区的农业灌溉和生态环境用水条件的一项大型水资源配置工程。受水区设计水平年总人口481.81万人，灌溉面积24.23万hm2（363.5万亩），多年平均引水量7.7億m3，渠首设计流量38.0 m3/s，工程规模为Ⅱ等大（2）型。工程输水线路总长269.672 km，沿程设计流量38.0～1.8 m3/s。主要建筑物类型有取水建筑物、隧洞（含土洞）、倒虹吸、明渠、暗涵、渡槽、各类水闸（阀）、土石坝、溢洪道及跨渠交通桥等。
大竹园隧洞起讫桩号212+680～216+750，全长4 070 m，隧洞设计进口接杨家畈隧洞，出口接垛子湾明渠。隧洞线路走向总体从西北向东南。隧洞设计引水流量9.5 m3/s，底板高程104.56～104.14 m，设计纵坡为1∶9 600，城门洞形断面，过水净宽4.0～4.8 m。隧洞沿线地面高程121.6～207.6 m，相对高差约85 m，为低山丘陵地形。隧洞穿越多段冲沟，沟内有较多溪流与山塘分布。
1.2 工程地质
1.2.1 设计地质条件
大竹园隧洞设计围岩以震旦—青白口系白兆山组（Z2b）黑云母片岩、钠长片岩和震旦—青白口系岔河组（Z2c）钠长片岩夹大理岩为主，岩体完整程度为较完整，围岩整体稳定，Ⅱ类围岩占隧洞总长的98%。隧洞处于地下水含水层之下，地下水活动轻微。设计围岩分类详见表1。
1.2.2 实际地质条件
大竹园隧洞已完成洞身开挖1 365 m，其中，Ⅱ类围岩355 m，Ⅲ类围岩110 m，Ⅳ类、Ⅴ类共900 m。洞身开挖实际围岩以石英钠长黑云片岩、绿帘钠长黑云片岩局部夹透镜状大理岩、变质砂岩为主，岩石呈薄层理状结构，岩体破碎。部分层溶蚀孔隙发育，洞段地下水活跃。围岩受渗水水蚀作用，软化现象明显，整体极不稳定，易坍塌。
1.3 隧洞洞身大型塌方病害
在大竹园隧洞洞身开挖过程中，桩号214+528、214+535、216+412、216+289先后发生过4次大型塌方，其中，214+535处大型塌方造成地表塌陷冒顶。大型塌方发生的主要原因为钠长片岩受构造作用，裂隙、节理发育，岩体破碎，整体稳定性差，另由于岩体受裂隙水水蚀软化、泥化作用明显，洞身开挖后自稳性极差，发生坍塌。结合4次大塌方实际情况，针对施工中出现同类地质病害洞段的情况，迅速组织施工队伍采取两台阶预留核心土环向开挖法进行各类大型塌方处理，缩短病害处理时间，提高处理工作效率，同时确保施工安全。
2 两台阶预留核心土环向开挖法
2.1 施工优点
（1）施工作业安全性好。在拱部初期支护的保护作用下，预留核心土和台阶下部，开挖具有更好的安全性。
（2）掌子面稳定性较好。预留的核心土能稳定支承掌子面，防止再次垮塌，并在后续开挖中迅速形成稳定性较好的拱部初期支护。由于工序少、进尺短，使初期支护更早封闭成环，发挥拱形支护效应，有效控制围岩及支护变形。
（3）施工作业便捷性好。施工工序简单，开挖和支护易于控制，并可配合机械化施工，难度小。
（4）施工方案综合效益好。不需要辅助其他临时支护，在保证施工安全的前提下，节省了资金和时间。
2.2 施工工艺
（1）拱部开挖、支护。拱部采用人工掏槽开挖方式，施工中严格控制开挖进尺，每循环进尺不大于0.5 m，采用人工直接开挖掏槽或用风镐开挖人工配合开槽方式。拱顶槽孔成型后立即喷射厚5 cm的C25混凝土预支护，确保槽孔基本稳定，不再坍塌掉块，及时按设计方案，对拱部钢拱架、系统锚杆、锁脚锚杆和钢筋网进行施工。施工中应注意钢拱架安装尺寸与大型塌方后洞室实际断面基本相符，确保钢拱架与基岩面密贴。同时，施工中应严格确保拱脚处锁腰锚杆的施工质量（包括满足材质、施工长度、钻孔安装方向、注浆质量等要求），确保下部边墙开挖时不出现沉降变形失稳。
（2）左（或右）边墙开挖、支护。拱部开挖、初期支护完成后，及时进行左（或右）侧边墙部位开挖。人工采用风镐开挖或破碎锤机械开挖方式，施工中严禁爆破开挖。左（或右）侧边墙开挖完成后，按拱部施工要点进行初期支护。施工中应注意左（或右）侧边墙钢拱架与围岩的密贴性、与拱部钢拱架连接的牢固性、拱架底座支撑的可靠性。 （3）右（或左）边墙开挖、支护。左（或右）侧边墙开挖、初期支护完成后，再进行右（或左）侧边墙部位开挖、支护，施工方法、要点同上方左（或右）侧边墙。
（4）下一循环。左、右边墙开挖、支护完成后，再进行下一里程的开挖、支护，如此循环，直至整个塌方段处理完成，最后进行核心土的开挖清除。
3 在大塌方处理中的应用
3.1 前期工作
（1）塌方掌子面封闭。大型塌方基本稳定后（无异响、岩块基本停止掉落）及时安排作业人员现场察看，现场核实后方已完工段初期支护有无大的裂缝、混凝土掉落、岩体掉块等异常情况，发现异常及时处理，确定安全后立即对塌方掌子面喷射C25混凝土，封闭掌子面，喷射厚度为10 cm，防止塌方继续扩大发展。
（2）塌坑回填。如果大型塌方导致地表塌陷冒顶，掌子面封闭完成后及时对地表塌坑采用人工或机械装运土方、小型夯机进行回填夯实。必要时在塌坑外侧增设截水沟，将地表水引流至塌坑外。或塌坑回填完毕后立即覆盖遮雨布，确保雨天雨水不渗入塌坑内。
（3）完工段塌腔探测。掌子面发生大型塌方后，人工及时探测掌子面后方已完工段5～10 m是否存在塌腔（至少保证5 m，结合分析大竹园隧洞4次大型塌方实际情况，存在塌腔的可能性大），探测可采用人工拱顶部钻孔方式。发现塌腔后立即对该完工段拱顶部新空腔处进行注浆回填密实，确保其拱顶部空腔不持续发展。
（4）建立安全作业面。在大型塌方掌子面后方5～10 m范围内人为建立一安全作业面，作为后续长管棚施工安全作业面及塌方处理过程中出现异常情况人员逃生通道。对掌子面已完工段5～10 m段初期支护钢拱架进行全断面注浆加固，确保该里程段支护钢拱架与围岩固结、受力稳定。注浆管采用Φ42小导管（L=4 m），纵向间距80 cm，环向间距100 cm。同时，在该里程段隧洞底板底面标高下20 cm增设混凝土反拱，反拱钢筋采用已完工设计同类别工字钢拱架，纵向间距与完工段工字钢拱架设计间距相同。反拱钢拱架与原支护钢拱架焊接、封闭成环，确保钢拱架受力稳定。反拱钢拱架安装完成后立即浇筑厚20 cm的C25混凝土，及时养护。
（5）超前地质预报。塌方里程采用TSP、CFC或人工超前钻孔方式进行超前地质预报，初步判定掌子面围岩地质、渗水等情况，根据判定的地质预报情况及时调整施工方法、支护参数，确保后续塌方处理施工及前方洞身开挖施工安全。
3.2 塌方段处理
（1）跟管式超前长管棚。安全作业面完成后，拟在安全作业面内已完工段距离掌子面约5 m拱顶处，施作跟管式超前管棚进行支护。考虑到塌方体松散，钻孔后容易发生塌孔，自进式管棚推进难度大。管棚为Φ108（壁厚δ=6 mm），长度为15～20 m，环向间距40 cm，导向管采用Φ133（壁厚δ=6 mm），长度为2 m，导向管利用完工段原支护钢拱架焊接固定。管棚安装完成后及时进行注浆，注浆一般原则上采用单液浆（必要时可掺加水玻璃调整为双液浆），水灰比为0.8∶1.0～1.0∶1.0，实际注浆量由监理现场核实，确保掌子面塌方空腔处回填密实。
（2）塌方段开挖。管棚注浆完成后及时进行塌方段洞身开挖，开挖采用两台阶预留核心土环向开挖方式（图1），即拱部开挖→拱部初期支护→左或右边墙开挖（围岩较差的一侧先行开挖）→左或右边墙初期支护→右或左边墙开挖→右或左边墙初期支护→下一循环（图2），开挖过程中一直保留塌体中间核心土，其主要目的是有利于开挖掌子面的稳定，同时作为人工掏槽开挖、支护的工作平台。
3.3 其他措施
为确保塌方前方洞身开挖施工安全，拟对塌方掌子面前方10～20 m段洞身开挖均采用两台阶预留核心土环向开挖法，机械配合人工开挖。初期支护参见塌方段处理围岩设计，支护参数见图3，同时增设混凝土反拱，避免发生二次塌方。
同时，要做好施工安全监测工作，注重围岩监测和观察，专职安全监测人员随时注意塌方掌子面围岩岩质和分布情况变化、节理裂隙发育程度和方向以及岩体裂隙涌水量，关注隧洞有无坍塌现象。同时，测量人员每天定期进行塌方体开挖完工段监控量测工作，遇到变形或险情及时与设计方联系，并迅速撤离作业人员，确保施工安全。
4 效益分析
采用两台阶预留核心土环向开挖法施工方案和相关技术措施，保证了施工质量和安全，也取得了显著的经济效益。
（1）施工现场安全可控。在整个大塌方段施工过程中未出现一起人员伤亡以及设备物资受损的情况（图4）。同时，在塌方段紧后不良地质段开挖支护各工序施工作业稳步顺利推进，安全风险大大降低。
（2） 施工现场质量可控。由于整个塌方段通过时，均有预留的核心土支承掌子面，分层分台阶开挖成洞效果较好。同时，工序少、进尺短，能使初期支护更早封闭成环，发挥拱形支护效应，有效控制围岩及支护的变形。通过对埋设于拱顶和边墙上的监测点近一个月的监测数据回归分析可以看出，在完成支护成环的前3 d，收敛与沉降变形最大，但也控制在2 cm以内，围岩总体处于稳定状态。在完成支护成环第三天后，收敛与沉降变形已趋于稳定，变形控制效果显著。
（3） 施工作业便捷性突出。为确保围岩稳定，塌方段处理均未进行爆破开挖，同时由于预留核心土大大降低了有效开挖量，实际开挖均为人工采用风镐开挖或破碎锤机械开挖的方式。施工工序简单，开挖和支护易于控制，工人施工积极性较高，施工衔接效率较高。
（4） 施工方案综合效益好。通过对比前几次塌方处理以及其他不良地质洞段处理方法，采用两台阶预留核心土环向开挖方式能够最大限度保证圍岩稳定，确保隧洞开挖稳步推进。创造了21 d顺利通过单个大塌方点，较上次塌方处理至少缩短10 d的成绩，确保了工程进度可控。同时，节省投资20余万元，取得了良好的经济效益。 5 結 语
两台阶预留核心土环向开挖法特点是分部分台阶施工简单，能最大限度减少对不良地质段围岩的扰动，施工速度较快，但必须配套强支护、辅助施工方法、监控量测、快速施工、合理布距、动态管理等相应保证措施，确保施工安全。两台阶预留核心土环向开挖法在鄂北工程大竹园隧洞大塌方段处理中成功应用，对该工程后续塌方处理以及其他类似小断面不良地质段水工隧洞的开挖具有一定借鉴意义。
参考文献：
[1] 肖明. 水工隧洞开挖的支护措施与施工方法[C]// 昆明市第三届学术年会暨严格管理水资源促进水利新跨越论坛论文集. 昆明：昆明市水利学会，2011：161-164.
[2] 徐骏. 软弱围岩大跨度公路隧道施工方案研究[J]. 城市道桥与防洪，2016（8）：185-188.
[3] 高印军，张金安. 某市引黄干渠4#输水隧洞冒顶塌方加固[C]// 中国水利学会地基与基础工程专业委员会. 中国水利学会地基与基础工程专业委员会会议论文集. 北京：中国水利水电出版社，2002.
[4] 代玉旭. 输水隧洞洞内主要的施工工序及不良地质段施工处理[J]. 黑龙江水利科技，2014，42（2）：70-73.
（编辑：李 慧）
Application of advanced excavation method of arch top and side-wall with middle part reserved in tunnel collapse treatment
ZHU Shengwei，Feng Xiaoqing
（Construction & Management Bureau of North Hubei Water Transfer Project， Wuhan 430062， China）
Abstract： In the emergency treatment of tunnel collapse in poor geological belt， it is important to choose reasonable and quick excavation method to ensure the stability of surrounding rock and construction security. Taking the Dazuyuan tunnel in North Hubei Water Transfer Project as an example， the technique and application of advanced excavation method of arch top and side-wall with middle part reserved are introduced. The construction practice showed that this method can ensure the construction quality and security， improve the construction efficiency. The construction of the Dazuyuan tunnel was advanced by 10 days and the cost was saved for over 200 thousand yuan.
Key words： hydraulic tunnel; collapse treatment;advanced excavation method of arch top and side-wall with middle part reserved; poor geological condition; middle part reserved; North Hubei Water Transfer Project