引洮15號隧洞穿越濕陷性黃土塌方段施工措施

楊中方 楊緒祥

1 工程概況及塌方過程

甘肅省引洮總干渠15號隧洞全長4 762 m，斷面為類馬蹄形，圍巖由可塑～硬塑狀的重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土及軟塑狀的粉質(zhì)壤土等組成，地下水位高于洞頂4 m～37 m，隧洞圍巖屬極不穩(wěn)定的Ⅴ級圍巖，成洞條件差，在開挖洞壁和掌子面時(shí)有線狀甚至面狀水流滲出，隨著水流的滲出伴有流土、突泥等現(xiàn)象發(fā)生，圍巖極易坍塌變形。施工掘進(jìn)到K101+920時(shí)隧洞洞壁、掌子面水流滲出明顯增大，掌子面及拱頂出現(xiàn)掉塊及局部坍塌現(xiàn)象，隨后采用噴混凝土封閉掌子面，在噴射混凝土過程中，拱頂坍塌變大并出現(xiàn)了流土、流泥等現(xiàn)象，超前小管棚被坍塌體破壞，噴混凝土無法進(jìn)行，為安全起見組織工人和機(jī)械設(shè)備撤離至安全地段。坍塌體持續(xù)了14 h，坍塌體填滿了隧洞整個(gè)空間。坍塌體長度為20 m、塌方量約為2 500 m3，塌方體的示意圖見圖1。

2 塌方原因分析

由于該段圍巖由可塑～硬塑狀的重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土及軟塑狀的粉質(zhì)壤土等組成，隧洞圍巖屬極不穩(wěn)定的Ⅴ級圍巖，該土層具有較強(qiáng)的濕陷性，遇水迅速泥化，失去自穩(wěn)能力。隧洞在開挖過程中洞壁、掌子面中部有1.5 m～2.0 m高位置出現(xiàn)面狀水流滲出，隨著水流的滲出粉質(zhì)黏土及軟塑狀的粉質(zhì)壤土遇水膨脹泥化，出現(xiàn)流土、流泥等現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致塌方。

3 塌方處理方案

3.1 對被擾動已支護(hù)段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)

對塌渣體施作止?jié){墻并采用C20混凝土進(jìn)行初噴，封閉掌子面，然后對塌方體外已進(jìn)行立拱噴錨支護(hù)的地段和對混凝土開裂嚴(yán)重的洞段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，加強(qiáng)段長10 m，設(shè)置Ⅰ14鋼架，間距60 cm/榀，拱架腳兩側(cè)縱向設(shè)[16槽鋼支墊防止沉降，對拱架背部用鋼板墊實(shí)，用φ 18鋼筋縱向連接，環(huán)間距為 100 cm，噴混凝土與支護(hù)形成整體，以防塌方的擴(kuò)大，施作平孔排水管，間距為100 cm×100 cm，梅花形布置，降低塌渣體水壓力，防止圍巖泥化現(xiàn)象加重。

3.2 大管棚、小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)加固開挖土體

1)大管棚、小導(dǎo)管聯(lián)合超前支護(hù)。大管棚的支護(hù)參數(shù)為φ 108，L=1 500 mm，環(huán)向間距為30 m，兩根之間的搭接為5 m，外插角為2°～3°，并注30號雙液漿，注漿壓力為3 MPa。由于大管棚較長在管棚15 m尾部管棚高出拱頂80 cm，造成超挖嚴(yán)重，因此在大管棚5 m位置底部增設(shè)φ 42長4 m的超前小導(dǎo)管全環(huán)封閉，環(huán)向間距為20 cm，搭接長度為2 m，來控制超挖量，塌方處理支護(hù)示意圖見圖2。

2)分臺階法開挖，預(yù)留核心土。采用短臺階對掌子面的圍巖進(jìn)行開挖，預(yù)留核心土體，上臺階環(huán)形導(dǎo)坑人工開挖，核心土及下臺階采用挖掘機(jī)開挖，臺階長度3 m～5 m。上臺階開挖進(jìn)尺控制在1榀鋼架距離，即0.4 m～0.6 m，開挖后立即噴射混凝土封閉周邊輪廓和開挖掌子面;下臺階開挖進(jìn)尺同上臺階一樣，中部用挖掘機(jī)開挖，兩側(cè)邊墻輪廓人工刷邊，減少對黃土的擾動，開挖完成后及時(shí)噴射混凝土封閉開挖面，之后及時(shí)完成支護(hù)結(jié)構(gòu);底拱緊跟下臺階施工，使支護(hù)結(jié)構(gòu)及時(shí)成環(huán)，增強(qiáng)支護(hù)效果。上下臺階法開挖施工順序見圖3。

4 坍塌體施工方案及技術(shù)措施

4.1 初支施工技術(shù)措施

采用先噴射混凝土，后掛網(wǎng)，再噴混凝土增加初支的荷載，掛網(wǎng)錨噴后，再架Ⅰ14型鋼拱架，增加支護(hù)阻力，防止流土、流泥和再次塌方等現(xiàn)象發(fā)生。加強(qiáng)型支護(hù)，主要體現(xiàn)在將兩榀拱架并成一榀使用，間距由原設(shè)計(jì)的60 cm～100 cm，加密至40 cm，鋼拱架外側(cè)全環(huán)加設(shè)5 mm厚鋼插板，采用φ 18鋼筋連接，環(huán)向間距100 cm。噴射混凝土由原設(shè)計(jì)的15 cm加厚至25 cm，預(yù)留沉降變形量為15 cm。拱架混凝土中部全環(huán)布φ 6.5×200×200鋼筋網(wǎng)片。對于滲水較大地段，拱墻增加φ 18，長2.5 m的系統(tǒng)錨桿來固定掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，對開挖面進(jìn)行初噴混凝土支護(hù)，再進(jìn)行Ⅰ14拱架安裝。由于土層含水量較大，承載能力差，為穩(wěn)拱腳，防止拱架下沉，用鎖腳注漿小導(dǎo)管對鋼拱架進(jìn)行鎖定，每榀鋼拱架施打兩根φ 42鎖腳注漿小導(dǎo)管，管長3 m，注30號雙液漿，注漿壓力為2 MPa，并持壓15 min;兩側(cè)拱腳增設(shè)[160槽鋼縱向連接加強(qiáng)支撐。

4.2 空腔處理技術(shù)措施

初支完成后，在洞內(nèi)拱頂100°范圍內(nèi)，以 1.5 m的間距梅花形打入徑向注漿小導(dǎo)管，采用雙液漿回填空腔，超前小導(dǎo)管為φ 42，外插角為50°，長為 7 m，縱向間距為1.5 m，環(huán)向間距為50 cm，30號雙液漿，注漿壓力為3 MPa。開挖時(shí)經(jīng)測量，拱頂下沉和周邊收斂較大。為保安全，除施作導(dǎo)管注漿外，在兩側(cè)拱腰和邊墻增設(shè)徑向注漿鎖腳小導(dǎo)管及注漿小導(dǎo)管，并與拱架焊接牢固，間距為1.0 m×1.0 m，長度為 3 m，壓注30號雙液漿，注漿壓力為2 MPa，并持壓15 min。量測結(jié)果顯示:位移速度有明顯的減緩趨勢，拱頂下沉和周邊收斂小于0.02 mm/d，已產(chǎn)生的位移量占總位移量的80%，并無開裂等異常情況出現(xiàn)。

4.3 二襯施工技術(shù)措施

及時(shí)施作仰拱，仰拱混凝土內(nèi)部增加橫向鋼拱架，增強(qiáng)仰拱的橫向側(cè)壓力，仰拱循環(huán)進(jìn)尺不大于3 m。通過監(jiān)控量測，圍巖穩(wěn)定后，及時(shí)施作二次襯砌，二次襯砌的厚度為65 cm，之間設(shè)有2 m的過渡段。采用C30抗硫酸鹽混凝土，降低水壓應(yīng)力，加強(qiáng)引排水，加密塑料盲溝，由原設(shè)計(jì)10 m每道環(huán)向塑料盲溝，加密至2 m每道，對水量較大處再增密。

5 結(jié)語

工程實(shí)踐證明:以大管棚和小導(dǎo)管相結(jié)合的超前預(yù)支護(hù)和預(yù)加固措施;上、下臺階法開挖;加強(qiáng)型初支;徑向補(bǔ)強(qiáng)注漿;加強(qiáng)二襯;導(dǎo)管導(dǎo)流降水壓等多種施工措施方法相結(jié)合，處理塌方，是可行有效的。安全、高質(zhì)量的通過了塌方體，使軟塑圍巖得到了加固，圍巖應(yīng)力得以削弱重新分配，為后期施工及運(yùn)營安全提供保障。

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