上酬9#引水隧洞下游段塌方處理方案

周臻睿

(福建省南平市建陽區(qū)麻沙鎮(zhèn)三農(nóng)服務(wù)中心(水利站)，福建 南平 354200)

1 工程概況

閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置(麻陽溪引水)工程位于南平市武夷新區(qū)，工程開發(fā)的主要任務(wù)為供水。工程最大日供水規(guī)模為27萬t，取水口位于雷公口二級電站尾水，通過引水系統(tǒng)輸水至擬建武夷新區(qū)將口水廠，引水系統(tǒng)總長50.826km，其中隧洞長43.463km，輸水管道長7.363km。為改善工程取水水質(zhì)及配套引水水量，將雷公口水庫進(jìn)水口改造為分層取水口，并在雷公口一級電站處增設(shè)一臺供水機組，裝機容量3200kW，并對雷公口二級電站引水明渠進(jìn)行防護(hù)改造。

2 塌方段塌方情況

2017年6月10日，上酬9#隧洞下游進(jìn)口掌子面開挖至樁號D91+164時，在施工鎖腳錨桿過程中，頂部出現(xiàn)局部掉塊，導(dǎo)致鋼拱架下沉，深度約0.2cm，現(xiàn)場施工人員停止施工并撤離掌子面，約半小時掌子面塌方，塌方造成超前注漿小導(dǎo)管及5榀鋼拱架壓毀，除洞身外目測塌方處形成開口高7m、寬5m、深度超過5m的空腔，塌方形成上大下下小口袋型，塌方量約為210m3拱頂已暫時穩(wěn)定。6月11日，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位四方查看現(xiàn)場后形成了該塌方段處理方案：塌方渣土清理后，對工作面及塌方處進(jìn)行噴C30混凝土厚10cm進(jìn)行封閉，采用(Ⅰ16工字鋼)拱架，間距加密至0.3cm每榀，架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位，加密連接鋼筋、鎖腳錨桿，待通過塌方段拱頂空腔處回填C25混凝土。項目部按照該方案對塌方段進(jìn)行了處理,6月11日至14日，施工隊已支護(hù)好3榀拱架后，6月15日至17日，施工隊繼續(xù)往前D91+166處支護(hù)拱架時，施工過程中再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，將已經(jīng)支立好的三榀工字鋼砸毀，在6月18日，項目部清理好現(xiàn)場，按原定方案重新支護(hù)。6月19日早晨，項目部工人正在準(zhǔn)備加固拱架時，掌子面再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，塌方高12m、寬8m、深度超過7m，到6月23日上午，業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位四方查看現(xiàn)場時塌方體還在繼續(xù)垮塌，掌子面已被渣土封堵，經(jīng)過四方察看現(xiàn)場決定對塌方進(jìn)行變更處理，要求項目部停止施工。

經(jīng)浙江省水電建筑安裝有限公司(施工單位)閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段項目部現(xiàn)場勘察并繪制成圖(圖1、圖2)，塌方高達(dá)到12m，塌方范圍為D91+164至D91+157。

圖1 塌方縱剖面圖

圖2 塌方橫剖面圖

3 塌方段的塌方原因分析

事后對閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段上酬9#隧洞下游進(jìn)口D91++164至D91+157塌方段塌方的原因進(jìn)行了分析，其原因為：

1)地質(zhì)因素：閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段上酬9#隧洞下游進(jìn)口D91++164至D91+157塌方段地層為全風(fēng)化泥砂巖，巖質(zhì)松散易碎，圍巖自穩(wěn)能力極差，洞身滲水，洞底積水，基礎(chǔ)遇水軟化，承載力下降，由于拱頂塌方引起拱架下沉，造成掌子面塌方。

2)施工原因：主要是首次塌方時，項目部在采取支護(hù)措施時，來不及及時有效的支護(hù)，從而導(dǎo)致塌方的擴(kuò)大。

4 塌方段的塌方搶險處理

根據(jù)閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段上酬9#隧洞下游進(jìn)口D91++164至D91+157塌方段的塌方情況和塌方原因，認(rèn)為本次塌方需要分別對受塌方影響的初期支護(hù)地段和塌方體分別進(jìn)行處理，處理分為兩步進(jìn)行：第一步對受塌方影響的初期支護(hù)地段進(jìn)行加固處理；笫二步對塌方體進(jìn)行搶險處理。

4.1 塌方段塌方受影響段加固處理措施

為防止洞口段已支護(hù)好的拱架下沉變形，對洞口支護(hù)地段采取了如下加固措施：

1)對樁號D91+175至D91+164段初期支護(hù)進(jìn)行加固，在初期支護(hù)橫斷面打φ42×3.5 mm徑向注漿小導(dǎo)管(L=3.0m)，呈梅花型布置，間距為1m×1 m(圖3)。施工后及時注漿以加固圍巖或松散渣體，防止洞室周圍圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展。

2)掌子面小導(dǎo)管注漿前先噴20cm厚度的C30混凝土封閉掌子面，并根據(jù)需要打?qū)Ч茴A(yù)注漿固結(jié)松散渣體。

圖3 徑向小導(dǎo)管注漿加固

4.2 塌方段塌方整治總體方案

閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段上酬9#隧洞下游進(jìn)口D91++164至D91+157 塌方段空腔較大(高度約12m，不含隧洞高度)，塌方體不對稱，右側(cè)空腔較大。在處理、加固好未塌方段后，在保證安全的前提條件下，按照下列方案和工藝過程進(jìn)行塌方段處理。

1)浙江省水電建筑安裝有限公司(施工單位)閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段項目部加強對塌方段的勘測，對洞周、塌方范圍進(jìn)行定時、定位的觀測，滲水量變化，滲水中的渾濁度及帶出的顆粒變化的觀測，隨時掌握塌方體動向。同時，實時分析反饋回的塌方動向信息，根據(jù)分析及時修正和完善后續(xù)搶險方案，提供準(zhǔn)確的補救措施。施工過程中派專人進(jìn)行觀察，一旦有再次塌方跡象，施工人員立即撤到安全地帶，保證施工過程中安全施工。

2)在塌方體表面噴一層20 cm厚的C30早強混凝土將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。

3)在塌方體表面根據(jù)情況打入φ42mm小導(dǎo)管，原則上間距為1 m，呈梅花型布置，導(dǎo)管長為6m，注水泥漿以固結(jié)塌方體，對塌方體的導(dǎo)管注漿逐級跟進(jìn)。

4)在掌子面輪廓線處施打φ42 mm小導(dǎo)管，環(huán)向間距為5cm、外插角為5°、長度為4m，小導(dǎo)管縱向排距為1m，布置范圍為拱頂180°，并壓漿固結(jié)周圍巖，注漿壓力為0．5-1．5 MPa，注漿前對掌子面噴射20cm厚度C30混凝土封閉。

5)逐段清除塌方體并開挖到設(shè)計輪廓線后，隨即噴射5cm混凝土，采用鋼拱架(I16工字鋼)密排安裝至掌子面(間距最大不超過30cm)，采用φ25縱向連接筋，環(huán)向間距0.5m。并用錨桿鎖腳。鋼拱架設(shè)后立即復(fù)噴到位。

6)待閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段上酬9#隧洞下游進(jìn)口D91++164至D91+157塌方段開挖和臨時支護(hù)完成后，用泵送混凝土導(dǎo)管對上酬9#隧洞下游進(jìn)口D91++164至D91+157塌方段上方空腔進(jìn)行泵送C25混凝土回填，泵送前事先預(yù)埋泵送混凝土管及透氣管，泵送混凝土到離拱頂11m高度時停止泵送混凝土。為了更快、更好、更安全的完成處理任務(wù)，在此次泵送混凝土需要分4次進(jìn)行，每次泵送都需在上次泵送混凝土完全固結(jié)后，方可進(jìn)行下一次泵送。第一次泵送混凝土到離拱頂1.5 m高度時停止泵送，第二次泵送混凝土離拱頂4m高度時停止泵送，第三次泵送混凝土離拱頂7m高度時停止泵送，第四次泵送混凝土直至設(shè)計高度，泵送混凝土的具體數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場確定，待最后一次混凝土固結(jié)后，方可進(jìn)行下一道工序。

7)處理完塌方段后下次掘進(jìn)，每次進(jìn)尺控制在0.5-1m內(nèi)，開挖后隨即噴射5cm混凝土封閉巖面，架設(shè)鋼拱架(I16工字鋼)，鋼架間距為50 cm，并施作好鎖腳錨桿、連接筋，鋼拱架架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位，由于地下水豐富，洞底基礎(chǔ)為軟基，洞底采用碎石墊層(厚40cm)C25混凝土硬化(厚20cm)，每一循環(huán)進(jìn)尺洞底硬化及時跟進(jìn)，考慮混凝土凝固時間長為便于施工及加快施工進(jìn)度在混凝土面上加一層鋼板(厚16mm)。

小導(dǎo)管布置見圖4和圖5。

5 塌方段塌方處理的施工要求

1)浙江省水電建筑安裝有限公司(施工單位)閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段項目部一定要24小時輪流值班，做好應(yīng)急處理方案，如有遇到突發(fā)事件，立即按應(yīng)急處理方案采取措施。

2)浙江省水電建筑安裝有限公司閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段項目部要加強勘測并及時匯報，勘測頻率按2 h/次，待變形基本控制住后可以勘測按4 h/次，對勘測的結(jié)果及時向業(yè)主駐點代表和監(jiān)理部匯報監(jiān)控結(jié)果。

3)浙江省水電建筑安裝有限公司閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段項目部應(yīng)以安全為重，防止疲勞作業(yè)，必須采用每天4班工作制，安全員和現(xiàn)場施工人員應(yīng)隨時注意觀察圍巖變化。若有突變，所有人員必須立即撤離現(xiàn)場。

4)浙江省水電建筑安裝有限公司閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段項目部應(yīng)加快處理速度，以減少塌方的進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖4 塌方處理示意圖

圖5 初期支護(hù)斷面圖

6 經(jīng)驗小結(jié)

閩北蘇區(qū)建陽區(qū)水資源配置工程C4標(biāo)段上酬9#引水隧洞下游段塌方按上述處理方案處理后較穩(wěn)定，本次處理方案的選擇遵循了安全性、可操作性強、靈活性好、具有可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性強等原則。通過運用上述方法，實現(xiàn)了塌方洞段處理效果好、施工進(jìn)度快、工程成本低，安全性高的效果。該段塌方處理后經(jīng)施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位、業(yè)主單位聯(lián)合進(jìn)行打孔勘測認(rèn)為達(dá)到方案要求，一致認(rèn)定是穩(wěn)定的。對今后類似的隧洞塌方處理提供了借鑒，在今后的引水隧洞工程施工中，應(yīng)加強地質(zhì)超前預(yù)探工作，對隧洞的圍巖進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，提前做好塌方的應(yīng)急預(yù)備方案，防止大面積塌方的發(fā)生。對處理過程中總結(jié)成功的經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)上升到為今后類似工程指導(dǎo)施工。