小浪底引黃工程不良地質(zhì)段塌方處理施工方法

劉志斌

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，主要任務(wù)解決運(yùn)城市五縣區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)及生活用水，年引水量2.47億m3，設(shè)計(jì)流量20 m3/s，灌溉面積4.24萬(wàn) hm2。

其中6號(hào)支洞控制2號(hào)輸水隧洞主洞段20＋250～23＋295，主洞洞身為城門洞型，開挖斷面4.56m×5.68m,設(shè)計(jì)縱坡13000、水深2.97m。6號(hào)支洞位于2號(hào)干線輸水隧洞樁號(hào)21＋095處，支洞與主洞斜交70°，支洞為斜井，長(zhǎng)度592m，坡度7.1°，開挖斷面3.65m×3.2m。

6號(hào)支洞控制的主洞段主要通過(guò)震旦系下統(tǒng)馬家河組（Z1m）安山巖、雞蛋坪組（Z1j）安山巖夾頁(yè)巖、砂巖、灰?guī)r，許山組（Z1x）安山巖夾透鏡狀凝灰?guī)r和頁(yè)巖。巖性堅(jiān)硬性脆，為堅(jiān)硬巖，具氣孔和杏仁狀構(gòu)造，主要為III類圍巖。洞頂圍巖較厚，厚度80～280 m。隧洞底高程位于地下水位以下80～130 m。

2 不良地質(zhì)塌方段斷層地質(zhì)情況

主洞樁號(hào)21＋025處開始出現(xiàn)斷層，斷層構(gòu)造非常發(fā)育，產(chǎn)狀為S70°E/NE∠70°，順主洞走向小角度斜交，斷層帶圍巖破碎，在樁號(hào)20＋984.1處切割安山巖中的凝灰質(zhì)泥巖夾層，使軟質(zhì)泥巖形成碎裂的囊狀體，在開挖過(guò)程中臨空面支撐力不足而塌方。圍巖穩(wěn)定性差，變形破壞嚴(yán)重，對(duì)施工安全和工程質(zhì)量影響很大。

坍塌堆積體為散體狀碎屑巖塊和爐渣狀，碎塊石為灰黑色、灰色、灰綠色、雜色凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)安山巖。粒徑2～60 mm的占50%～60%，60～200 mm的占30%，塊石200～500 mm的約占10%，細(xì)粒約占5%。塊石少，多為碎石級(jí)粒徑。巖石具有斷層角礫巖特征，碎石棱角明顯，其面具有蠟狀光滑感，泥質(zhì)巖被擠壓呈餅狀，輝石具有綠泥石化，呈現(xiàn)灰綠色。

3 施工方案

根據(jù)斷層帶地質(zhì)情況，隧洞斷面尺寸及施工技術(shù)水平等因素綜合考慮，開挖前先對(duì)塌方段隧洞斷面周邊安裝超前導(dǎo)管固結(jié)灌漿形成管棚，使開挖斷面周圍巖體固結(jié)。

3.1 安裝管棚主要方法

在塌方段安裝的第一榀鋼拱架拱頂范圍環(huán)向布置2～3排灌漿鋼管，呈梅花型布置間排距25～30 cm，鋼管直徑42mm、長(zhǎng)度6m、單排管間距20～30 cm，鉆孔角度向外傾斜3°～10°，在灌漿鋼管上設(shè)若干Φ5mm梅花孔進(jìn)行固結(jié)注漿。在坍塌段每安裝1榀鋼拱架設(shè)置一排管棚，當(dāng)穿過(guò)坍塌段斷層帶后，仍用超前導(dǎo)管灌漿，直至圍巖穩(wěn)定地段后，停止該作業(yè)。

3.2 采用留核心土法安裝鋼拱架

灌漿完成24h后將坍塌堆積體上部頂拱部分開挖出來(lái)，采用I16鋼拱架對(duì)頂拱進(jìn)行支撐，拱腳以渣堆作為支撐基礎(chǔ)，在拱腳底部鋪墊I16工字鋼進(jìn)行支墊，以增強(qiáng)鋼拱架的承載力，對(duì)鋼拱架底部和支墊工字鋼用長(zhǎng)度3m的Φ25鋼筋進(jìn)行鎖腳。鋼拱架間距30～80 cm，每安裝一榀鋼拱架，再向前開挖50 cm左右安裝下一榀鋼拱架，鋼拱架之間要用Φ25鋼筋連接。在確保安全的前提下，依次往前進(jìn)行。

3.3 掛網(wǎng)噴漿

管棚搭設(shè)后，掛設(shè)Φ8鋼筋、網(wǎng)格間距為100 mm×100 mm或50 mm×50 mm的鋼筋網(wǎng)片，以保證碎塊不掉落、作業(yè)人員安全為原則，然后噴C20混凝土。

3.4 灌漿

灌漿前先對(duì)塌方與頂拱接觸面2m左右范圍噴混凝土使之封閉。灌漿采用水泥灌漿，水灰比1：1～1：2，同時(shí)添加速凝劑加快漿液凝固速度，灌漿壓力控制在0.2MPa之內(nèi)，加壓應(yīng)由低到高逐漸增加，不可一次增至0.2MPa。對(duì)灌漿量要進(jìn)行控制，當(dāng)灌漿壓力達(dá)到0.2MPa后，穩(wěn)定灌漿10 min或灌不進(jìn)漿液時(shí)方可終止灌漿。每安裝2～3榀管棚，灌漿一次。

3.5 預(yù)留排水孔

灌漿后在洞頂和拱下腳處設(shè)置排水孔，并安裝Φ42鋼管作為排水管，以疏導(dǎo)洞頂空洞內(nèi)積水，減小對(duì)洞頂范圍的壓力，具體位置和深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

3.6 開挖下部坍塌堆積體

完成2～3榀管棚及頂部灌漿24h后，進(jìn)行下部坍塌堆積體開挖。每挖出一榀鋼拱架下部，立即安裝豎向鋼拱架，并鎖穩(wěn)牢固。如果開挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)側(cè)墻有坍塌現(xiàn)象，則在側(cè)墻部位進(jìn)行導(dǎo)管安裝和固結(jié)灌漿，當(dāng)側(cè)墻穩(wěn)定后再依次向前開挖坍塌堆積體、安裝鋼拱架和管棚。若底板特別軟弱時(shí)，則用I16工字鋼形成封閉框架，并澆筑底板混凝土。

每向前開挖1～2m，按照1～6步驟再依次施工，直至圍巖穩(wěn)定為止。然后按照弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)的原則，采用超前錨桿和鋼拱架支護(hù)相結(jié)合的方法進(jìn)行施工。確認(rèn)圍巖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，方可恢復(fù)正常施工。

4 施工中需注意的問(wèn)題

（1）出現(xiàn)塌方后施工準(zhǔn)備要快，人員、材料、設(shè)備要及時(shí)充分，滿足施工強(qiáng)度要求。在最快時(shí)間內(nèi)進(jìn)行塌方段處理，把風(fēng)險(xiǎn)降低到最小。

（2）施工過(guò)程要細(xì)致，塌方段處理時(shí)每一施工工序要環(huán)環(huán)相扣，缺一不可，前后的順序不能錯(cuò)，否則前功盡棄。

（3）排水孔的安裝必不可少，排水孔對(duì)于疏導(dǎo)洞頂空洞內(nèi)積水，減小對(duì)洞頂范圍的壓力，避免二次塌方有很好的作用。

（4）塌方體開挖必須待灌漿完成24h后進(jìn)行，使灌漿形成一定強(qiáng)度。開挖時(shí)按先頂拱后側(cè)墻的順序進(jìn)行施工，盡量少撓動(dòng)，防止周圍巖體強(qiáng)度降低、產(chǎn)生巖塊松動(dòng)，使周圍巖體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易產(chǎn)生二次塌方。鑿除鋼拱架下部外露灌漿凝結(jié)物，必須在其達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行，以防止鋼拱架頂端灌漿凝結(jié)物產(chǎn)生破裂，影響混凝土的整體穩(wěn)定性。

（5）開挖下部時(shí)要先挖一側(cè)，安裝這一側(cè)的豎向鋼拱架，再進(jìn)行另一側(cè)施工。

（6）塌方段處理期間要加強(qiáng)對(duì)洞頂?shù)某两涤^測(cè)和洞側(cè)的收斂觀測(cè)，及時(shí)掌握圍巖變形情況，提前預(yù)測(cè)險(xiǎn)情，以便采取補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于該方案的實(shí)施使隧洞掘進(jìn)順利通過(guò)了塌方段，施工期間未發(fā)生任何質(zhì)量安全事故，為工程不良地質(zhì)段處理提供了值得比對(duì)的事例。