對(duì)一條破損失修引水隧洞的除險(xiǎn)加固

卿 捷

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院監(jiān)理公司 山西太原 030024）

1 工程情況

某引水隧洞始建于上世紀(jì)70年代。隧洞全長15 km，由1#至4#斜井及主隧洞構(gòu)成。隧洞結(jié)構(gòu)型式為城門洞型，寬2.6 m，高2.36 m，設(shè)計(jì)縱坡為1.5‰，無壓運(yùn)行，設(shè)計(jì)引水流量4 m3/s。引水隧洞經(jīng)過近四十年的運(yùn)行出現(xiàn)大面積塌方、變形等危險(xiǎn)情況，需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固。經(jīng)參建方洞內(nèi)踏勘調(diào)查，可見到圍巖地層巖性的隧洞破壞段可分為以下兩類:

一類為2#至4#斜井間洞段，破壞洞段均僅做了噴混凝土（未見錨桿），可見圍巖巖性基本為淺紫紅色粉砂巖、砂巖夾薄層、中厚層紫紅色泥巖，巖層產(chǎn)狀平緩，發(fā)育有近平行于洞軸線的平直光滑的高角度構(gòu)造節(jié)理。幾處塌方較大處，紫紅色泥巖受地下水的影響均已泥化成泥，且泥化泥巖均位于洞頂拱肩處，加之不利的節(jié)理組合，是導(dǎo)致頂板塌落和側(cè)壁滑塌的主要地質(zhì)因素。

另一類為4#斜井以下至出口段，破壞洞段均做了漿砌石襯砌，可見巖性基本為灰色、灰綠色、綠灰色泥巖，受搶險(xiǎn)臨時(shí)支護(hù)遮擋影響，巖層產(chǎn)狀及節(jié)理發(fā)育總體情況不詳。破壞規(guī)模較2#至4#斜井間洞段要大，其中破壞規(guī)模最大處，可見塌落圍巖破碎嚴(yán)重，破碎巖塊粒徑一般僅0.05～0.3 m，圍巖塌落拱高度約5.0 m。分析圍巖本身巖質(zhì)軟弱、巖體完整性差，是導(dǎo)致頂板塌落、側(cè)壁滑塌、和底板隆破的主要地質(zhì)因素。

2 除險(xiǎn)加固部位的選擇

輸水洞除險(xiǎn)加固施工過程中要充分考慮施工中隧洞作業(yè)空間小、光線差的特點(diǎn)及冒頂塌方風(fēng)險(xiǎn)大等各種不利因素，需要制定嚴(yán)密的安全施工技術(shù)措施。根據(jù)現(xiàn)場查斟情況決定對(duì)引水隧洞損毀較嚴(yán)重的10段5 000 m洞段進(jìn)行加固處理。

3 除險(xiǎn)加固措施

其主要工程內(nèi)容為：清淤、鋼筋混凝土襯砌、鋼拱架支護(hù)、固結(jié)灌漿、回填灌漿等。

3.1 隧洞塌落石方清理及漿砌石拆除

由于引水隧洞出現(xiàn)的多處大面積塌方、變形，造成隧洞淤積，部分地段積水深度達(dá)到2 m以上，首先需要進(jìn)行的是排水、清淤。水位降下去后及時(shí)對(duì)塌落石方進(jìn)行清理和破損漿砌石拆除。

3.2 施工地質(zhì)編錄

施工地質(zhì)主要包括：地質(zhì)編錄、測繪、取樣與試驗(yàn)等。

隨著洞身石方的掘進(jìn)，技術(shù)人員要對(duì)洞身段測繪洞壁地質(zhì)剖面圖和部分橫斷面圖，通過地質(zhì)編錄和測繪，檢驗(yàn)前期地質(zhì)勘察資料，預(yù)測可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題，參考研究圍巖的支護(hù)及堵水處理措施，選取有代表性洞段安排一定數(shù)量的取樣和試驗(yàn)工作，全面搜集圍巖地質(zhì)資料，修訂洞室圍巖分類，核定圍巖的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)。并采用不同圍巖類別洞段代表性巖石標(biāo)本備查。

3.3 施工安全保證措施

1）已經(jīng)塌落的石方直接裝渣運(yùn)至洞外。

2）清理洞頂洞壁危石時(shí)須加強(qiáng)安全防護(hù)，設(shè)安全拱棚；圍巖較差洞段采用隨機(jī)錨桿及進(jìn)行噴錨支護(hù)，開挖一個(gè)循環(huán)后及時(shí)對(duì)開挖斷面和掌子面初噴混凝土封閉，盡快形成拱圈，以保證開挖后的穩(wěn)定；同時(shí)初期支護(hù)應(yīng)盡快封閉成環(huán)，一方面改善其受力條件，另一方面減少拱頂?shù)某两盗?。由于主洞所處地層結(jié)構(gòu)為砂層及砂卵石夾層地層較為松散，為保證后期工作面穩(wěn)定，必要時(shí)設(shè)鋼拱架支護(hù)或進(jìn)行二期混凝土澆筑。

3）洞內(nèi)漿砌石及巖石拆除嚴(yán)禁使用爆破。隧洞清理后及時(shí)進(jìn)行錨桿支護(hù)，做到短進(jìn)尺、快支護(hù)、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、早噴錨、勤觀測，穩(wěn)步前進(jìn)。對(duì)于第三、四段在錨桿支護(hù)、襯砌前要安設(shè)鋼拱架支護(hù)。

4）利用支拱用的工作臺(tái)架，作為臨時(shí)防護(hù)，工作人員在臺(tái)架下施工可以提供安全保障。

5）進(jìn)行石方清理及漿砌石拆除作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場配備專職安全員指導(dǎo)施工，對(duì)發(fā)現(xiàn)的危石、未能引爆的雷管炸藥等安全隱患要及時(shí)排除，必要時(shí)停止施工，確認(rèn)安全隱患排除后再繼續(xù)施工。

3.4 支護(hù)工程

支護(hù)工程主要包括洞身錨桿、錨筋、鋼拱架的施工。部分地段需拆除原木支撐：拆除木支撐前采用20a型工字鋼在原木支撐的基礎(chǔ)上進(jìn)行洞頂、洞壁全支撐，鋼支撐間距視情況為0.5～1.0 m。錨桿為Φ25、伸入基巖2.5 m。

洞內(nèi)支護(hù)與洞身清理交叉進(jìn)行，并應(yīng)在每一開挖循環(huán)完成之后立即進(jìn)行，清理一段，支護(hù)一段。清理的進(jìn)尺根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件確定，圍巖穩(wěn)定性差時(shí)，采取短進(jìn)尺，限制循環(huán)進(jìn)尺。對(duì)圍巖穩(wěn)定性很差洞段，更要及時(shí)支護(hù)，清理后立即噴混凝土封閉巖面，控制圍巖變形，然后立鋼拱架、安裝錨桿、再掛網(wǎng)噴混凝土。對(duì)破碎、松散自穩(wěn)性較差的圍巖，采取超前錨桿或管棚注漿等方法加固巖體后進(jìn)行清理作業(yè)。

1）錨桿施工

引水隧洞除險(xiǎn)加固的錨桿安裝按照隨機(jī)錨桿與固定錨桿相結(jié)合的原則進(jìn)行施工。錨桿施工采用先注漿后插錨桿的方式進(jìn)行，施工程序?yàn)椋呵宄r→噴第一層混凝土→造孔→注漿→插錨桿→待凝。

斜向上及垂直向上的錨桿后注漿法施工程序?yàn)椋簻y量定位→造孔→洗（沖）孔→安裝錨桿→灌注水泥砂漿→檢測。

錨桿的孔深不小于桿體有效長度，且不大于桿體有效長度30 mm，錨桿的端部必須推至眼底，錨桿尾部外露長度不大于30 mm，錨桿孔內(nèi)的巖粉必須吹洗干凈。錨桿孔的軸向偏差不大于5°。拉拔力試驗(yàn)：在施工28 d后隧洞的支護(hù)錨桿，按連續(xù)作業(yè)面每100根錨桿隨機(jī)抽查三根進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)。

錨桿安裝完成后需要逐根編號(hào)，列表匯總，并繪制詳細(xì)錨桿位置圖存檔。

2）初支背后回填灌漿

對(duì)存在的軟弱、破碎圍巖時(shí)，采取間距0.5 m的20a型鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)；施工時(shí)首先在頂拱范圍內(nèi)采取Φ25 mm、L＝4.5 m、間距為0.5 m超前錨桿支護(hù)，錨桿仰角為22°～25°，鋼支撐頂拱與超前錨桿相連，兩側(cè)與系統(tǒng)錨桿連接，縱向采用Φ25間距0.9 m連接筋。進(jìn)洞時(shí)，在完成坡面支護(hù)和鎖口錨桿后，進(jìn)洞前先安裝一榀鋼拱架，鋼拱架緊貼巖面，用錨桿固定，在鋼拱架拱部外緣制安超前錨桿，在鋼支撐和超前錨桿的支護(hù)下，對(duì)原木支撐拆除。在隧道初期支護(hù)成環(huán)后，要及時(shí)對(duì)已成環(huán)的部分進(jìn)行初支背后注漿。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，在初支拱部的背后預(yù)埋注漿管。初支背后注漿漿液采用單液水泥漿，采用分序注漿，先稀后濃，自低向高方式。回填灌漿壓力為0.2～0.3 MPa，在此規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5min即可結(jié)束。

初支背后回填灌漿的目的是填充支護(hù)背后的空隙和加固因施工而被擾動(dòng)的土體，從而減少地層和地表沉降，控制支護(hù)的變形，并作為封堵地下水的一道防線?；靥罟酀{在初支噴混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。

3）鋼拱架加工

鋼拱架在洞外工作臺(tái)上加工，加工前必須抽取試件，經(jīng)過試驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范規(guī)定的力學(xué)性能和工藝性能。

按設(shè)計(jì)加工好鋼拱架的各單元鋼架后，組織試拼，檢查鋼架的尺寸是否合格。平面翹曲允許偏差20 mm。

鋼架每單元加工成型后應(yīng)標(biāo)注類型及單元號(hào)，分類堆放在成品區(qū)并有防雨措施。

型鋼焊接所用的焊條、性能、焊劑的牌號(hào)以及接頭中使用的鋼板要符合有關(guān)規(guī)定。鋼架的焊縫、焊接接頭滿足規(guī)范要求，相鄰型鋼接頭按要求錯(cuò)開。

鋼筋焊接前，由有特種作業(yè)證書的焊工在工地進(jìn)行試焊。并對(duì)試焊型鋼進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后進(jìn)行下一道工序。

4）鋼拱架的安裝

鋼拱架安設(shè)前要檢查掌子面開挖斷面，清除鋼拱架底腳處虛渣，對(duì)欠挖或超挖部分采取墊方木、型鋼或挖除進(jìn)行高差調(diào)整。

鋼拱架加工好編號(hào)，分片運(yùn)至洞內(nèi)拼裝，必要時(shí)進(jìn)行洞外試組裝確保拱架外緣混凝土保護(hù)層厚度，也可在洞外組裝成型后運(yùn)至洞內(nèi)，但要擰緊螺栓。對(duì)鋼拱架和圍巖之間超挖的空隙填設(shè)混凝土墊塊。

鋼拱架校正后，沿拱部將鋼拱架與初噴面楔緊，確保拱架的穩(wěn)定。

當(dāng)存在軟弱、破碎圍巖時(shí)，采取間距0.5 m的20a型鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)；施工時(shí)首先在頂拱范圍內(nèi)采取Φ25 mm、L＝4.5 m、間距為0.5 m超前錨桿支護(hù)，錨桿仰角為22°～25°，鋼支撐頂拱與超前錨桿相連，兩側(cè)與系統(tǒng)錨桿連接，縱向采用Φ25間距0.9 m連接筋。進(jìn)洞時(shí)，在完成坡面支護(hù)和鎖口錨桿后，進(jìn)洞前先安裝一榀鋼拱架，鋼拱架緊貼巖面，用錨桿固定，在鋼拱架拱部外緣制安超前錨桿，在鋼支撐和超前錨桿的支護(hù)下，在對(duì)原木支撐及破損漿砌石拆除。

4 結(jié)論

經(jīng)相關(guān)專家評(píng)審?fù)ㄟ^，充分說明了上述處理加固措施是一種經(jīng)濟(jì)合理、針對(duì)性和適應(yīng)性強(qiáng)的方法，是適宜本工程地下隧洞加固處理的施工處理措施。