寨子河水庫巖溶地形隧洞開挖冒頂處理方案

張 瑜

(葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

寨子河水庫位于后河左岸一級支流寨子河中游，壩址位于萬源市太平鎮(zhèn)杜家壩村和茶埡鄉(xiāng)磙子坪村境內(nèi)。工程區(qū)處于四川盆地東北部邊緣、大巴山前緣，地勢總體東北高西南低。區(qū)內(nèi)地貌明顯受構(gòu)造、地層巖性及巖溶作用控制，其地貌單元主要為溶蝕侵蝕地貌、侵蝕剝蝕地貌和巖溶地貌三大類型。工區(qū)主要分布有三迭系中統(tǒng)(T2b)、下統(tǒng)(T1j)、(T1d)和二迭系上統(tǒng)(P2)、下統(tǒng)(P1)的碳酸鹽巖類地層。在長期的地質(zhì)歷史和巖溶化作用下，形成了各種形態(tài)的巖溶地貌景觀。右岸灌漿平洞位于大壩右岸壩肩，開挖尺寸為4.8m×4.8m的城門洞型斷面，長度100m。

2 冒頂經(jīng)過

2014年11月23日夜，當掘進施工的大壩右岸灌漿平洞開挖至0+38m處，爆破后發(fā)現(xiàn)洞頂部巖石從層狀灰?guī)r結(jié)構(gòu)變?yōu)槟嘟Y(jié)碎石膠結(jié)結(jié)構(gòu)，決定第二天采用工字型鋼拱架進行支護。當夜頂拱坍塌，坍塌體為泥結(jié)碎石和孤石堆滿隧洞開挖斷面，坍塌穹頂斜向進口方向，兩側(cè)寬度超過隧洞開挖寬度，坍塌穹頂距離洞頂8m，坍塌頂面面積約35m2，洞頂有3處滲水滴漏點，最大水流略成線狀，查勘頂拱面仍為薄層泥膠結(jié)結(jié)構(gòu)，因地質(zhì)未預(yù)測此處存在巖溶地質(zhì)缺陷，因此決定清除坍塌體后再次進行型鋼拱架護頂。

28日夜，洞頂坍塌一塊長約6m寬3m厚2.5m的黑色泥質(zhì)沉積膠結(jié)體，將架設(shè)成型的25#工字型鋼拱架全部砸垮，隨后洞頂不斷地有孤塊石和稀泥膠結(jié)體坍塌，間或有0.5m3左右的泥結(jié)碎石體持續(xù)塌落，人員無法施工，洞頂無法看到基巖。經(jīng)地質(zhì)工程師現(xiàn)場查看后判定，該結(jié)構(gòu)為一巖溶落水洞，洞內(nèi)填充角礫狀崩塌體和淤泥沉積層，頂部情況尚無法判斷，建議采取強支護護頂強進。

3 研究分析

右岸灌漿平洞在招標地質(zhì)情況說明中未提到有巖溶結(jié)構(gòu)和斷層破碎帶，根據(jù)施工的超前地質(zhì)查勘孔，預(yù)計本次坍塌體長度約6m～15m。為確保施工安全，根據(jù)本次隧洞冒頂?shù)默F(xiàn)場情況，按照造成圍巖失穩(wěn)的各種原因，依次對發(fā)生坍塌的洞頂圍巖進行處理。巖溶地區(qū)首先應(yīng)排除地下水，泥結(jié)碎石和薄層泥膠結(jié)結(jié)構(gòu)在地下水的侵蝕下很容易逐步軟化水解導(dǎo)致坍塌;其次鑒于坍塌段長度較短，必須構(gòu)建一個合適的能夠保護人員安全的施工作業(yè)平臺，使施工人員在安全的保護下繼續(xù)施工，搶回失去的工期。該平臺必須能夠移動并延伸至掌子面;第三，因無法判斷頂部圍巖情況，施工中及以后仍然存在洞頂繼續(xù)軟化崩塌的可能。因此必須在洞頂設(shè)置緩沖墊層，防止高處崩塌體直接沖擊人工支撐結(jié)構(gòu)，造成事故;第四，必須重視側(cè)向空腔對圍巖失穩(wěn)和支護結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的重大危害。支護初步形成后，必須第一時間填充支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向空腔。

荷載計算中的選用標準，應(yīng)當按照最大沖擊標準計算。本次方案中，計算取值為出現(xiàn)的最大坍塌體重量，沖擊計算高度為坍塌穹頂至洞頂?shù)母叨?。?jīng)計算選用I25工字型鋼拱架支撐，間距為60cm，可滿足要求。為便于頂進，工字型鋼連接采用Ⅰ14的短工字鋼，間距為1m。

4 處理方案

因坍塌冒頂方向傾向隧洞進口，故首先從下游10m處略斜向掘進方向，采用KQJ100B型鉆機鑿孔穿過落水洞至上方巖層，形成排水通道，阻斷地下水繼續(xù)侵蝕穹頂坍塌體。共施工6孔，孔深分別為25m～34m，施工完成后孔內(nèi)有水流流出，滴漏狀，同時坍塌體處滲水明顯減輕或消失。

其次，需與設(shè)計協(xié)商是否能夠采用聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)，即利用現(xiàn)施工的工字型鋼拱架和設(shè)計的鋼筋混凝土支護聯(lián)合支撐圍巖穩(wěn)定，如可行，則不需超挖。因本工程鋼筋混凝土支護僅40cm，經(jīng)咨詢設(shè)計不能聯(lián)合支撐，故需對坍塌體前約3m長的隧洞開挖斷面略超挖30cm，形成工作平臺。在工作平臺處，依次加工工字型鋼拱架，并依次向前頂進形成臨時支撐;完成后連接成整體，構(gòu)成型鋼棚，形成人員保護平臺;依次將型鋼棚向前頂進，強進施工。

第三，在型鋼架的保護下，回填坍塌體的側(cè)向空腔?；靥羁刹捎脟娀炷?，人工漿砌塊石或澆筑混凝土等，本工程選用了人工漿砌塊石。

施工完成后，洞內(nèi)仍然有少量的坍塌體墜落，但已經(jīng)無法撼動支護結(jié)構(gòu)。人員繼續(xù)在保護的情況下施工，隧洞繼續(xù)向前掘進，跨過約12.7m長的落水洞坍塌體結(jié)構(gòu)后，圍巖結(jié)構(gòu)變?yōu)榛鶐r，于是停止頂推工字型鋼架，采用木捆完善支護結(jié)構(gòu)，及時對開挖斷面外起拱點以下的側(cè)向空腔進行填充封閉，完成坍塌體段的臨時支護施工。

5 結(jié)語

巖溶地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，隧洞開挖中的冒頂是施工中的難點之一，必須采取可靠、快速、安全的方法推進施工。本文闡述了巖溶地區(qū)寨子河水庫右岸灌漿平洞開挖過程中冒頂?shù)慕鉀Q方案，該施工具有簡單快速安全的特點，可供類似工程地質(zhì)情況的工程施工參考。