模薩溝隧道進(jìn)口塌方空腔回填處理

杜鵬程

摘要：本文通過錦屏二級水電站模薩溝隧道塌方空腔回填處理的成功經(jīng)驗，詳細(xì)介紹了不良地質(zhì)造成較大塌方后形成的空腔部位具體回填處理措施。

關(guān)鍵詞：隧道；塌腔；回填

1 概述

模薩溝隧道進(jìn)口段為風(fēng)化嚴(yán)重的粉末狀碳質(zhì)泥巖，圍巖非常破碎。其中K0+090～K0+117段于2005年2月7日出現(xiàn)了大塌方，塌方后，塌腔右側(cè)形成一個較大的滑移面，塌方面距設(shè)計開挖拱圈最大高差達(dá)17m，塌方長27m，塌方量約為2700m3，至2005年2月12日中午，塌方才停止。為保證模薩溝隧道施工工期，在塌方部位趨于自然拱穩(wěn)定后，經(jīng)現(xiàn)場研究決定，暫對塌腔進(jìn)行噴錨支護(hù)，并將原設(shè)計的素混凝土襯砌改為鋼筋混凝土襯砌，保證隧道施工過程安全。同時，在襯砌混凝土中預(yù)埋Φ110無縫鋼管，確保在完成隧道開挖及圬工施工完成后能順利進(jìn)行塌腔的處理工作。完成隧道施工后，2005年9月23日，在對模薩溝隧道塌方空腔部位鋼筋混凝土襯砌鉆孔時發(fā)現(xiàn)，拱頂出現(xiàn)5～7m松碴堆積體，并伴有滲水現(xiàn)象，且預(yù)埋的Φ110無縫鋼管也全部被堵塌碴封堵。

2 確定處理方案

由于模薩溝隧道是錦屏二級水電站場內(nèi)唯一的出碴通道，洞內(nèi)出碴重車來往頻繁，且受斷層F20影響，巖體破碎，呈弱～強(qiáng)風(fēng)化狀，遇水易軟化、膨脹，遇水膨脹后產(chǎn)生的推力作用在砼襯砌上，使隧道進(jìn)口塌方段直邊墻外表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，形成縱橫交錯裂縫。為確保塌腔處理施工安全及減少對原始支護(hù)的破壞，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過多方論證，決定對模薩溝隧道的塌腔處理采取以下處理措施：

（1）洞內(nèi)直邊墻段采用分序固結(jié)灌漿及錨桿束加強(qiáng)支護(hù)；

（2）塌方空腔部位采用地表灌注純水泥漿及泵送C20混凝土回填。

3 方案實施

圖1 模薩溝隧道塌方處理斷面圖

對塌方段加固具體處理步驟：第一步對K0+085～K0+124段的左、右側(cè)邊墻進(jìn)行加固處理，先固結(jié)灌漿，灌漿深度為9m，灌漿采取Ⅱ序孔、多循環(huán)方法，再采用3Ф25的錨筋束加強(qiáng)支護(hù)，并在邊墻上補(bǔ)打深層排水孔排水減壓，以減小膨脹后的巖體作用在襯砌上的拉應(yīng)力；第二步對K0+090～K0+119段頂拱進(jìn)行砼回填，先對頂部的松散體采用水泥漿進(jìn)行固結(jié)灌漿，然后，掃孔對空腔進(jìn)行C20級砼回填。具體見“圖1 模薩溝隧道塌方處理斷面圖”。

3.1 施工順序

模薩溝隧道進(jìn)口塌方處理采用流水作業(yè)的施工方式。施工順序為：直墻段灌漿、直墻段安裝錨桿束、拱頂灌漿、拱頂回填混凝土、回填拱頂與塌方面接觸灌漿、洞內(nèi)排水孔。

3.2 施工方法與工藝

3.2.1 搭設(shè)腳手架

洞內(nèi)灌漿孔施工平臺采用鋼管扣件式承重腳手架，工作平臺寬3.5～4.0m，鋼管間距1.5m，層高1.5m，鉆機(jī)移動和施工部位鋪5cm厚木板。

腳手架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，保證在施工期間在可能出現(xiàn)的使用荷載（規(guī)定限值）的作用下，不變形、不傾斜、不搖晃。

3.2.2 直墻段固結(jié)灌漿

3.2.2.1直墻段造Φ80孔

在K0+085～K0+124直墻段用潛孔鉆造Φ80灌漿孔。為防止塌孔，造孔、安裝灌漿塞及固結(jié)灌漿共分三次進(jìn)行，造孔深度分別為：3.0m、6.0m、9.0m，第二、三次造孔從原孔鉆進(jìn)為復(fù)孔，造孔間距200cm×150cm，呈梅花型布置。具體見“圖2 直墻段灌漿孔布置圖”。

3.2.2.2直墻段安裝灌漿塞

完成直墻段灌漿孔造孔后，安裝灌漿塞，然后進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿塞安裝要密實，確保灌漿過程中不漏漿。

3.2.2.3直墻段固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿共分三次，首先進(jìn)行3.0m灌漿孔固結(jié)灌漿，終凝后取出灌漿塞從原孔進(jìn)行掃孔，鉆進(jìn)造6.0m灌漿孔，安裝灌漿塞進(jìn)行6.0m灌漿孔固結(jié)灌漿，終凝后取出灌漿塞從原孔進(jìn)行掃孔，鉆進(jìn)造9.0m灌漿孔，安裝灌漿塞進(jìn)行9.0m灌漿孔固結(jié)灌漿，灌漿孔為復(fù)孔。

考慮到固結(jié)灌漿過程中保持壓力平衡及松渣固結(jié)均勻程度，每次固結(jié)灌漿分Ⅰ、Ⅱ序，首先進(jìn)行Ⅰ序固結(jié)灌漿，然后進(jìn)行Ⅱ序固結(jié)灌漿，Ⅰ、Ⅱ序具體順序見直墻段灌漿孔布置圖3。

因塌方段為斷裂層，滲水部位多，灌漿材料采用水泥—水玻璃漿液，以減少終凝時間，加水泥重量1%的早強(qiáng)減水劑。水泥—水玻璃漿液的注漿壓力為0.1～0.3Mpa，當(dāng)回漿比重與進(jìn)漿比重相同時且吸收率小于0.4L/min時，停止注漿。

考慮到邊墻的穩(wěn)定性，在K0+085～K0+124段拱座及邊墻腳增加間距200cm，Φ80灌漿孔。施工工藝同隧道直墻段灌漿。

固結(jié)灌漿完成后，用M20水泥砂漿修復(fù)抹平。

3.2.3直墻段安裝錨桿束

直墻段完成固結(jié)灌漿后，在K0+085～K0+124段施打3Φ25錨桿束孔，為保證該塌方段砼襯砌穩(wěn)定，錨桿束孔從灌漿孔掃孔鉆進(jìn)。錨桿束采用3根Φ25錨桿，L=9.0m，間距200cm×150cm的注漿錨桿束，呈梅花型布置。Φ25注漿錨桿束注漿壓力為0.3Mpa。

3Φ25注漿錨桿束安裝完成后，將錨桿孔口的襯砌砼刻150mm×150mm×50mm的槽，然后再將錨桿外露部位切除，焊接150mm×150mm×10mm的鋼墊板，鋼墊板要緊貼襯砌砼，最后用M20水泥砂漿修復(fù)抹平。

3.2.4拱頂固結(jié)灌漿

3.2.4.1拱頂段造Φ80孔

完成K0+085～K0+124直墻段固結(jié)灌漿后，從隧道內(nèi)在K0+090～K0+117拱頂段用潛孔鉆造Φ80孔。灌漿孔分布在軸線及軸線兩側(cè)，間距為200cm×200cm，呈梅花型布置。具體見“圖3 拱頂灌漿孔布置圖”。

3.2.4.2拱頂段安裝灌漿塞

完成拱頂段灌漿孔造孔后，安裝灌漿塞，然后進(jìn)行固結(jié)灌漿。

3.2.4.3拱頂段固結(jié)注漿

考慮到固結(jié)灌漿過程中保持壓力平衡及松渣固結(jié)均勻程度，每次固結(jié)灌漿分Ⅰ、Ⅱ序，首先進(jìn)行Ⅰ序固結(jié)灌漿，然后進(jìn)行Ⅱ序固結(jié)灌漿，Ⅰ、Ⅱ序具體順序見拱頂段灌漿孔布置圖。

因塌方段為斷裂層，滲水部位多，灌漿材料采用水泥-水玻璃漿液，以減少終凝時間，加水泥重量1%的早強(qiáng)減水劑。水泥-水玻璃漿液的注漿壓力為0.1～0.3Mpa，當(dāng)回漿比重與進(jìn)漿比重相同時且吸收率小于0.4L/min時，停止注漿。

固結(jié)灌漿完成后，用M20水泥砂漿修復(fù)抹平。

3.2.5拱頂回填混凝土

根據(jù)現(xiàn)場實際情況及測量結(jié)果，由于隧道塌方脫空部位高，且進(jìn)行塌方脫空部位混凝土回填時，隧道拱頂已完成了回填、固結(jié)灌漿，如果從隧道洞內(nèi)直接施打、埋設(shè)泵送混凝土管將對原始支護(hù)造成極大破壞。根據(jù)前期觀察及探測，該段拱頂時常有石渣掉落現(xiàn)象，探測拱頂松渣厚度約5m～7m，且將原預(yù)留泵送混凝土管道堵塞。通過分析，決定從隧道塌方部位地表造孔進(jìn)行塌方脫空部位回填混凝土施工。

模薩溝隧道出口塌方段洞頂覆蓋層厚度見“表1 塌方段覆蓋層厚度表”，“圖4 塌方段覆蓋層剖面圖”。

3.2.5.1.1鉆孔前準(zhǔn)備

采用XY-2PCG型地質(zhì)鉆進(jìn)行泵送混凝土管道鉆孔，鉆孔前應(yīng)對鉆孔機(jī)具進(jìn)行全面檢查，包括鉆機(jī)機(jī)械部份和液壓部份，以保證鉆孔時鉆機(jī)正常工作、無異常事故發(fā)生，從而加強(qiáng)鉆進(jìn)效率。

3.2.5.1.2鉆機(jī)定位

方向定位：利用鉆機(jī)專用鉆塔定位，鉆機(jī)立軸確保與孔位垂直；

加固鉆機(jī)：為保證鉆孔時鉆機(jī)穩(wěn)固，確保鉆孔精確，在鉆塔下墊枕木減振、固定。

3.2.5.1.3開孔

開孔時必須校正鉆機(jī)立軸，使之與孔位垂直。開孔時要求低轉(zhuǎn)速、低鉆壓，以保證成孔垂直度的精確。

3.2.5.1.4跟管鉆進(jìn)

由于該段地質(zhì)復(fù)雜，在鉆孔過程中易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，因此施工中采用鉆進(jìn)跟管式鉆進(jìn)方式（即下套管）。鉆孔孔徑為Φ150，套管采用無縫鋼管。

3.2.5.1.5 XY-2PCG型地質(zhì)鉆成孔方式

鉆孔過程中，采用套管跟管護(hù)壁，直到孔底。具體施工過程中采用Φ130鉆具在Φ150套管內(nèi)鉆取巖芯，鉆具每鉆進(jìn)0.5m～1.0m套管必須跟進(jìn)0.5m～1.0m，確保鉆進(jìn)過程中不出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

3.2.5.1.6地質(zhì)取芯

根據(jù)現(xiàn)場鉆孔實際情況進(jìn)行塌方段拱頂?shù)刭|(zhì)取芯，取芯采用Φ130鉆具在Φ150套管內(nèi)鉆取巖芯，鉆具鉆進(jìn)0.5m～1.0m后，在下套管時進(jìn)行地質(zhì)取芯，取芯樣品采用木制箱子放置，做好地質(zhì)編錄，完成鉆孔后根據(jù)地質(zhì)編錄情況做地質(zhì)柱狀圖進(jìn)行地質(zhì)描述。

3.2.5.2安裝輸砼鋼管

直接采用Φ150套管做為泵送混凝土預(yù)埋管，并確保管道暢通，預(yù)埋管應(yīng)距離隧道塌方段回填灌漿部位頂部2.0m，保證回填混凝土施工質(zhì)量。

3.2.5.3分層泵送混凝土

泵送混凝土采用塌落度為17m～18cm的C20混凝土，C20泵送混凝土配比為水泥：砂：碎石：水=1：2.02：3.57：0.57，減水劑摻量為0.7%（采用C25泵送混凝土配比配置C20泵送混凝土）。

泵送混凝土應(yīng)根據(jù)配合比計算出的每盤材料用量嚴(yán)格控制，制漿時應(yīng)先潤濕攪拌桶后加入配比材料，然后開始攪拌，最后再加外加劑，必須保證攪拌均勻，混凝土泵送過程中要及時做好全面記錄，并取樣，避免發(fā)生堵管現(xiàn)象。

考慮到原襯砌砼的承壓有限及受力均勻，泵送混凝土采用分層泵送法，要求對12個泵送孔進(jìn)行均衡泵送、分層回填，每個泵送孔C20混凝土自流半徑為3.0m，每層回填厚度不超過2.0m。

混凝土泵送過程中，每回填一層將泵送混凝土管向上提2.0m，確保每層回填混凝土厚度為2.0m及保證回填混凝土質(zhì)量。

3.2.6回填拱頂與塌方面接觸灌漿

考慮到泵送混凝土完成后，由于混凝土水化過程中發(fā)生收縮變形，混凝土回填面與塌方面存在一定空腔，故需對回填拱頂與塌方面進(jìn)行接觸灌漿，接觸灌漿直接從洞頂泵送混凝土管道孔灌漿。

完成回填拱頂與塌方面接觸灌漿后，將泵送混凝土管道孔用混凝土填實。

3.2.7隧道排水

塌方回填處理完成后，考慮到隧道原滲漏水部位滲水壓力大，隧道塌方段抗?jié)B能力差，需進(jìn)行隧道的排水處理，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，擬采用半壁管引水法，具體施工方法是：

首先將二次砼襯砌表面有水部位擦干，找出滲水點，以此向下鑿一個暗槽（一般深度、寬度均不小于5cm）至邊墻水溝，埋塑料半壁管，再用水泥-水玻璃膠泥抹平至污工表面（調(diào)配好配合比，盡量和混凝土污工表面顏色一致），將隧道滲漏水通過半壁管引至邊墻排水溝內(nèi)，達(dá)到排水目的。

4塌方處理結(jié)果

在對模薩溝隧道進(jìn)口段塌方處理過程中，通過洞內(nèi)監(jiān)控量測、地表鉆孔等返回數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)基本吻合，泵送混凝土實際方量與理論計算方量一致，有力說明了該方案實施的正確性。

隧道塌腔處理完成后持續(xù)了兩個多月的收斂監(jiān)測中，未發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有任何的變形。因此證明了在實際施工生產(chǎn)中采用以上方案處理隧道塌腔是安全、穩(wěn)定和有效的。

5結(jié)語

以上措施是應(yīng)用到工程事例中，并取得良好效果的一個施工方法。根據(jù)以往經(jīng)驗，在隧道的施工過程中，由于地質(zhì)原因，不可避免要造成塌方等事故，我們針對隧道塌方空腔處理基本處理方法是：加強(qiáng)噴錨支護(hù)、做拱上拱支護(hù)和增加二次支護(hù)參數(shù)來確保隧道安全。如果在圍巖較差，且隧道埋深較淺，以上方法只能暫時對隧道起到加固作用，在隧道的長期運(yùn)營過程中，無法從根本上消除安全隱患。因此，我們要在實踐過程中不斷的摸索新的、好的和有效的施工方法，保證我們的施工質(zhì)量和信譽(yù)得到更進(jìn)一步的提高。