小浪底引黃工程2#主洞段施工地質(zhì)預(yù)報及塌方處理措施

趙成榮

（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城市，北依呂梁山與臨汾市接壤，東峙中條山和晉城市毗鄰，西、南與陜西省渭南市、河南省三門峽市隔黃河相望。工程總體走勢為東南～西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。其任務(wù)是解決山西省運城市的鹽湖區(qū)、夏縣、聞喜縣、絳縣、垣曲縣五縣農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水問題。年引水量為2.47億m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉1.16億m3，工業(yè)及城鎮(zhèn)生活供水1.16億m3，生態(tài)用水0.15億m3，設(shè)計流量20 m3/s，灌溉面積4.24萬hm2。引水干線起始于垣曲縣境內(nèi)板澗河河口右岸的小浪底水庫庫區(qū)，終止于聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫，總長度59.6km。其中2#主洞段從樁號23＋295～26＋860，長度3.565km由山西省水利建筑工程局采用鉆爆法施工。

2 水文地質(zhì)

2#主洞線上有多條斷層，該洞段穿過地層為震旦系下統(tǒng)許山組（Z1X）安山巖夾透鏡狀凝灰?guī)r和頁巖，巖性堅硬性脆，一般為堅硬巖，具有氣孔和杏仁狀構(gòu)造。部分地段為凝灰質(zhì)泥巖。在F19斷層破碎帶圍巖主要為礫巖、角礫巖夾石英巖，巖體總體透水性、富水性較好，斷層帶兩側(cè)及接觸帶可能形成富水帶，可能產(chǎn)生突水、突泥現(xiàn)象。

3 隧洞地質(zhì)預(yù)報

3.1 圖紙預(yù)測

2#主洞上游主要通過震旦系下統(tǒng)馬家河組（Z1m）安山巖，雞蛋坪組（Z1j）安山巖夾頁巖、砂巖、灰?guī)r，許山組（Z1x）安山巖夾透鏡狀凝灰?guī)r和頁巖具有氣孔和杏仁狀構(gòu)造。本隧洞位于地下水位80～130 m，地下水主要賦存于隧洞段表層風(fēng)化帶，地下水類型主要為巖漿巖類裂隙水，下部微風(fēng)化及新鮮基巖為相對隔水層。隧洞圍巖主要位于新鮮巖層內(nèi)，透水性總體較弱。施工可能存在滲水或少量涌水現(xiàn)象，局部裂隙發(fā)育和巖組接觸帶段可能存在涌水問題。

2#主洞下游主要通過震旦系下統(tǒng)擔(dān)山石組（Z1d）角礫狀礫巖、礫巖、石英巖夾頁巖，礫石成分主要為大理巖，25＋300～25＋350段為震旦系下統(tǒng)擔(dān)山石組與中條群余家山組的角度不整合接觸帶。總體按Ⅳ類圍堰考慮規(guī)模較大的變形和破壞可能發(fā)生。隧洞底高程位于地下水位以下，圍巖主要為礫巖、角礫巖夾石英巖，巖體總體透水性、富水性較好，施工中在斷層帶處可能產(chǎn)生突水、突泥現(xiàn)象，宜引起重視。

對洞段地質(zhì)結(jié)合地質(zhì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場勘測，確定圍巖類別。然后針對不同的圍巖采取不同的施工方案。對Ⅲ類圍巖，素噴C20混凝土厚度為80 mm；對于Ⅳ圍巖，打系統(tǒng)錨桿及掛網(wǎng)素噴C20混凝土厚度為100 mm噴護(hù)；對于Ⅴ類圍巖，打系統(tǒng)錨桿、鋼拱架支護(hù)、掛網(wǎng)、噴C20混凝土厚度為120 mm噴護(hù)。

3.2 鉆孔預(yù)測

用YT-28氣腿式風(fēng)鉆鉆孔，進(jìn)行超前鉆探，即在掌子面沿洞軸線方向鉆2～3個6m的孔預(yù)測前方巖石好壞。然后進(jìn)行弱爆破、短進(jìn)尺、強支護(hù)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重塌方。

1）如果鉆孔時鉆機(jī)聲音渾亮，巖粉排出順利，說明此處巖石可以，可以進(jìn)行正常施工。

2）如果鉆孔時鉆桿拔不出，且?guī)r粉不能順利排出，說明此處圍巖極差要進(jìn)行弱爆破、短進(jìn)尺、強支護(hù)，縮短循環(huán)時間，盡快形成支護(hù)封閉結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重塌方。

3）如果鉆孔時孔內(nèi)有水噴出，這時要考慮巖溶水或裂隙水的存在，對孔內(nèi)出水量要嚴(yán)加注意。如果水量加大，要考慮涌水、突水的可能；對洞內(nèi)滲水也要勤觀察多注意，洞頂如果出現(xiàn)少量不均勻滲水，屬于正?，F(xiàn)象；如果出現(xiàn)大面積滲水且滲水形成水珠懸于洞頂似掉非掉，就要考慮洞頂有巖溶水或突泥存在的可能；如果出水變得混濁，說明洞內(nèi)圍巖在不斷坍塌；如果出水由混濁變清，說明坍塌基本穩(wěn)定。這時就要及時采取排水措施，不得進(jìn)行爆破開挖，避免突水、突泥事故發(fā)生。在可能發(fā)生涌水、涌泥的洞段，按“早探明、預(yù)注漿、快封閉，堵排結(jié)合，節(jié)制排放”的原則進(jìn)行施工。隧洞涌水量可能較大，同時隧洞排水也易引起地下水環(huán)境問題，建議對此洞段施工時對地下水采取封堵措施，而盡量不采取排的方式，以減少或避免對泉域地下水環(huán)境的影響，發(fā)生重力坍塌可能性較大。

3.3 專家預(yù)測

采取有經(jīng)驗的地質(zhì)工程師跟班判斷再加以超前探測的方法，準(zhǔn)確預(yù)報前方地質(zhì)情況，按“早探明、預(yù)注漿、快封閉，堵排結(jié)合，節(jié)制排放”的原則進(jìn)行施工。

4 塌方處理

鉆爆法施工洞段支護(hù)工程主要包括砂漿錨桿、鋼筋掛網(wǎng)、鋼拱架、噴混凝土、超前小導(dǎo)管及注漿的施工。

4.1 塌方處理施工具體措施

4.1.1 砂漿錨桿施工

水平方向及斜向下的錨桿采用先注漿后插錨桿的方式進(jìn)行，其施工程序為：清除危巖→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采用后注漿法施工，其程序為：測量定位→造孔→洗（沖）孔→安裝錨桿→灌注水泥砂漿→檢測。

4.1.2 鋼筋掛網(wǎng)噴混凝土施工

鋼筋掛網(wǎng)噴混凝土施工程序為：初噴混凝土→錨桿→掛鋼筋網(wǎng)→標(biāo)識噴混凝土厚度→第二次噴混凝土至設(shè)計厚度。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，保證人員安全，然后噴C20混凝土。

4.1.3 鋼拱架支撐施工

鋼拱架支撐施工程序為：根據(jù)設(shè)計形式在鋼筋廠放樣并分段加工→型鋼支撐拼裝→型鋼支撐固定。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φ42mm，長度6m，單排管間距20～30 cm。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，順利穿過坍塌段后，仍用超前導(dǎo)管灌漿，直至圍巖穩(wěn)定。

4.1.4 超前小導(dǎo)管及注漿施工

超前小導(dǎo)管及注漿施工程序為：鉆孔→超前小導(dǎo)管安插→注漿→待凝。

根據(jù)本工程條件，鋼拱架支撐好后進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土，然后對拱頂部位采用水泥注漿，水灰比1∶1～1∶2，同時添加速凝劑加快漿液凝結(jié)速度，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。當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.2MPa后，穩(wěn)定注漿10 min或注不進(jìn)漿液時方可終止注漿。

4.2 突水、突泥的塌方處理。

施工中，V類圍巖容易出現(xiàn)塌方，對于已經(jīng)出現(xiàn)的小型自然塌方，要盡快采取有效措施及時制止事態(tài)再次擴(kuò)大。對于未出現(xiàn)的塌方，要及時對掌子面進(jìn)行混凝土素噴，然后在塌方處打隨機(jī)錨桿，再用鋼拱架支護(hù)，鋼拱架大小視情況而定，一般用I16或I20進(jìn)行支護(hù)，具體處理方法有以下幾種：

4.2.1 打超前小導(dǎo)管進(jìn)行固結(jié)灌漿

超前小導(dǎo)管用長度5m壁厚3mm的φ42熱軋鋼管，灌漿壓力0.4MPa，漿液比及其水灰比一般為1∶1、0.8∶1、0.6（或 0.5）∶1，遇斷層和溶洞中充填土，則應(yīng)采用濃一級的水灰比起灌，并摻入XPM減水劑。灌漿方法采用孔口封閉、孔底循環(huán)灌漿法。灌漿時，當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率平均減少；或者注入率不變壓力均勻升高時，灌漿工作持續(xù)下去，不得改變水灰比。當(dāng)灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯，可改濃一級灌注。灌漿過程中，由于改變水灰比而使灌漿壓力突增或注入率突減應(yīng)立即查明原因，隨時調(diào)整。在設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min，繼續(xù)灌注60 min；或不大于1.0 L/min，繼續(xù)灌注90 min，可結(jié)束灌漿工作。固結(jié)灌漿采用機(jī)械壓漿封孔，利用原灌漿管灌入水灰比為0.5∶1的濃漿，采用1.0 MPa的灌漿壓力，有外水壓洞段，應(yīng)增大灌漿壓力，當(dāng)注入率不大于1.0 L/min，延續(xù)30 min停止?？卓谑Ｓ嗖糠珠L度如大于1m采用壓漿法繼續(xù)封孔，如小于1m可用微膨脹水泥砂漿或聚合物砂漿人工封堵密實。

4.2.2 打管篷

用2英寸鋼管制作，長度為5m，間距均為20～30 cm，排距為50 cm左右，梅花形布置。如果有突泥現(xiàn)象管篷上方有空隙處要加鋪加密網(wǎng)片（網(wǎng)片用φ8的圓鋼制作，網(wǎng)格為50 mm×50 mm），網(wǎng)片與管篷要焊接牢固。

4.2.3 打排水孔

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)洞頂積水，減小對洞頂范圍的壓力，從而達(dá)到卸載的目的。

4.2.4 打6m鉆桿當(dāng)管篷

雖然感覺好像是代價高，但這種方法可以縮短循環(huán)時間，使塌方快速通過，避免二次塌方，總體來說比較經(jīng)濟(jì)實惠。