隧洞開挖塌腔處理安全措施

（沈陽興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，遼寧沈陽110006）

隧洞開挖塌腔處理安全措施

董冰

（沈陽興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，遼寧沈陽110006）

隧洞開挖過程中圍巖塌方是常發(fā)生的事情，塌方后如何迅速妥善處理，保證后續(xù)安全施工十分關(guān)鍵。本文詳細(xì)論述了大伙房水庫輸水工程10號(hào)主洞開挖過程中出現(xiàn)了大斷面塌腔情況，對塌腔原因進(jìn)行了分析，論述了塌腔處理詳細(xì)措施，為類似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

隧洞；塌腔；處理措施；大伙房水庫輸水工程

大伙房水庫輸水工程源頭位于遼寧東部桓仁縣境內(nèi)，工程包括取水頭部、輸水隧洞和輸水明渠等工程。隧洞開挖及襯砌斷面為馬蹄形，成洞斷面直徑為7.28m。塌腔段隧洞巖體厚2.9～8.5m，屬于淺埋洞段，以強(qiáng)風(fēng)化巖為主，圍巖類別均為Ⅴ類。隧洞開挖過程中圍巖塌方是常發(fā)生的事情，塌方后如何迅速妥善處理，保證后續(xù)安全施工十分關(guān)鍵。

1 現(xiàn)場塌腔情況

10號(hào)主洞上游塌腔處當(dāng)時(shí)正在型鋼拱架安裝，掌子面左側(cè)拱頂處突然發(fā)生巖塊滑層現(xiàn)象，在極短時(shí)間內(nèi)形成大空腔，最大深度達(dá)到4m?；涞膸r體將施工臺(tái)架掩埋，開挖工作面全部被塌方堵住。隨后在噴混凝土搶險(xiǎn)處理過程中，該處仍不斷有石塊掉落現(xiàn)象。

2 塌方產(chǎn)生原因分析

10號(hào)洞主洞上游開挖洞段正處渾河斷裂帶內(nèi)，圍巖破碎，巖性以凝灰質(zhì)砂巖為主，弱風(fēng)化，圍巖類別為Ⅴ類，節(jié)理極發(fā)育，節(jié)理面平直光滑并且相互切割，導(dǎo)致圍巖形成塊狀結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體裂隙間夾泥，多見斷層泥及擦痕等構(gòu)造痕跡，穩(wěn)定性極差，斷層泥交錯(cuò)填充，泥質(zhì)厚度約20 cm，在地下水作用下導(dǎo)致巖體滑層的突變，最終導(dǎo)致坍塌。

3 塌腔處理方案

塌腔處理流程：按照初噴混凝土封閉掌子面→局部欠挖處理→立拱架→超前小導(dǎo)管支護(hù)→噴射混凝土→拱部回灌混凝土的施工順序進(jìn)行處理。

首先對掌子面及塌腔體進(jìn)行初噴C30混凝土厚20 cm，然后在開挖斷面完好處開始并排支立兩榀臨時(shí)拱（H150型鋼拱架），然后在拱架背后橫穿15根H150型鋼6.5m，間距40cm均勻布置，另一側(cè)頂至圍巖面上，型鋼背后焊接φ8鋼筋網(wǎng)片，形成“棚式”結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 臨時(shí)拱架支護(hù)圖

然后再進(jìn)行噴護(hù)形成外殼，待圍巖穩(wěn)定后，再在棚架下面支立3榀鋼拱架并進(jìn)行噴漿支護(hù)，厚20cm。由于塌腔較大，為防止在回填混凝土?xí)r搭做棚式拱架出現(xiàn)變形，待初支強(qiáng)度滿足要求后，采用洞渣對掌子面進(jìn)行回填形成反壓，一方面防止掌子面圍巖繼續(xù)失穩(wěn)，另一方面對棚式結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固并形成地模，靠近拱頂處回填60cm厚的細(xì)砂，并預(yù)留灌漿管，回填渣體外側(cè)全部采用噴射厚度15cm的C30混凝土進(jìn)行封閉，最后采用泵送混凝土對整個(gè)拱頂塌腔進(jìn)行回填。

3.1 封閉掌子面

對掌子面、滑層部位噴射厚20cm的C30混凝土,噴混凝土?xí)r，要將掌子面圍巖完全封閉，減少圍巖外露時(shí)間，提高其自穩(wěn)性。

3.2 堆碴反壓、施工回填地模

為防止掌子面圍巖繼續(xù)失穩(wěn)，首先在支護(hù)完成的拱架內(nèi)部再并排支立兩榀型鋼拱架，然后拱架背后穿插15根長6.5m的H150型鋼，環(huán)向間距40cm，背后焊接φ8鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)片間距20cm×20cm），然后再用洞渣對掌子面進(jìn)行回填施作地模，對掌子面形成反壓。具體如圖2所示。

圖2 掌子面坍塌處理示意圖

3.3 對回填渣體進(jìn)行噴漿封閉

渣體及沙袋回填完畢后，對整個(gè)渣體進(jìn)行噴漿封閉，噴射C30混凝土厚15cm，防止在回填施工過程中，回填漿液流失及堆渣體滑落傷人。

3.4 塌腔回填

整個(gè)塌腔回填采用泵送混凝土回填，回填分2次進(jìn)行，第一次回填混凝土厚度為1m,混凝土坍落度適當(dāng)放大，增加混凝土流動(dòng)性，以便能填充整個(gè)空隙，待初凝后，再進(jìn)行第二次回填，直至溢漿孔溢漿為止。

3.5 加強(qiáng)監(jiān)控量測

塌方處理過程中，加強(qiáng)圍巖監(jiān)測頻率，每天一次，密切關(guān)注并分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。量測斷面加密，調(diào)整為2m一個(gè)斷面。及時(shí)反饋監(jiān)測信息，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，直至各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后方可進(jìn)行掌子面開挖。

4 后續(xù)施工方案

為確保前方安全，穩(wěn)妥掘進(jìn)，后續(xù)開挖先進(jìn)行超前地質(zhì)探孔，然后采用超前大管棚注漿+超前周邊帷幕注漿進(jìn)行超前支護(hù)，再進(jìn)行洞身開挖。根據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料，該段屬軟弱圍巖淺埋段，施工時(shí)嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則組織施工。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)圍巖情況，在掌子面附近安全處開始施做管棚工作室，其縱向長8m，管棚長30m，環(huán)向間距40 cm。管棚由鋼管和鋼架組成，并輔助錨桿和噴射混凝土，采用φ108mm、壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，共計(jì)47根,鋼管壁上鉆φ10mm滲漿孔，接頭采用φ96連接鋼管連接焊接，施做導(dǎo)向墻長2m。

洞身開挖采用上下臺(tái)階法施工，人工手持風(fēng)鉆鉆孔，光面爆破，挖掘機(jī)配合裝載機(jī)裝渣，自卸汽車無軌運(yùn)輸出渣。

4.1 超前大管棚施工

4.1.1 大管棚施工工藝

管棚在洞內(nèi)施做，并且該段圍巖較差，施工機(jī)具的選擇十分重要，通過以往的施工經(jīng)驗(yàn)，為避免施工過程中出現(xiàn)塌孔，施工中擬采用跟管鉆進(jìn)施工方法。

4.1.2 管棚工作室開挖及施工

管棚工作室綜合考慮管棚機(jī)具結(jié)構(gòu)尺寸大小、搭接長度、鋼管長度、外插角、送管難易程度等問題。鋼管標(biāo)準(zhǔn)長度為9m，管棚長度擬按（5+4+5+4+5+4+3）m=30m或（4+5+4+5+4+5+3）m=30m進(jìn)行搭配。

工作室段開挖采用短循環(huán)施工，每循環(huán)進(jìn)尺0.6m，開挖完后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，采用弱爆破。

管棚工作室初支參數(shù)為設(shè)置HW150型鋼，拱架間距為50cm，鋼架加工按外擴(kuò)尺寸繪圖交底制作，鋼架每側(cè)拱腳設(shè)2根φ42鎖腳錨管，每根長4m，超前小導(dǎo)管采用3 m/根的φ42mm鋼管，布置在隧洞180°范圍內(nèi)，外插角15°，環(huán)向間距30cm，縱向環(huán)距1.2m，系統(tǒng)錨桿拱部采用φ25錨桿，環(huán)向間距1m，縱向間距0.6m（隨拱架間距布置），梅花形布置，邊頂拱掛鋼筋網(wǎng)φ8@150mm×150mm，噴射C30混凝土厚20cm,采用濕噴工藝。

后期施工下臺(tái)階時(shí)，邊墻鋼架做適當(dāng)收縮，管棚工作室超挖部分在二次襯砌混凝土?xí)r一起澆筑起來。

4.1.3 導(dǎo)向墻施工

導(dǎo)向墻與工作室交界處做成上下兩層雙鋼架，即外放0.8m與標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼架在同一個(gè)里程上，導(dǎo)向墻施做：長度為2m，導(dǎo)向管為φ140鋼管，壁厚4mm，中心間距40cm，仰角為3°～5°，布置于工作室前端，布置位置、角度進(jìn)行精確測量，施工時(shí)嚴(yán)格按測量機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)施工。

導(dǎo)向墻斷面設(shè)計(jì)為80cm×200cm（厚度×長度），在斷面位置上共安裝4榀鋼架，在鋼架上安裝導(dǎo)向管，導(dǎo)向管安裝完成后，采用C30噴射混凝土，以保證套管穩(wěn)固，噴射混凝土前對導(dǎo)向管管口進(jìn)行保護(hù)，防止噴射混凝土?xí)r將管口堵塞。

4.2 超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管采用φ42熱軋鋼管，小導(dǎo)管沿隧道拱部均勻布設(shè)，隔榀鋼架施工，環(huán)向間距設(shè)計(jì)為30cm，外插角15°，縱向搭接長度不小于1m，注漿管一端做成尖形，另一端焊上加勁箍。在距離加勁箍0.65m處開始鉆孔，鉆孔沿管壁間隔75mm，呈梅花型布設(shè)，孔位互成90°，孔徑6 mm。

注漿參數(shù)：用KBY-50/70注漿機(jī)進(jìn)行注漿，采用注漿量和注漿壓力雙控原則進(jìn)行注漿時(shí)間的控制。注漿前，噴5～10cm厚混凝土封閉工作面，以防止漏漿。注漿壓力0.5～1.0MPa。

4.3 超前周邊預(yù)注漿施工

該段地質(zhì)條件較差或可能存在大量涌水的情況下，洞內(nèi)采用超前周邊預(yù)注漿預(yù)加固。

4.3.1 注漿方案

在施工過程中可能產(chǎn)生涌突水，實(shí)施全斷面超前預(yù)注漿進(jìn)行堵水。每循環(huán)長度：注漿長13m；正洞開挖長10m，留止?jié){巖盤長3m。第一注漿循環(huán)設(shè)置60cm混凝土止?jié){墻。超前注漿孔布置圖見3。

圖3 超前注漿孔布置圖

注漿參數(shù)：單孔有效擴(kuò)散半徑1m，孔底間距1.7m；預(yù)注漿終止壓力為靜水壓力加上1.0～1.5MPa；預(yù)注漿范圍為隧洞正洞開挖輪廓線外1m；全斷面安排25個(gè)注漿孔，鉆孔和注漿采用間隔施工，地層破碎易坍孔地段采用前進(jìn)式注漿，其它采用后退式注漿。

4.3.2 施工工藝

正式注漿前，在類似地質(zhì)條件下的巖層中進(jìn)行注漿試驗(yàn)，初步掌握漿液充填率、注漿量、漿液配合比、膠凝時(shí)間、漿液擴(kuò)散半徑、注漿終壓等指標(biāo)。

此次塌腔未造成人員傷亡，對于塌腔險(xiǎn)情處理歷時(shí)24 d時(shí)間。工程后續(xù)開挖工程中也陸續(xù)出現(xiàn)了塌方情況，均采用上述處理措施，安全順利地完成了隧洞開挖任務(wù)。

［1］王慧斌.大伙房水庫輸水工程隧洞棄渣處理［J］.黑龍江水利科技，2015（2）：65.

［2］賀杰，傘小雨.大伙房輸水工程引水隧洞塌方處理措施［J］.河南水利與南水北調(diào)，2014（24）：7.

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