對(duì)水工隧洞塌方處理方案的探討

摘 要：元江縣魯布水庫(kù)輸水低洞在開挖工作緊張有序的推進(jìn)過(guò)程中，發(fā)生較大滲水及塌方，嚴(yán)重影響了開挖進(jìn)度，直接影響到2017年3月隧洞開挖全面貫通的節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何采取有效措施在最短時(shí)間內(nèi)通過(guò)塌方段，恢復(fù)正常開挖施工，是擺在項(xiàng)目部面前的急需解決的一道難題。根據(jù)塌方特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有施工資源，項(xiàng)目部及時(shí)制定了處理技術(shù)措施，參建各方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況充分討論了我項(xiàng)目部制定的處理措施，認(rèn)為方案可行，但處理時(shí)間較長(zhǎng)，后參建各方多輪協(xié)商討論，我項(xiàng)目部再次對(duì)處理方案進(jìn)行優(yōu)化。按照該方案經(jīng)過(guò)20多天的處理，終于成功穿越塌方段，從而恢復(fù)了輸水低洞的正常開挖施工。

關(guān)鍵詞：水工隧洞；塌方處理；灌漿；超前管棚；方案；探討

中圖分類號(hào)：TV672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0121-02

1 工程簡(jiǎn)介

魯布水庫(kù)位于元江縣因遠(yuǎn)鎮(zhèn)伴坤村魯布河上，距離昆明299km，距元江縣城75km。水庫(kù)總庫(kù)容為1218萬(wàn)m3，是一個(gè)以農(nóng)業(yè)灌溉為主的中型水利樞紐工程，主要建筑物由攔河壩、溢洪道、輸水隧洞、灌溉渠道組成，工程等別為Ⅲ等，輸水隧洞工程級(jí)別為3級(jí)，按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。

輸水隧洞洞身全長(zhǎng)584m，隧洞進(jìn)口起點(diǎn)高程1633.6m，出口止點(diǎn)高程1623.3m，進(jìn)出口高差10.3m，底坡i=1/25。閘前有壓洞段為方變圓形斷面，閘后無(wú)壓洞段斷面為圓變方洞型。隧洞由喇叭口段、有壓洞身段、閘室段、無(wú)壓洞身段、出口明渠段、陡槽和消力池段組成。

隧洞開挖城門洞段斷面為：寬2.12m×高2.2m，襯砌后過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐬椋簩?.42m×高1.5m，有壓段開挖斷面為：直徑D=2.12m圓形，襯砌后過(guò)水?dāng)嗝鏋镈=1.42m。

2 地質(zhì)條件

輸水隧洞處在古生界馬鄧巖群外麥地組，洞身巖性為板巖夾變質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖，巖層多為薄層狀，弱風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化，完整性較差，裂隙發(fā)育，有Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類等四種圍巖類別，以Ⅲ類圍巖居多，其次為Ⅳ類、Ⅴ類圍巖。

3 塌方概況

2016年11月25日中午，輸水隧洞進(jìn)口（輸0+76～0+79段）在開挖施工時(shí)洞頂突然出現(xiàn)塌方伴隨著泥沙、石塊、滲水滾落下來(lái)，塌方體將開挖掌子面塌滿，出渣人員立即停止作業(yè)，待塌方穩(wěn)定后再次組織出渣，出渣時(shí)泥沙、石塊、滲水再次不斷塌落，出渣根本無(wú)法推進(jìn)，挖多少，塌落多少，施工再次被迫停止。經(jīng)向建設(shè)方報(bào)告，協(xié)商后暫停作業(yè)，觀察下情況后再?zèng)Q定是否繼續(xù)出渣。

2016年11月27日，塌方發(fā)生已過(guò)去2d，從塌方體表面看已經(jīng)穩(wěn)定，由于工期緊，施工隊(duì)開挖作業(yè)班組再次出渣，當(dāng)出渣幾車后滲水夾雜泥塊石渣又不斷塌落，根本無(wú)法向前推進(jìn)。塌方體再次塌滿開挖掌子面，出渣后又再次塌滿，拱頂以上已經(jīng)出現(xiàn)了較大的空腔，不斷聽到有石塊掉落的聲音，并且先前支護(hù)好的鋼支撐2～4榀已產(chǎn)生變形，靠近出渣處鋼支撐變形最為嚴(yán)重，對(duì)此，為防止支護(hù)好段鋼支撐變形繼續(xù)加大，臨時(shí)采取鋼支撐橫向加固，兩端抵住已立鋼支撐并焊接連接。通過(guò)臨時(shí)緊急加固處理，變形段暫時(shí)穩(wěn)定。

4 隧洞塌方形成原因分析

巖性為板巖夾變質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖中夾有泥灰?guī)r等遇水軟化的軟弱夾層，根據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示，還有寬約10m的斷層破碎帶。破碎帶內(nèi)多為斷層角礫及部分?jǐn)鄬幽?，膠結(jié)差，透水性強(qiáng)。地下水位于洞頂之上，斷層上隧洞開挖過(guò)程中可能存在地下水呈線狀滲入洞內(nèi)。

按照上述原則我項(xiàng)目部首先組織施工及地質(zhì)技術(shù)人員仔細(xì)研究設(shè)計(jì)地質(zhì)圖及相關(guān)地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)塌方段剛好處在設(shè)計(jì)確定的斷層破碎帶內(nèi)，約長(zhǎng)10m。已立工字鋼部分變形段剛好在此范圍內(nèi)，由此推斷塌方部位為最為軟弱地帶，在地下水的作用及爆破擾動(dòng)影響，加上鉆爆開挖時(shí)未注意采取短進(jìn)尺、弱爆破、多循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)等開挖方法，種種因素導(dǎo)致塌方的突然發(fā)生。

5 塌方處理原則

針對(duì)上述情況，參建方及設(shè)計(jì)多次到現(xiàn)場(chǎng)查看并進(jìn)行處理方案的討論研究，建設(shè)單位提出了措施有效、耗時(shí)不能太長(zhǎng)、費(fèi)用控制在合理范圍等制定處理方案的原則，結(jié)合該原則綜合考慮，項(xiàng)目部提出三個(gè)制定處理方案的具體原則：①安全性：確保整個(gè)施工期間的人員、設(shè)備安全，襯砌完工后不變形。②技術(shù)可操作性：充分考慮現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備和操作人員的技能水平，并盡可能降低施工難度。③靈活性好：根據(jù)斷面形狀和尺寸，因地制宜的選擇施工方案。④經(jīng)濟(jì)合理：即在保證安全、質(zhì)量條件下的投入最少。

6 變形段及塌方段的處理方案

經(jīng)查閱隧洞塌方相關(guān)資料及公司類似工程的處理經(jīng)驗(yàn)，制定了處理技術(shù)措施，綜合各方意見，對(duì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，采取封閉塌方面，塌方體空腔注灌漿，然后注灌漿固結(jié)1d后及時(shí)采用潛孔鉆施鉆超前管棚，采取人工開挖短進(jìn)尺強(qiáng)支護(hù)等方法。

為確保處理施工人員、設(shè)備的安全，首先進(jìn)行變形段的處理，然后進(jìn)行塌方段的處理，具體處理方案如下：

6.1 變形段處理

為防止0+76～0+73段鋼支撐（共計(jì)2～3榀）變形繼續(xù)擴(kuò)大，在變形鋼支撐之間增加1榀加密并大超前管棚，頂拱及側(cè)墻作灌漿處理，以此達(dá)到固結(jié)圍巖、阻止變形的目的。

6.1.1 灌漿布孔

鉆孔采用YT-28手風(fēng)鉆，孔徑？準(zhǔn)42mm。鉆孔放射形垂直于洞周，且灌漿壓力控制在0.15～0.2MPa，固結(jié)灌漿孔孔深2.0～3.0m，呈梅花型布置。

6.1.2 變形段施工程序

總體施工程序：測(cè)量定位→鉆孔→固結(jié)灌漿→檢查孔施工。

單孔施工程序：測(cè)量放點(diǎn)→鉆機(jī)對(duì)位→鉆孔→掃孔→沖洗→灌漿→封孔。

6.1.3 鉆孔沖洗

灌漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）要立即進(jìn)行灌漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過(guò)24h時(shí)，在灌漿前重新進(jìn)行裂隙沖洗。

6.2 塌方段處理

6.2.1 處理施工程序

截?cái)嗖⒎忾]塌方體→側(cè)邊、頂拱圍巖破碎體、塌方體灌漿孔鉆孔→灌漿→打檢查孔→超前管棚支護(hù)→短進(jìn)尺開挖出渣→架設(shè)、固定鋼支撐→掛網(wǎng)噴C25混凝土。

6.2.2 封閉塌方體及開挖掌子面堆積體

針對(duì)塌方體右側(cè)滲水、右上側(cè)源源不斷坍塌石塊等情況，為保證有足夠的人員、設(shè)備操作空間，首先采取封閉塌方體，徹底阻斷塌方流動(dòng)體。具體方法如下：

（1）塌方體頂拱采用？準(zhǔn)48鋼管斜插打入，鋼管間距15cm，與工字鋼橫梁支撐成60°斜交?？克襟w一側(cè)（內(nèi)側(cè)）采用木板或鐵皮鋪設(shè)封閉，避免泥沙、淤泥等通過(guò)鋼管間的縫隙往外流出。

（2）為防止塌方體外流，以及灌漿過(guò)程中的漏漿，按照就地取材為原則，采用人工裝洞內(nèi)渣土編織袋分上半部分和下半部分進(jìn)行堆筑，以此將開挖掌子面及塌方體封閉起來(lái)。

6.2.3 塌方體掌子面以及中部、側(cè)墻、頂拱部位灌漿

采用編織袋裝渣土封閉塌方體后，對(duì)塌方段塌方體向掌子面方向中部、側(cè)墻、頂拱部位進(jìn)行灌漿。固結(jié)、充填灌漿完成7d后，頂拱部位及側(cè)邊各打1個(gè)檢查孔，用以探查其灌漿效果（凝固情況、固結(jié)效果等），如達(dá)到預(yù)期效果，則可以進(jìn)行超前管棚的施鉆，如未達(dá)到預(yù)期效果則繼續(xù)灌注。水泥使用新購(gòu)進(jìn)的檢驗(yàn)合格的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比1：水0.5～0.8，摻加SW速凝劑來(lái)達(dá)到預(yù)期速凝的效果，灌漿用水直接抽取洞外河溝水使用，灌漿完成后根據(jù)實(shí)際滲涌水情況隨機(jī)布置排水孔，孔深大于固結(jié)灌漿孔深度，并垂直于巖面布置，排出滲水。

6.2.4 超前管棚施工

在塌方體及周邊灌漿達(dá)到固結(jié)、充填效果后，即開始進(jìn)行超前管棚施工。

管棚加工：超前管棚采用？準(zhǔn)48mm鋼管，長(zhǎng)6.0m。

管棚布置安裝：在靠近塌方體第一榀鋼支撐處開始打超前管棚。左右側(cè)從鋼支撐立柱0.5m高度位置開始布孔，排距根據(jù)實(shí)際情況確定，環(huán)間距0.15m，外插角5～6°，管棚頂入長(zhǎng)度不小于管長(zhǎng)的90%。管棚制作尾部宜采用套絲并與注漿器相配套，方便于灌漿。

6.2.5 開挖及加強(qiáng)支護(hù)措施

（1）為防止爆破振動(dòng)，塌方段及斷層破碎帶開挖采用人工風(fēng)鎬進(jìn)行短進(jìn)尺開挖，開挖進(jìn)尺控制在0.3～0.5m設(shè)置1榀14#工字鋼鋼支撐，鋼支撐用？準(zhǔn)22鋼筋焊接。

（2）鎖腳錨桿：先打孔，再注漿，后安插？準(zhǔn)22錨桿?？咨?.0m，錨桿長(zhǎng)L=3.0m，每側(cè)2根，每榀鋼支撐打4根。

（3）支護(hù)完成后即用？準(zhǔn)6.5掛網(wǎng)鋼筋間距0.10m，噴C25混凝土厚15cm。

對(duì)于輸水隧洞進(jìn)口塌方段，采取了封閉掌子面、進(jìn)行周邊圍巖超前固結(jié)、塌方體空腔固結(jié)灌漿以及灌漿后及時(shí)采用潛孔鉆施鉆超前管棚、人工開挖短進(jìn)尺強(qiáng)支護(hù)等方法，于2015年12月17日成功穿越塌方段，恢復(fù)了低洞進(jìn)口段正常的鉆爆開挖，施工正常。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上處理方案的實(shí)施，安全穿越了塌方洞段，通過(guò)后續(xù)加固處理更加確保了塌方段整個(gè)施工期間的安全。經(jīng)日常觀察表明，該段鋼支撐、噴護(hù)混凝土等臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)表面無(wú)裂紋等異?，F(xiàn)象。運(yùn)用上述方法，對(duì)輸水隧洞塌方段處理效果較好、施工速度較快、工程成本低、安全性高。在今后的隧洞施工中，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)探、預(yù)報(bào)工作，對(duì)前方巖層巖性進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和判斷，以便提前做好穿越塌方段的應(yīng)急技術(shù)處理預(yù)案，防止大面積塌方的發(fā)生。同時(shí)在遇到斷層破碎帶等不良地質(zhì)洞段時(shí)，采取“短進(jìn)尺、弱爆破、多循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)”，以此確保開挖穩(wěn)步推進(jìn)。魯布水庫(kù)水庫(kù)輸水隧洞塌方段的成功處理為以后類似工程塌方處理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，此方法值得在隧洞開挖塌方處理中值得借鑒和應(yīng)用。

收稿日期：2018-4-15

作者簡(jiǎn)介：殷圣昌（1970-），男，漢族，云南昆明人，工程師，大專，主要從事施工管理工作。