小浪底引黃工程引水干線隧洞塌方處理方案

趙文靜

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局 山西太原 030002）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于運(yùn)城市境內(nèi)，工程自黃河干流上的小浪底水庫向涑水河流域調(diào)水。工程建設(shè)的任務(wù)是為運(yùn)城市的垣曲、聞喜、絳縣、夏縣、鹽湖等五縣（區(qū)）提供農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水及生態(tài)用水。工程的建設(shè)對緩解供水區(qū)地下水超采現(xiàn)狀、保障水資源可持續(xù)開發(fā)利用、促進(jìn)運(yùn)城市的經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)建設(shè)起著舉足輕重的作用。

工程由引水干線、灌區(qū)工程、城鎮(zhèn)和工業(yè)供水工程三部分組成。工程設(shè)計引水流量20 m3/s，其中，引水干線取水口位于垣曲縣境內(nèi)小浪底水庫庫區(qū)內(nèi)板澗河入黃口上游的黃河左岸處，末端位于聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫，線路總長59.6 km。

2 塌方基本情況

2016年4月9日6∶50時，小浪底引黃工程2#隧洞在施工過程中，從樁號34+163.5到樁號34+181.5發(fā)生塌方，此段圍巖較破碎，穩(wěn)定性較差，為片麻巖，拱部有滴狀滲水，屬于Ⅴ類圍巖，掌子面、拱肩部位及底部情況見圖1和圖2。

4月9日12:50洞內(nèi)進(jìn)行出渣排險作業(yè)，拱頂左側(cè)圍巖較為松散，挖掘機(jī)斗齒輕觸圍巖則有松散巖石掉落，掉落巖石為泥狀體，有一定的黏性，現(xiàn)場技術(shù)人員要求停止排險工作，拱部巖石仍繼續(xù)掉落，且掉落現(xiàn)象持續(xù)加大，導(dǎo)致現(xiàn)場不能進(jìn)行施工作業(yè)，隨即組織機(jī)運(yùn)隊對掌子面進(jìn)行堆渣封堵。

到16:30時堆渣3車時，掉落的渣石已到達(dá)到掌子面起拱線位置，拱部掉落渣石現(xiàn)象仍在持續(xù)，見圖3，最后一次采用激光測距儀對拱部空腔進(jìn)行測量，空腔已向上延伸15 m，形成寬4.9 m，長5.0 m較大空腔，見圖4?？涨慌c洞軸線夾角約20°，與水平方向夾角約35°。

圖1 樁號34+163.5－34+181.5段Ⅴ類圍巖掌子面、拱肩部位

圖2 樁號34+163.5－34+181.5-段Ⅴ類圍巖底部情況

圖3 拱部掉落下松散泥狀巖石

圖4 塌落后形成的空腔

4月10日8:30，拱部持續(xù)坍塌，導(dǎo)致整個拱部完全被松散體封堵。塌方后掌子面兩側(cè)邊墻有多處點(diǎn)滴狀滲水，隨后水量逐漸增大形成股狀出水，水量約10 m3/h。見圖 5。

圖5 坍塌后掌子面情況

3 塌方原因分析

小浪底引黃工程2#隧洞從樁號34+163.5到樁號34+181.5，該段圍巖以片麻巖為主，發(fā)育斷層破碎帶，巖體由于斷層破碎帶影響造成掌子面拱部穩(wěn)定性較差，線路右側(cè)坍塌形成長5.0 m，寬4.5 m的空腔，坍塌巖體形成62 m3松散體。塌方后掌子面邊墻有多處點(diǎn)滴滲水，隨后爍亮逐漸增大形成股狀出水，水量約10 m3/h。

4 塌方處理前期方案

4月10日15:58，四方到塌方現(xiàn)場察勘，確定采取如下緊急處理措施：

1）運(yùn)輸石渣鋪墊、反壓松散體至起拱線高度，防止松散體滑動。

2）C20噴混凝土封閉掌子面，厚度10 cm。松散體表面布設(shè)Φ42注漿管，長3.0 m，間排距均為1.0 m，管身施作注漿孔，間距30 cm，梅花型布置，通過注漿導(dǎo)管對掌子面松散體進(jìn)行固結(jié)注漿。漿液采用1∶1水泥漿。

3）開挖方法按照上下臺階法進(jìn)行施工，每循環(huán)進(jìn)尺不超過0.8 m。

4）拱部范圍內(nèi)進(jìn)行超前導(dǎo)管支護(hù)，超前導(dǎo)管注漿為1∶1水泥水玻璃雙液漿，導(dǎo)管采用5.0 m長Φ42熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距20 cm，排距2.5m。

5）開挖后架立I18鋼拱架，間距80 cm；全斷面鋪掛Φ8鋼筋網(wǎng)片；Φ20聯(lián)系筋環(huán)向間距1 m；拱架直腿底部及頂部每處各布設(shè)Φ25鎖腳錨桿4根，每根長3m。全斷面布設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿，間距1.0 m，每根長3.0 m。噴射C20混凝土厚度18 cm，為保證二襯厚度，開挖輪廓半徑2.48 m。

6）空腔段支護(hù)完成后，塌方空腔及空腔前后各5m范圍內(nèi)，采用拱部固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿管每根孔深4.0 m，環(huán)向間距1 m，縱向間距0.5 m，梅花型布置，采用1∶1水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿形成殼體。

注漿完成后準(zhǔn)備對掌子面進(jìn)行開挖，開挖后拱部仍有掉渣現(xiàn)象，且已打設(shè)的超前注漿管部分出現(xiàn)變形，見圖6，不能滿足施工要求。

圖6 注漿后開挖掌子面拱部情況

5 塌方處治方案

由于塌方后松散體到掌子面基巖距離超過超前導(dǎo)管長度，考慮到超前小導(dǎo)管及簡單的注漿不能起到有效的超前錨固作用，同時松散體內(nèi)大石塊較多影響超前導(dǎo)管安裝，預(yù)注漿支護(hù)未起到有效固結(jié)塌方的作用，根據(jù)現(xiàn)場塌方實際情況及邁式錨桿具有剛度大，施工速度快，操作方便，支護(hù)質(zhì)量安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)專家討論決定采用N51邁式錨桿注漿施工方案。

塌方處理遵循“短進(jìn)尺、不爆破、早支護(hù)、快封閉、勤量測”的施工原則。

具體方案如下：

5.1 超前N51邁式錨桿

1）拱部打設(shè)N51邁式錨桿，錨桿直徑51 mm。長度9 m，環(huán)向間距20 cm，施工6 m后根據(jù)圍巖情況確定下一環(huán)超前支護(hù)參數(shù)。打設(shè)范圍：起拱線以上拱部范圍。

2）邁式錨桿打設(shè)完成后，進(jìn)行邁式錨桿注漿，漿液為1∶1水泥水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比1∶1。

5.2 開挖方法

注漿完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行開挖作業(yè)施工，開挖采用上下臺階上臺階弧形導(dǎo)坑留核心土法。先進(jìn)行上臺階施工，待上臺階渡過塌方體段再進(jìn)行下臺階施工。上臺階開挖施工時采用人工風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，每次開挖循環(huán)進(jìn)尺0.5 m。

5.3 初期支護(hù)

開挖后架立I20鋼拱架，間距50 cm；全斷面鋪掛Φ8鋼筋網(wǎng)片；Φ20聯(lián)系筋環(huán)向間距1 m；拱架直腿底部及頂部每處各布設(shè)Φ25鎖腳錨桿4根，每根長3 m。全斷面布設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿，間距1.0 m，每根長3.0 m。噴射C20混凝土厚度20 cm，為保證二襯厚度，開挖輪廓半徑2.50 m。

鋼拱架支護(hù)底部加設(shè)I16水平底梁，底梁間采用C20噴射混凝土填平，厚度20 cm，開挖底板高程降低20 cm。下臺階施工完成后，I16水平底梁及時跟進(jìn)。34＋181.5～＋163.5已完成支護(hù)段補(bǔ)做I16水平底梁。

5.4 空腔處理

空腔段支護(hù)完成后，塌方空腔及空腔前后各5 m范圍內(nèi)，采用拱部固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿管每根孔深4.0 m，環(huán)向間距1 m，縱向間距0.5 m，梅花型布置，固結(jié)灌漿漿采用1∶1水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿加固，水泥漿水灰比 1∶1。

5.5 監(jiān)控量測

加強(qiáng)圍巖量測工作，對量測數(shù)據(jù)每天進(jìn)行匯總，并及時上報現(xiàn)場負(fù)責(zé)人與技術(shù)負(fù)責(zé)人。

對初支斷面進(jìn)行變形觀測，包括洞內(nèi)觀察、拱頂沉降、周邊收斂。

對已經(jīng)完成初期支護(hù)的地段的洞內(nèi)觀察每天至少進(jìn)行一次，主要觀察噴射混凝土、錨桿和鋼架的工作狀態(tài)。

拱頂沉降、周邊收斂必測項目應(yīng)設(shè)置在同一斷面，對已開挖段拱架每榀布設(shè)五個測點(diǎn)，并對開始立拱架位置向大里程方向20 mⅢ類圍巖段按照每3 m一個斷面進(jìn)行布置，每個斷面五個測點(diǎn)，測點(diǎn)布設(shè)位置見圖7測點(diǎn)布設(shè)圖。觀測頻率見表1“量測頻率（按位移速度）”表。

表1 量測頻率（按位移速度）

圖7 測點(diǎn)布設(shè)圖

6 施工中的注意事項

1）對塌方段根據(jù)變形情況加密量測斷面，并加大監(jiān)控量測的頻率，量測數(shù)據(jù)及時上報及時分析，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時按規(guī)定上報，以便及時處理，并應(yīng)立即采取應(yīng)急預(yù)警措施，以確保施工安全；

2）施工時，應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮，施工現(xiàn)場嚴(yán)禁閑雜人員隨便出入，洞內(nèi)施工時必須設(shè)專職安全員加強(qiáng)觀察，一旦出現(xiàn)險情立即組織人員撤離；

3）加強(qiáng)施工作業(yè)面照明設(shè)施，避免因燈光較暗，造成安全隱患；

4）在施工作業(yè)中，隨時注意頭頂是否有不穩(wěn)定碎石，如有發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時處理，避免發(fā)生掉塊砸傷施工人員的情況發(fā)生；

5）在作業(yè)時，要有專人負(fù)責(zé)，隨時監(jiān)控四周變形情況；

6）嚴(yán)格開挖進(jìn)尺，每循環(huán)進(jìn)尺不超過0.5 m；

7）鋼架接頭處是受力的薄弱環(huán)節(jié)，做好鋼架聯(lián)接及鎖腳錨桿的施做；

8）鑒于本段圍巖較為破碎，應(yīng)按照相關(guān)要求，初支應(yīng)及早封閉成環(huán)，盡快施做底板，以確保施工人員、機(jī)械安全；

9）坍塌段處理過程中應(yīng)設(shè)置專人24小時值班，發(fā)生異常情況時及時匯報及處理，每一工序要環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。

7 結(jié)束語

隧道施工過程中，塌方是比較常見的地質(zhì)災(zāi)害，也存在較大的安全隱患。因此，只有提前預(yù)防，妥善處治，才能使塌方安全順利地通過。希望對類似隧洞工程及其他隧洞工程遇到塌方時，提供一定借鑒。