夾巖水利樞紐工程溶塌角礫巖隧洞涌水塌方處置淺析

譚志希，郭 毅，夏云東

（1.中鐵二十二局集團第四工程有限公司，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴陽省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（簡稱“夾巖工程”）為貴州省內(nèi)大型供水工程，長石板隧洞位于貴州省畢節(jié)市大方縣境內(nèi)，隧洞全長15.413 km，斷面型式為圓形，隧洞整體位于地下水位線以下，需克服貴州特有的喀斯特地質(zhì)帶、斷層破碎富水帶、溶塌角礫巖地質(zhì)帶，為全線重難點工程段。

2 涌水塌方情況

2017年6月21日，長石板隧洞5+346段施工時，掌子面及拱頂范圍出現(xiàn)股狀水。掌子面拱頂不間斷出現(xiàn)塑性狀泥石混雜物塌落?，F(xiàn)場施工人員全部撤離后，于22日凌晨帶動初期支護大面積垮塌，開挖臺架、排水設備及其他機具被掩埋，可見塌方方量約1 000 m3，洞頂涌水造成上方圍巖呈塊石夾碎土、細沙大面積滑落，導致5+370-5+346段初期支護全部垮塌。

3 涌水塌方發(fā)生原因分析

隧洞5+346段埋深約60 m，位于既有沖溝處，地表相對位置附近100 m范圍內(nèi)地下泉眼發(fā)育，向下3 m處地下水呈飽和狀態(tài)。設計縱斷面圖顯示，該段巖體處于T1yn4溶塌角礫巖地質(zhì)帶，地下水埋藏較淺，受地下水影響圍巖遇水泥化，具有微膨脹性。

由于隧道通過的地質(zhì)條件復雜，水源補給充足，施工時恰逢雨季，水壓力增大，導致隧洞涌水塌方。

4 涌水塌方初步處置措施

針對現(xiàn)場涌水塌方情況，為確保施工安全，便于后續(xù)地質(zhì)預報的施作，對涌水突泥進行了前期處置［1-2］。

（1）增加和恢復了斜井排水系統(tǒng)，加快了抽排水，塌方體及泥沙暫不清理。

（2）對5+380～5+370段進行徑向注漿加固處理，按照先加固拱腰后拱頂依次進行注漿處理的措施，加固采用長度4.5 m的Φ42注漿小導管，按照1 m×1 m梅花形布置，注漿采用1∶2～1∶1（質(zhì)量比）的水泥漿，注漿壓力控制為0.5 MPa。徑向注漿過程中持續(xù)進行監(jiān)測，及時掌握初期支護的變化情況。

（3）5+380～5+370段加固完成后，確定無安全隱患。對掌子面段進行噴射混凝土封閉，厚度按照20 cm進行控制，起到穩(wěn)定掌子面塌方體和止?jié){的作用。

5 超前地質(zhì)預報情況

前期處置完成后，中鐵第六設計院物探檢測單位采用TSP超前物探法進行了地質(zhì)探測。根據(jù)探測結(jié)果，預知了5+370～5+250段水文地質(zhì)情況。預報結(jié)論如下：

（1）探測前方5+370～5+346段存在較大規(guī)模的空腔松散體，表明塌方地段圍巖破碎、松散，穩(wěn)定性差。

（2）積水淤泥段主要分布在隧洞開挖塌方段拱部、右幅區(qū)域內(nèi)，同時拱頂右幅呈現(xiàn)較大面積的空腔及松散區(qū)域，在線路中線向右約20 m，隧洞軸線方向約15 m。

（3）5+340～250段周邊及前方為軟巖富水區(qū)，范圍內(nèi)圍巖體破碎、完整性及穩(wěn)定性差，尤其是拱部圍巖極度破碎。拱部節(jié)理裂隙發(fā)育嚴重，且富水。

6 涌水塌方初步處理方案

6.1 自進式管棚處理方案

綜合考慮溶塌角礫巖特性及貴州特有的喀斯特地貌巖溶發(fā)育特征，初步判定常規(guī)的處理方案無法快速、安全、有效的處理塌方體［3-4］，特制訂如下處理方案：

（1）對5+370～5+373段支立套拱，保證掌子處初支面的穩(wěn)定并作為T76自進式管棚施工導向墻。導向墻綜合考慮自行式鉆機的操作空間，實施有效的導向管定位工作。導向管安裝完成后，兩層拱架間空腔采用混凝土填充密實。

（2）采用洞渣進行回填，回填高度為隧洞中心線向上0.5 m，形成T76自進式管棚操作平臺，平臺長度為8 m。

（3）綜合考慮塌方體內(nèi)部堆積巖體情況，選取四角梅花形沖擊合金鉆頭，采用壁厚10 mm、外徑76 mm的自進式管棚桿件。

（4）T76自進式管棚施做長度為30 m，施工范圍為拱部150°，環(huán)向間距為0.4 m，管外注漿加固松散體。注漿漿液采用1∶1水泥漿，注漿壓力按0.2～0.3 MPa控制。

（5）T76自進式管棚分節(jié)制作，每節(jié)長度為4 m，以絲扣連接，絲扣長度不小于150 mm，鋼管接頭應在隧洞橫斷面錯開；施工時沿隧洞周邊以2°外插角打入圍巖，管棚施工完畢后，再進行注漿。

（6）注漿工序為塌方體處理過程中的關(guān)鍵工序，為保證注漿整體效果，采用了先進的灌漿記錄儀進行注漿監(jiān)測，保證灌漿數(shù)據(jù)真實可靠。注漿過程中按照不同時段調(diào)整漿液的流動性及水灰比，注漿完成后分析注漿數(shù)據(jù)，保證松散體有效固結(jié)（見圖1）。

圖1 塌方松散體注漿加固

（7）采用自動灌漿記錄儀采集控制孔內(nèi)灌漿過程中的流量、壓力、密度3參數(shù)數(shù)據(jù)，并用數(shù)字顯示灌漿過程的質(zhì)量檢測記錄（見圖2）。技術(shù)人員根據(jù)參數(shù)掌握過程中的注漿量擴散情況，實時調(diào)整灌漿參數(shù)，保證了灌漿質(zhì)量，減少了材料浪費。

圖2 自動灌漿記錄儀灌漿控制

（8）綜合考慮拱部松散體夾雜塊石、泥沙。為保證施工安全，設環(huán)向Φ25自進式注漿錨桿配合T76自進式管棚固結(jié)松散體，自進式注漿錨桿長度4 m，仰角為60°，施工范圍為拱部180°，環(huán)向間距0.5m，縱向間距2 m，注漿漿液采用1∶1水泥漿，注漿壓力按0.1 MPa控制。

6.2 初期支護施工

固結(jié)灌漿完成后，5+370～5+346段塌方洞段初支剛拱架，按照設計要求采用I16工字鋼，縱向間距50 cm，施做25 cm厚C25噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)片采用Φ8雙層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距調(diào)整為15 cm×15 cm，其余參數(shù)與設計一致。

為確保施工安全，后續(xù)施工中采用臺階法短進尺進行施工，注漿固結(jié)體采用人工配合機械逐層開挖工藝［5-6］。

7 結(jié)論

本次溶塌角礫巖塌方洞段處置用時15 d，安全快速地通過了涌水塌方段，處理效果十分理想。根據(jù)現(xiàn)場情況，得到了以下認識：

（1）溶塌角礫巖遇水泥化，且存在微膨脹性，根據(jù)該地質(zhì)條件下的塌方實際情況，有針對性制訂處理方案。按照方案認真落實，能夠在保證安全和質(zhì)量的前提下，加快處理速度，縮短處理時間。

（2）T76自進式管棚施工技術(shù)在處理復雜地質(zhì)洞段塌方的作用顯著，能較好的適應松散狀、流塑狀塌方體，可解決常規(guī)塌方處理方案中的卡鉆、塌孔、不成孔等現(xiàn)象。

（3）注漿穩(wěn)定塌方體采用灌漿記錄儀的作用顯著，確保了注漿壓力、水灰比、流動性、稠度等各種數(shù)據(jù)的真實性，經(jīng)過分析對比，能較好地保證塌方松散體的有效固結(jié)。

（4）現(xiàn)場處理過程中有效結(jié)合了超前地質(zhì)預報，及時掌握前方塌方、富水情況，為確定下一步施工開挖工法提供了依據(jù)。

（5）加強現(xiàn)場監(jiān)控量測工作，通過數(shù)據(jù)分析，及時反映初期支護變形、收斂情況，便于指導現(xiàn)場施工，確保施工質(zhì)量。