淺談巖溶區(qū)域洞室泥槽段開挖支護(hù)施工

(中國(guó)水利水電第四工程局有限公司西南分局，成都，610091)

巖溶區(qū)域泥槽段洞室開挖、支護(hù)施工難度大，泥槽沉積物塌陷危害大且不可預(yù)見(jiàn)，安全風(fēng)險(xiǎn)高，解決巖溶區(qū)域泥槽段洞室開挖、支護(hù)施工安全，保證施工進(jìn)度是巖溶區(qū)域泥槽段洞室開挖、支護(hù)施工的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 工程概況

三岔河水庫(kù)左岸灌漿平洞工程，左岸防滲帷幕全長(zhǎng)約1231.104m，左岸共設(shè)計(jì)3條灌漿平洞，其中壩左0+069.72m～壩左0+108.274m、壩左0+608.338m～壩左0+816.144m為明挖段，其余均為洞身段，其中壩左0+816.144m～壩左1+231.104m為左岸3#灌漿平洞，洞長(zhǎng)414.96m。洞室圍巖以Ⅲ類為主，少部分IV類圍巖。平洞襯砌段開挖斷面尺寸為3.1m×4.1m(寬×高)，無(wú)襯砌段開挖斷面尺寸為2.5m×3.8m(寬×高)，襯砌斷面為2.5m×3.5m(寬×高)，斷面形式為城門洞型，頂拱為標(biāo)準(zhǔn)半圓形。

2 水庫(kù)巖溶地質(zhì)情況

本工程水庫(kù)左岸發(fā)育有低鄰谷，有下壩支溝、平山?jīng)_溝和魚梁河，低谷河床高程較水庫(kù)正常蓄水位低120m～300m。在庫(kù)區(qū)左岸水落洞槽谷，受水落洞斷層(F4)影響，水落洞槽谷巖溶發(fā)育，地表巖溶洼地、落水洞呈串珠狀發(fā)育，其發(fā)育方向與F4大體一致。庫(kù)區(qū)處于龍崗向斜的北端，小谷光斷層(F1)、尖坡斷層(F2)和長(zhǎng)麻窩斷層(F3)從庫(kù)區(qū)下游通過(guò)，水落洞斷層(F4)從庫(kù)區(qū)水落洞槽谷通過(guò)。庫(kù)區(qū)巖層總體為單斜構(gòu)造，巖層傾上游偏右岸。對(duì)本工程防滲影響較大的為F4斷層。水落洞斷層(F4)發(fā)育于庫(kù)區(qū)左岸水落洞槽谷，該斷層為平移斷層，地層斷距2m～6m，接觸面多閉合。

根據(jù)庫(kù)區(qū)巖溶水文地質(zhì)調(diào)查資料分析，工程區(qū)域內(nèi)以碳酸鹽白云巖為主，區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育程度除了受巖性控制外，受斷層構(gòu)造控制亦較明顯。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育形態(tài)多種多樣，特別是左岸水落洞范圍內(nèi)巖溶較為發(fā)育。庫(kù)區(qū)巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為溶溝、溶洞、落水洞和一系列大小不一的巖溶洼地及漏斗。根據(jù)巖溶發(fā)育的區(qū)域和成因進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，落水洞3個(gè)、洼地46個(gè)，對(duì)應(yīng)分布面積約22km2，面巖溶率約2個(gè)/km2～3個(gè)/km2。

3 泥槽段支護(hù)工藝原理

在巖溶地區(qū)洞室開挖施工，由于巖溶發(fā)育形態(tài)多種多樣，在開挖洞室之前，巖體處于應(yīng)力平衡的初始應(yīng)力狀態(tài)，洞室開挖后洞壁周邊失去原有巖體的約束，圍巖向內(nèi)變形，圍巖的變形與破壞因巖性、巖體結(jié)構(gòu)和初始應(yīng)力狀態(tài)不同而異。洞室開挖后破壞了洞室四周原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，使洞室四周一定范圍內(nèi)的巖體中應(yīng)力重新分布，當(dāng)巖溶槽內(nèi)的泥石沉積物打破四周巖石應(yīng)力平衡時(shí)，泥夾石沉積物瞬間沖出，造成人員及設(shè)備傷害。

巖溶區(qū)域洞室泥槽段開挖支護(hù)施工工法利用超前導(dǎo)管(鋼花管)對(duì)泥槽段土層內(nèi)部進(jìn)行注漿固結(jié)，灌漿的壓力為0.3MPa～0.5MPa，可提高泥槽段淺層土層應(yīng)力。待強(qiáng)度達(dá)到施工要求后，再采用“超前錨固鋼筋+鋼筋網(wǎng)片+鋼拱架”組合支撐系統(tǒng)的方法進(jìn)行，塌方段超前鋼筋錨固間距按照20cm控制，且超前錨固鋼筋的一端與已加固完成后的鋼拱架連接，在垂直洞軸線方向采用φ25mm鋼筋連接形成整體受力網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片制安后及時(shí)采用鋼拱架進(jìn)行支撐加固，支撐加固完成后采用C20混凝土噴護(hù)封閉，從而形成一個(gè)穩(wěn)定可靠的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，避免土體下滑坍塌，形成安全施工空間。泥槽段洞室開挖施工過(guò)程中采用人工配合機(jī)械開挖，開挖采用短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)形式向洞內(nèi)掘進(jìn)，在掘進(jìn)0.5m后及時(shí)進(jìn)行鋼拱架支護(hù)，如遇大孤石采用鉆孔、小藥量解爆。以此循環(huán)開挖施工，直至泥槽段施工完成。此工法充分利用工地現(xiàn)有施工材料，施工速度快，操作簡(jiǎn)單，安全性高，確保了巖溶區(qū)域泥槽段洞室開挖過(guò)程中的施工安全，控制泥槽段每次開挖進(jìn)尺長(zhǎng)度，支護(hù)系統(tǒng)跟進(jìn)施工，及時(shí)封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系。安全順利地完成泥槽段洞室開挖支護(hù)施工。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

巖溶區(qū)域洞室泥槽段開挖支護(hù)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→掌子面C25混凝土噴護(hù)封閉→灌漿孔鉆孔→超前導(dǎo)孔泥槽淺層灌漿→循環(huán)鉆孔、灌漿→鋼拱架制安→超前錨固鋼筋制安→鋼拱架制安→錨桿制安→鋼筋網(wǎng)片制安→錨噴支護(hù)→下一循環(huán)，直至施工至完整巖面(如圖1)。

圖1 巖溶區(qū)域洞室泥槽段開挖支護(hù)施工工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 泥槽淺層灌漿施工

巖溶地區(qū)洞室開挖時(shí)遇到的泥槽，多為前期流動(dòng)水對(duì)可溶性巖石(碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等)進(jìn)行化學(xué)溶蝕作用造成，泥槽中存在較多泥夾石沉積物，可灌性較差，為確保支護(hù)時(shí)頂部起到整體支撐作用，應(yīng)先采用超前導(dǎo)管對(duì)泥槽外部淺層進(jìn)行灌漿固結(jié)，提高粘結(jié)強(qiáng)度。在灌漿前應(yīng)先進(jìn)行掌子面噴護(hù)封閉，后沿洞穹頂120°范圍內(nèi)的洞輪廓線造孔安裝超前導(dǎo)管，導(dǎo)管入巖部分采用全斷面花管形式布置，導(dǎo)管灌漿采用分序造孔灌注的方式進(jìn)行，灌漿采用純壓式灌注，灌漿壓力為0.3MPa～0.5MPa。

(1)掌子面封閉：灌漿平洞泥槽頂拱塌方段采用C20噴混凝土對(duì)掌子面、洞壁四周進(jìn)行封閉，噴混凝土厚度為20cm。

(2)造孔：采用YT-28手風(fēng)鉆在塌方段頂拱土石渣層進(jìn)行造孔，孔徑不小于40mm，孔深為3m～6m，孔間距20cm～30cm，造孔完成后安裝5～10根長(zhǎng)3m～6m導(dǎo)管(φ32mm鋼花管)。

(3)灌漿：導(dǎo)管灌漿需在噴護(hù)混凝土達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行灌漿，灌漿前采用壓縮空氣進(jìn)行沖洗，沖凈孔內(nèi)巖粉、雜質(zhì)。灌漿采用P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，灌漿壓力為0.3MPa～0.5MPa，灌漿采用純壓式灌漿，分兩序進(jìn)行，灌漿順序自較低端開始向較高端推進(jìn)灌漿。低處灌漿時(shí)，高處孔可用于排氣、排水。當(dāng)高處孔排出濃漿后，可將低處灌漿孔口關(guān)閉，依此類推，直至結(jié)束。漿液的水灰比為 1、0.5兩級(jí)，一序孔可直接灌注 0.5級(jí)漿液，灌漿停止吸漿，延續(xù)灌注 10min 即可結(jié)束。

4.2.2 組合支撐系統(tǒng)施工

(1)在未進(jìn)入泥槽段前，首先立設(shè)3～5榀Ⅰ22mm工字鋼鋼拱架支護(hù)，鋼拱架凈間距為50cm，橫向連接筋間距為50cm，每榀采用7組φ25mm，L=2.5m的錨桿加固。

(2)在已支護(hù)好的鋼拱架上開孔，手風(fēng)鉆通過(guò)造好的孔進(jìn)行超前錨固鋼筋制安，超前錨固鋼筋采用φ25mm、L=6m的鋼筋，一端穿過(guò)已加固好的鋼拱架，另一端錨固在泥槽中，采用鋼筋將超前錨固鋼筋與鋼拱架加固牢靠，開始掌子面渣體清運(yùn)。渣體清運(yùn)采用小型反鏟或裝載機(jī)，拉運(yùn)時(shí)應(yīng)減少對(duì)周圍巖體的擾動(dòng)，當(dāng)進(jìn)尺50cm時(shí)，立即進(jìn)行鋼拱架制安，鋼拱架頂部將超前錨固鋼筋支撐牢固，在垂直洞軸線方向采用φ25mm鋼筋與錨桿連接形成整體受力網(wǎng)。泥槽段范圍內(nèi)鋼拱架支撐間距為30cm，連接鋼筋間距為30cm，當(dāng)泥槽段開挖至原超前錨固鋼筋長(zhǎng)度4m時(shí)，再利用支撐鋼拱架造孔，繼續(xù)制安超前錨固鋼筋，依次循環(huán)直至泥槽段開挖支護(hù)完成。

4.2.3 噴錨、支護(hù)

灌漿平洞泥槽塌方段外側(cè)2m左右?guī)r面鋼拱架支護(hù)完成后，采用C20噴錨混凝土進(jìn)行及時(shí)噴護(hù)封閉，噴護(hù)厚度12cm。

灌漿平洞泥槽塌方段開挖按照0.5m～1.0m分段進(jìn)行，每段開挖組合支撐系統(tǒng)制安加固完成后及時(shí)進(jìn)行C25混凝土(厚20cm)噴護(hù)封閉，噴護(hù)前預(yù)留排水孔，以此循環(huán)支護(hù)，直至塌方洞段施工完成。

4.2.4 泥槽塌方段開挖

泥槽段施工時(shí)，多為泥夾石渣體，施工時(shí)采用人工配合小型機(jī)械開挖，開挖采用短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)形式向洞內(nèi)掘進(jìn)，在掘進(jìn)0.5m～1.0m后及時(shí)進(jìn)行鋼拱架支護(hù)，如遇大孤石采用鉆孔、小藥量解爆，以此循環(huán)開挖施工，直至塌方段施工完成。

5 質(zhì)量控制

5.1 測(cè)量質(zhì)量控制

(1)所有測(cè)量設(shè)備必須檢驗(yàn)合格才能使用，控制測(cè)量采用全站儀做導(dǎo)線控制網(wǎng)，施工測(cè)量采用全站儀進(jìn)行。測(cè)量作業(yè)由富有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員進(jìn)行測(cè)量放線、復(fù)測(cè)。

(2)開挖斷面測(cè)量誤差不大于10cm，相對(duì)于中線的誤差不大于±5cm，斷面間距為5m，對(duì)起伏較大、變徑或轉(zhuǎn)彎段適當(dāng)增加測(cè)繪斷面。

5.2 泥槽段開挖、支護(hù)質(zhì)量控制

(1)泥槽段洞室開挖，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙斷面進(jìn)行，斷面不得欠挖，嚴(yán)禁未支護(hù)野蠻開挖，須遵循短進(jìn)尺，循環(huán)支護(hù)的方式。

(2)超前錨固鋼筋制安后，立即與鋼拱架連接加固，迅速制安鋼筋網(wǎng)片，成為一個(gè)受力整體。

(3)鋼拱架鎖腳錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔。

(4)超前錨固鋼筋施工時(shí)，必須嚴(yán)密注意地質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)深度。

(5)噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行，噴射順序自下而上，素混凝土一次噴射厚度應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并報(bào)監(jiān)理人批準(zhǔn)；分層噴射時(shí)，后一層應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后再行噴射，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層面。

(6)泥槽段開挖終止后，鋼拱架支護(hù)還需繼續(xù)制安至少2m范圍。

(7)施工時(shí)，必須按隱蔽工程要求做好相關(guān)記錄，在質(zhì)檢人員和技術(shù)負(fù)責(zé)人驗(yàn)收復(fù)核后方可進(jìn)入下道工序施工。

(8)加強(qiáng)施工過(guò)程控制，嚴(yán)格按照已批準(zhǔn)的施工方案、方法、工藝技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)督控制。

6 安全措施

巖溶區(qū)域泥槽段洞室開挖施工以人工配合機(jī)械挖掘?yàn)橹?，因此施工安全?wèn)題尤為重要。除應(yīng)嚴(yán)格遵照隧道或地下工程相關(guān)技術(shù)安全規(guī)范與規(guī)程外，還應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)以下幾點(diǎn)安全工作：

(1)實(shí)行班前安全教育制度，做到“安全第一，預(yù)防為主”；

(2)嚴(yán)格按照安全技術(shù)操作規(guī)程進(jìn)行操作，由技術(shù)部門負(fù)責(zé)人按工序進(jìn)行技術(shù)交底，合理組織勞動(dòng)力，明確分工；

(3)作業(yè)地段必須保證足夠的照明。各種電氣設(shè)備和輸電線路有專人進(jìn)行檢查、維修、調(diào)整等工作。所有的動(dòng)力線和設(shè)置都保持在最佳的絕緣和安全狀態(tài)；

(4)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，采取可靠的施工方法和技術(shù)措施保持洞壁的穩(wěn)定；

(5)開挖工作平臺(tái)應(yīng)加固穩(wěn)定，做好安全支護(hù)施工，防止在施工中頂拱及洞壁滑動(dòng)垮塌；

(6)挖出的土渣或石料及時(shí)運(yùn)離洞內(nèi)，不得堆放在灌漿平洞內(nèi)；

(7)施工現(xiàn)場(chǎng)的一切電氣作業(yè)必須由持證電工操作，所有電器設(shè)備必須有可靠的漏電保護(hù)裝置；

(8)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專職安全員，在施工前和施工中進(jìn)行認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理；

(9)加強(qiáng)爆破作業(yè)人員的技術(shù)培訓(xùn)和安全教育，爆破員持證上崗；

(10)做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，在鉆孔過(guò)程時(shí)，密切關(guān)注鉆進(jìn)異常情況，如出現(xiàn)異常掉鉆、卡鉆、進(jìn)尺突然加快等情況，及時(shí)上報(bào)。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)巖溶地區(qū)泥槽段安全風(fēng)險(xiǎn)大，處理時(shí)段較長(zhǎng)的特點(diǎn)，本處理方法在三岔河水庫(kù)工程左岸巖溶區(qū)域灌漿平洞泥槽段洞室開挖的成功應(yīng)用，為本工程的設(shè)計(jì)和施工提供了非常有價(jià)值的指導(dǎo)，保證了施工作業(yè)人員的安全，節(jié)約了工程成本，為實(shí)現(xiàn)安全施工、環(huán)境保護(hù)、控制工程成本、保證項(xiàng)目的按期完成起到了重要的作用，取得了較好的社會(huì)效益。可為類似地質(zhì)條件的工程提供參考和經(jīng)驗(yàn)，在其它類似工程中予以借鑒和推廣應(yīng)用，這具有較大的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)效益。