淺談填塞泵送混凝土在水工隧洞塌方冒頂處理中的應(yīng)用

李海斌

(中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，西安 712100)

1 工程概況

地處重慶市某水庫(kù)壩址位于阿蓬江一級(jí)支流某河上游的石鐘溪河段上。水庫(kù)以城市供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村居民飲水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民供水和防洪等綜合效益的中型水利工程。工程擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程663.60m，正常蓄水位661.5m，最大壩高為89.0m，總庫(kù)容3170×104m3，設(shè)計(jì)灌溉面積為853.33hm2。

臨時(shí)導(dǎo)流隧洞布置于河流左岸，全長(zhǎng)502.4m，城門洞型(5.0m,×7.4m)，于2009年2月1日開工。

2 地質(zhì)情況概述

在施工過(guò)程中，進(jìn)口出現(xiàn)溶洞及夾泥層，洞身圍巖為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，主要為弱風(fēng)化巖體，巖性為南津關(guān)組的灰?guī)r，為碎裂-鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，巖體中喀斯特發(fā)育，且發(fā)育裂隙多達(dá)十幾條，主要存在F9、F10、F11三條斷層，斷層經(jīng)ESR測(cè)齡，斷層所經(jīng)歷的距今最近的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)間約為20-35±2.0-3.5萬(wàn)年，表明斷層不具有活動(dòng)性。最大為F11斷層，橫跨左壩肩、導(dǎo)流洞隧洞，為壓扭性質(zhì)，產(chǎn)狀為N60°W/SW∠78°,斷層上、下盤均為南津關(guān)和分鄉(xiāng)組地層，垂直斷距約2m，斷層物資主要為角礫巖為主，近地表部分夾有少量黏土，少有方解石脈發(fā)育。斷層帶及影像帶中喀斯特發(fā)育，巖體破碎，寬度25-35m。

施工期間出現(xiàn)大小塌方數(shù)十次；其中樁號(hào)0+202.0-0+214.0段為南津關(guān)組第二段灰?guī)r，圍巖類別為Ⅴ類，洞身或三倍洞徑范圍內(nèi)均為新鮮巖體，巖體中裂隙發(fā)育，為典型喀斯特地質(zhì),巖體破碎，屬層狀,碎裂-鑲嵌結(jié)構(gòu)，開挖過(guò)程中產(chǎn)生大面積全斷面垮塌,形成深度達(dá)10m、寬度達(dá)15m的巨大空腔，并不斷發(fā)生孤石、泥夾石墜落現(xiàn)象，情況危急；經(jīng)數(shù)次方案討論，最終采用C20泵送混凝土填塞,待混凝土達(dá)7天強(qiáng)度后，在混凝土上采用光面導(dǎo)洞擴(kuò)挖爆破法開挖成洞,安全快速的實(shí)現(xiàn)了隧洞全線貫通，最終于2010年2月實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流洞工程完工，具備過(guò)水條件，為大壩順利開工奠定了基礎(chǔ)。

3 方案比選

根據(jù)塌方段現(xiàn)狀，經(jīng)參建各方協(xié)商確定了如下處理方案：

方案一：管棚固結(jié)灌漿法與鋼支撐、錨噴法結(jié)合法。即先進(jìn)行管棚施工，隨后進(jìn)行固結(jié)灌漿，后進(jìn)行小導(dǎo)洞開挖，小導(dǎo)洞開挖完成后進(jìn)行全斷面清理，最后進(jìn)行鋼支撐安裝，并進(jìn)行C20噴射混凝土封閉。此方案每次施工進(jìn)尺控制在0.5-1.0m，施工程序較多，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械施工，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，工期較長(zhǎng)。

方案二：機(jī)械開挖與鋼支撐結(jié)合法。即采用挖掘機(jī)將垮塌體進(jìn)行挖裝，每次開挖按照0.5-1.0m控制，且由上而下進(jìn)行開挖，開挖全部完成后進(jìn)行鋼支撐施工，最后進(jìn)行C20噴射混凝土封閉。此種方案雖實(shí)現(xiàn)了機(jī)械開挖，但依舊安全風(fēng)險(xiǎn)較大，施工工期較長(zhǎng)，且出現(xiàn)較大孤石時(shí)需要解小后方可挖運(yùn)，成本較大。

方案三：回填泵送混凝土法。即清理邊墻設(shè)計(jì)斷面處塌方體，直接安裝模板，在塌方體上進(jìn)行混凝土澆筑，直至填充完整個(gè)垮塌空腔。待到混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行洞挖施工，在混凝土中爆破開挖成洞。此方案安全風(fēng)險(xiǎn)較小、施工簡(jiǎn)單，工期較小，但成本較大，一般業(yè)主不會(huì)采納。

經(jīng)過(guò)比選，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垮塌體較多、且較大孤石較多、空腔較深且面積較大的情況，并考慮該段后期將同放空泄洪隧洞結(jié)合作為永久泄水洞，故最終采用了回填C20泵送混凝土的方案對(duì)該段進(jìn)行處理。

4 填塞泵送混凝土施工方案

4.1 垮塌體清理

待垮塌部位圍巖穩(wěn)定后，采用機(jī)械、人工輔助對(duì)損毀鋼支撐進(jìn)行清理，局部修復(fù)；完成后僅對(duì)設(shè)計(jì)邊墻處垮塌體進(jìn)行清理，滿足立模及側(cè)墻混凝土厚度要求即可。其中的大孤石采用鉆孔、松動(dòng)爆破解小，挖掘機(jī)裝車，運(yùn)至洞外；清理過(guò)程中必須隨時(shí)關(guān)注垮塌體是否穩(wěn)定、是否墜石，確保安全后進(jìn)行，開挖嚴(yán)禁從底部向上部挖裝，且不得對(duì)完整或穩(wěn)定鋼支撐擾動(dòng)。最終確保兩側(cè)墻設(shè)計(jì)斷面外2m即可[1]。

4.2 模板安裝

清理完成后，隨即進(jìn)行模板安裝。模板安裝在隧洞塌方上游側(cè)，采用150×30、150×20及150×10cm鋼模板拼接，內(nèi)側(cè)采用Φ12鋼筋對(duì)拉，外側(cè)采用Φ48鋼管支撐，確保模板穩(wěn)定牢固即可。局部采用木模板對(duì)空洞進(jìn)行封閉，確保混凝土澆筑過(guò)程中不發(fā)生漏漿、跑模。由于斷面較大，模板嚴(yán)禁一次型安裝到頂，根據(jù)施工計(jì)劃，每次澆筑3m，模板安裝高度控制在3-3.5m，隨澆筑隨安裝隨加固。

4.3 混凝土澆筑

混凝土采用C20泵送混凝土，配合比詳見表1；HBT60C混凝土輸送泵泵送入倉(cāng)，每層混凝土澆筑高度不超過(guò)3m。泵管安裝按3次進(jìn)行，第一次泵管安裝高度3m，進(jìn)行下半洞澆筑，混凝土自由下落，澆筑至泵管底部；第2次安裝至塌方空腔底部，進(jìn)行上半洞澆筑，澆筑至距泵管口50cm處停止；第3次安裝至距空腔頂部50cm處，主要澆筑洞頂至空腔部位，直至泵管被混凝土完全覆蓋、混凝土無(wú)法泵送為止。

表1 填塞C20泵送混凝土設(shè)計(jì)配合比 kg/m3

注意每次泵管安裝時(shí)間不宜大于混凝土初凝時(shí)間，若出現(xiàn)，以施工縫處理。在混凝土澆筑過(guò)程中需嚴(yán)格控制混凝土塌落度，嚴(yán)禁混凝土在倉(cāng)面內(nèi)堆積，局部可在確保安全的前提下進(jìn)行振搗及平倉(cāng)，確?；炷翝仓|(zhì)量。

4.4 混凝土鉆孔爆破

混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，達(dá)到7d齡期或抗壓強(qiáng)度≥2.5MPa后進(jìn)行混凝土鉆孔爆破開挖。開挖方法同洞身石方開挖爆破，先進(jìn)行小導(dǎo)洞開挖，為全斷面爆破開挖創(chuàng)造臨空面，后進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖；全斷面擴(kuò)挖按兩次進(jìn)行，首次擴(kuò)挖至距設(shè)計(jì)斷面50cm，第二次沿設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行；開挖進(jìn)尺按1.0m控制。周邊孔間距30cm，光面爆破法爆破，線裝藥量按0.1kg/m控制。爆破完成后根據(jù)開挖現(xiàn)狀進(jìn)行隨機(jī)錨桿支護(hù)。

5 填塞泵送混凝土施工注意事項(xiàng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，質(zhì)量與安全為整個(gè)處理施工階段的重中之重，根據(jù)施工過(guò)程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下：

1)施工需編制專項(xiàng)方案，報(bào)監(jiān)理工程師審核批準(zhǔn)后進(jìn)行。并依據(jù)混凝土施工規(guī)范要求控制原材質(zhì)量、混凝土拌和物質(zhì)量及澆筑過(guò)程質(zhì)量。

2)施工過(guò)程中需設(shè)專人對(duì)垮塌體進(jìn)行觀察，若發(fā)生掉泥、掉石塊及滲水等情況，及時(shí)通知下方施工人員盡快撤離，并同時(shí)上報(bào)監(jiān)理單位，做好后期支護(hù)方案的確定及實(shí)施。

3)混凝土澆筑過(guò)程中，需嚴(yán)格控制混凝土塌落度，一般按140-200mm控制，采用自密實(shí)混凝土為最佳。

4)混凝土澆筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制澆筑高度，并設(shè)專人對(duì)模板進(jìn)行觀察，隨時(shí)對(duì)模板進(jìn)行加固，防止發(fā)生跑?；蚩缒?，而造成不必要的損失和不安全事故的發(fā)生。

5)混凝土澆筑完成后，及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，確?；炷临|(zhì)量，避免出現(xiàn)混凝土裂縫。

6)混凝土爆破開挖時(shí)，必須由專業(yè)的爆破作業(yè)人員進(jìn)行，嚴(yán)格按照已批復(fù)的施工方案，采用小導(dǎo)洞擴(kuò)挖法進(jìn)行，并控制好孔間距及裝藥量，確?；炷灵_挖質(zhì)量及施工安全。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，重慶某水庫(kù)導(dǎo)流隧洞樁號(hào)0+202.0-0+214.0段全斷面塌方運(yùn)用填塞泵送混凝土處理方案，較其他方案提前45d安全快速實(shí)現(xiàn)了全洞貫通，為后期混凝土襯砌贏得了時(shí)間，并為大壩工程的順利開工奠定了基礎(chǔ)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，可在同條件、同類型隧洞塌方處理借鑒推廣，但該方案勢(shì)必會(huì)造成工程投資增加、工期延長(zhǎng)。