隧洞噴射混凝土空腔的檢查及處理方案探討

羅 勇， 張 衛(wèi) 華， 孫 根 江

(中國安能集團(tuán)第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 概 述

硬梁包水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣冷磧鎮(zhèn)境內(nèi)的大渡河干流上，工程規(guī)模為二等大(2)型，為引水式發(fā)電，引水隧洞為兩條平行布置的隧洞，中心間距60 m，最大開挖洞徑15.64 m，分上、下半洞進(jìn)行開挖，上半洞開挖高度為8.5 m、下半洞開挖高度為7.14 m。

考慮到該引水隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖居多，加上圍巖破碎、滲水、蝕變等多種不利條件影響，為避免拱頂120°范圍內(nèi)噴射混凝土存在空腔而給圍巖形成卸荷空間和沖擊行程，確保引水隧洞下半洞下臥開挖的安全，非常有必要對(duì)上半洞噴射混凝土進(jìn)行空腔檢查，對(duì)有空腔的部位及時(shí)進(jìn)行回填處理。

2 空腔產(chǎn)生的原因

(1)超挖或開挖后未及時(shí)進(jìn)行支護(hù)而導(dǎo)致的局部坍落，施作噴射混凝土前未按要求使用同級(jí)混凝土回填密實(shí)[1]。

(2)濕噴機(jī)操作手操作不當(dāng)，未嚴(yán)格執(zhí)行自下至上的分層噴射混凝土工藝。拱頂噴混凝土混合料在自重作用下易與巖石接觸面出現(xiàn)較大空腔[2]。

(3)鋼拱架及鋼筋掛網(wǎng)阻擋了噴射混凝土與圍巖大面積接觸，在其上形成混凝土殼體而造成縫隙和空腔[3]。

(4)在處理超挖部位或塌方空腔時(shí)，雖然采取了分層多次噴射的工藝措施，但受施工條件限制，仍有部分縫隙和空腔未回填密實(shí)，存在不同程度的縫隙和空腔[4]。

(5)局部洞段因滲水量大，在一定程度上影響到噴混凝土料與基面的粘接性。

3 空腔檢驗(yàn)處理的原則

筆者結(jié)合該隧洞實(shí)際的地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，重點(diǎn)對(duì)以下部位進(jìn)行了檢查及處理：

(1)硬梁包水電站引水隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜，在開挖支護(hù)過程中多次出現(xiàn)塌方，其斷面普遍都存在超挖，因此，需重點(diǎn)對(duì)超挖較大及塌方洞段進(jìn)行檢查并及時(shí)進(jìn)行回填處理。

(2)重點(diǎn)對(duì)Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞段拱頂120°范圍進(jìn)行檢查及處理，并根據(jù)拱頂空腔的大小，選擇適宜的回填方式進(jìn)行回填處理。

4 空腔的檢驗(yàn)方法

4.1 空腔檢驗(yàn)方法的選取

對(duì)于噴混凝土空腔的檢驗(yàn)，常規(guī)的方法主要有地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、鉆孔取芯及機(jī)械設(shè)備造孔等方法，筆者對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)闡述如下：

(1)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)空腔：由于噴射混凝土表面不平整，加上超前小導(dǎo)管、錨桿、鋼筋網(wǎng)片、鋼拱架的影響，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用后其檢驗(yàn)效果不理想[5]。因此，該方法僅適用于對(duì)光滑面探測(cè)混凝土空腔，而難以適用于噴射混凝土空腔探測(cè)。

(2)鉆孔取芯檢測(cè)空腔：由于隧洞噴射混凝土空腔主要集中在拱頂120°范圍內(nèi)，加上拱頂超前支護(hù)工程量大，人工鉆孔取芯檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度大，施工進(jìn)展慢、成本高[6]。

(3)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆孔：主要是采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆孔，鉆孔后再利用登高平臺(tái)由人工采用強(qiáng)光手電筒照射孔內(nèi)進(jìn)行檢查并結(jié)合內(nèi)窺鏡高清攝像頭進(jìn)行孔內(nèi)探測(cè)的方法，該方法簡(jiǎn)單適用，可以進(jìn)行機(jī)械化快速施工，能夠滿足隧洞噴射混凝土空腔檢查的需要。

綜上所述，硬梁包引水隧洞噴射混凝土拱頂120°范圍內(nèi)的空腔檢查主要是采取大型機(jī)械設(shè)備多臂鉆進(jìn)行鉆孔，再利用登高平臺(tái)由人工采用強(qiáng)光手電筒照射孔內(nèi)進(jìn)行檢查的方法進(jìn)行檢查。

4.2 空腔檢查的主要實(shí)施參數(shù)

(1)造孔參數(shù)：沿洞軸線水流方向按照間距5 m布置一組斷面、每組斷面布置3個(gè)檢查孔，單個(gè)檢查孔孔徑為50 mm，孔深原則上按照最大設(shè)計(jì)噴混凝土厚度的1.3～1.5倍長度的孔深進(jìn)行控制，對(duì)于個(gè)別超挖較大的斷面適當(dāng)加深鉆孔，具體情況見圖1。

圖1 檢查孔布置示意圖

(2)引水隧洞拱頂120°范圍內(nèi)小導(dǎo)管密集，在鉆進(jìn)過程中若遇到小導(dǎo)管，需調(diào)整鉆進(jìn)角度或在其旁邊重新開孔鉆進(jìn)，避免破壞超前小導(dǎo)管。

(3)造孔按照設(shè)計(jì)參數(shù)測(cè)量放點(diǎn)并進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記位置使用多臂鉆鉆孔，現(xiàn)場(chǎng)管理人員根據(jù)各斷面超挖測(cè)量資料、設(shè)計(jì)噴混凝土厚度對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行交底，明確鉆孔的孔位、孔深，作業(yè)人員根據(jù)交底要求的參數(shù)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，具體操作如下：

①施工用電原則上就近利用掌子面的施工電源，在無法利用掌子面電源時(shí)采用1臺(tái)300 kW柴油發(fā)電機(jī)供電，柴油發(fā)電機(jī)布置在輕型小貨車上，隨多臂鉆造孔的往前推進(jìn)而移動(dòng)。

②作業(yè)人員的鉆孔深度原則上按照最大設(shè)計(jì)噴混凝土厚度的1.3～1.5倍長度的孔深進(jìn)行控制，在鉆進(jìn)過程中，若有鉆機(jī)突進(jìn)現(xiàn)象時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)作業(yè)，說明拱頂空腔位置已到達(dá)。

③作業(yè)人員在鉆孔深度達(dá)到要求的深度、鉆進(jìn)過程中未發(fā)現(xiàn)有鉆桿突進(jìn)現(xiàn)象時(shí)，即可停止鉆孔作業(yè)。

④鉆孔完成后，逐孔進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)主要是利用12 t隨車吊作為登高檢查平臺(tái)，利用強(qiáng)光手電筒照射孔內(nèi)進(jìn)行檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)有縫隙和空腔的孔洞深入鐵絲至空腔范圍內(nèi)測(cè)量該空腔的范圍，并做好記錄及時(shí)進(jìn)行回填補(bǔ)強(qiáng)處理；對(duì)于檢查合格的孔洞可留置到后期作為混凝土襯砌回填的灌漿孔。

5 針對(duì)空腔采用的補(bǔ)強(qiáng)措施

空腔的補(bǔ)強(qiáng)措施主要是采取壓注水泥漿、M25水泥砂漿及一級(jí)配混凝土等方法，具體措施如下：

5.1 空腔高度小于10 cm的部位

對(duì)于空腔高度小于10 cm的部位，利用拱頂先行已成孔的檢查孔插入φ42 mm鋼管壓注純水泥漿進(jìn)行處理，水灰比先按照0.5∶1實(shí)施，在壓注過程中結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整水灰比，將注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa，采用3SNS型砂漿泵純壓式注入，在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min，回填灌注即可結(jié)束，灌注完成后，用棉紗封堵注漿管以防止?jié){液從管內(nèi)流出。

5.2 空腔高度為10～50 cm的部位

對(duì)于空腔高度為10～50 cm的部位，利用拱頂先行已成孔的檢查孔插入φ42 mm鋼管壓注M25水泥砂漿進(jìn)行處理，要求水泥砂漿具有良好的流動(dòng)性，按照試驗(yàn)室報(bào)送的配比進(jìn)行拌制，砂漿配合比參照表1執(zhí)行。

表1 M25砂漿材料配合比表

M25水泥砂漿注入設(shè)備主要采用3SNS型砂漿泵，采用純壓式注入，注漿壓力可以控制在0.3～0.4 MPa。

5.3 空腔高度大于50 cm的部位

(1)在噴射混凝土階段，提前預(yù)埋φ108 mm鋼管，待噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后接混凝土輸送泵泵送一級(jí)配混凝土。要求混凝土具有良好的和易性，將塌落度控制在150～200 mm。

(2)若在噴射混凝土階段沒有預(yù)埋鋼管，可采取地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行造孔，然后埋設(shè)鋼管接混凝土輸送泵泵送一級(jí)配混凝土，亦可壓注M25水泥砂漿進(jìn)行處理，M25砂漿配合比可參照表1執(zhí)行。

(3)對(duì)于空腔大于50 cm的部位，采用泵送混凝土或壓注M25水泥砂漿。為確保回填過程中不致于對(duì)已噴射的混凝土及型鋼拱架造成破壞，原則上要求分多次進(jìn)行灌注，對(duì)于回填工程量在20 m3以內(nèi)的可以一次性進(jìn)行澆筑，對(duì)于20～40 m3的則要求兩次以上進(jìn)行澆筑，40～60 m3則要求三次以上進(jìn)行澆筑，對(duì)大于60 m3以上的則要求單次澆筑混凝土工程量不得大于20 m3，且相鄰兩次需在前一次灌注完成7～14 d后澆筑下一層。

6 質(zhì)量控制措施

(1)嚴(yán)禁“三無”材料或產(chǎn)品進(jìn)入施工場(chǎng)地。

(2)所有工序要求認(rèn)真填寫詳細(xì)的施工記錄，對(duì)施工中發(fā)現(xiàn)的任何質(zhì)量異常情況都要及時(shí)向技術(shù)人員報(bào)告，提出整改措施。

(3)每道工序開工前必須進(jìn)行技術(shù)交底，嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量“三檢制”和“聯(lián)檢制”，同時(shí)，必須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員、監(jiān)理工程師進(jìn)行質(zhì)量檢查合格后方可進(jìn)入下道工序。

(4)注漿過程中要隨時(shí)觀察注漿效果，分析量測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題必須停工進(jìn)行處理。

7 施工要求及注意事項(xiàng)

7.1 施工要求

(1)拱頂空腔回填預(yù)埋或插入鋼管時(shí)，鋼管端頭應(yīng)插入至拱頂基巖面，與拱頂基巖面的距離要求不大于2 cm，以確保進(jìn)漿管能夠順利進(jìn)漿為宜。

(2)所有漿液、砂漿或混凝土等材料的配合比在施工前必須經(jīng)試驗(yàn)后確定。

(3)施工過程中，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患必須立即停止工作，組織人員進(jìn)行處理，安全隱患不消除不得進(jìn)行除排險(xiǎn)外的其他任何工作。

7.2 施工注意事項(xiàng)

空腔回填噴射混凝土過程中存在隧洞坍塌、注漿液體高壓傷人、粉塵等安全風(fēng)險(xiǎn)，施工中要求注意以下事項(xiàng)：

(1)實(shí)行逐級(jí)安全技術(shù)交底制，凡參加安全技術(shù)交底的人員一定要履行簽字手續(xù)并保存資料，專職安全員對(duì)安全技術(shù)措施的執(zhí)行情況全程進(jìn)行監(jiān)督檢查并作好詳細(xì)記錄。

(2)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保施工人員的安全，拱頂空腔回填原則上要求安排在白天進(jìn)行回填灌注，灌注期間安排專職安全員全程值班，發(fā)現(xiàn)不安全因素必須及時(shí)進(jìn)行處理。

(3)從事高處作業(yè)的人員必須經(jīng)過逐級(jí)的安全教育和指導(dǎo)，并告知崗位存在的危險(xiǎn)性和重要性，方能讓其從事登高工作。

(5)注意用電安全，電工在作業(yè)過程中應(yīng)集中思想，不能麻痹大意，防止操作時(shí)失誤而引起事故。

8 針對(duì)空腔噴射混凝土采取的預(yù)防措施

(1)加強(qiáng)圍巖爆破控制，合理控制循環(huán)進(jìn)尺，對(duì)于開挖循環(huán)進(jìn)尺：Ⅲ類圍巖不大于3 m、Ⅳ類圍巖不大于2 m、Ⅴ類圍巖不大于1 m，以確保開挖斷面具有良好的爆破效果和圍巖基面平整度。

(2)加強(qiáng)超前小導(dǎo)管注漿或超前錨桿施工，開挖后嚴(yán)格執(zhí)行噴射混凝土初噴工藝，按照先初噴混凝土→掛鋼筋網(wǎng)片→型鋼拱架及鎖腳錨桿→復(fù)噴混凝土、系統(tǒng)錨桿的順序施工，鋼筋網(wǎng)片必須緊貼巖面，嚴(yán)禁搭接或貼在型鋼拱架上。

(3)加強(qiáng)對(duì)施工作業(yè)人員的質(zhì)量意識(shí)教育，使每個(gè)作業(yè)人員熟悉并掌握每一道工序的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。噴混凝土作業(yè)時(shí)，要求作業(yè)人員嚴(yán)格按照施工工藝分層施作噴射混凝土。

(4)加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員的責(zé)任心教育，把好每一道施工工序質(zhì)量，尤其是在隧洞拱頂120°范圍內(nèi)噴射混凝土作業(yè)時(shí)，要求現(xiàn)場(chǎng)管理人員旁站監(jiān)督，確保隧洞拱頂120°范圍內(nèi)的噴射混凝土質(zhì)量。

(5)隧洞開挖過程中，當(dāng)出現(xiàn)局部塌方空腔或較大超挖時(shí)，增加雙層鋼筋網(wǎng)、鋼支撐副拱，提前預(yù)埋灌漿管，噴射混凝土分層回填密實(shí)。

9 結(jié) 語

隧洞噴射混凝土空腔的形成原因諸多，若要全面消除空腔，一方面是在施工過程中通過參建各方在現(xiàn)場(chǎng)共同做出努力以盡量減少空腔的形成；另一方面，在噴射混凝土完成后必須及時(shí)進(jìn)行空腔檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的空腔及時(shí)進(jìn)行回填處理，才能完全消除隧洞噴射混凝土缺陷，確保隧洞施工及運(yùn)行安全。