输供水工程隧洞塌方处理措施

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［摘要］文中针对某大型输供水工程隧洞出现的塌方，提出了处理措施。综合运用了超前地质预报、注浆管棚等多种方法，在实际工程取得了良好的效果。一定程度上确保了生产的安全，节约了投资，缩短了处理时间，保证了后续工程的正常实施。

［关键词］输水供工程；塌方处理；措施

1塌方过程

2019年4月19日，某大型输供水工程桩号J16+295处出现塌方。经J6号隧洞上游和J5号隧洞下游现场勘察，初步估算塌方范围为J16+295～J16+258，长度约37m，滑塌堆积渣体最大粒径约1m3，总塌方量约为1600m3。此次塌方造成洞内供电线路损毁，混凝土衬砌施工被迫中断。

2地质围岩情况

此次塌方洞段围岩类别为Ⅳ类，岩性为白垩系下统义县组凝灰岩，砖红～青灰色，凝灰质结构，块状构造，该岩体抗风化能力差，风化之后，渣体呈碎块或散体状，且遇水软化崩解，为较软岩。岩体节理裂隙较发育，多呈微张状，岩屑充填，节理面平直光滑。局部有蚀变现象，岩体整体完整性差，局部较破碎。岩石表面呈潮湿状，局部沿结构面有渗水。

3塌方原因分析

塌方洞段于2017年6月份完成开挖及支护施工，至今完成约22个月。由于围岩岩性为凝灰岩，围岩完整性差较破碎，加之长期受底板积水、洞内潮湿环境及岩体渗水影响，隧洞周边岩体在遇水～失水交替作用过程中的逐渐崩解，使岩体整体结构破坏，长时间蠕变累积致使初期支护型钢拱架挤压变形，导致出现塌方。

4塌方处理措施

4.1塌方体表面封闭。为保证塌方形成堆渣体的稳定，暂不大规模清理，只进行堆渣体表面休整，喷射10～20cm厚C25W8混凝土进行封闭，并为后续处理提供作业条件。4.2塌方洞段两端加固与保护。首先在塌方洞段起向未发生塌方洞段延伸2m对已支护完成部位进行加固处理，采用自钻式锚杆是隧洞周边岩体形成整体，另锚杆与已支立完成钢拱架焊接牢固共同受力，保证稳定与安全。锚杆布设参数为径向间距为1.5m，环向240°，ϕ=22mm，L=2.5m。其次对靠近塌方洞段的18m长Ⅲ类围岩洞段采用加设工16型钢拱架并喷护混凝土进行加固。再次对以上加强支护洞段进行灌浆加固处理。固结灌浆布孔原则，环间距3m，梅花型布置，每环布设6/7个孔。灌浆钻孔深度为3m，采用YT-28气动式手风钻钻孔，灌浆压力1MPa。通过以上综合措施的处理，使临近塌方段的洞段完全处于安全稳定状态，一定程度降低发生二次塌方的风险，同时为塌方段的进一步处理提供条件。4.3塌方洞段钻孔勘探。为确定塌方分布范围、洞顶揭露的塌腔深度等具体情况，采用XY-150型水平钻机进行了钻孔勘探。具体勘探情况见后附J6号上游塌方段探孔示意图1。图1超前探孔布置示意图1号孔于洞室顶部向下50cm、在掌子面处水平向前钻孔，孔深40m，钻孔内全部为虚渣，在33m处遇钢筋网片,套管在39m处断裂，钻头在40m左右处出现泥屑，无法钻进，预测探孔纵向长度接近塌方段长度。2号孔于洞室顶部桩号J16+298处向上钻孔，角度22°，孔深9m，0～5m段为虚渣，5～9m段为空腔。3号孔于洞室顶部桩号J16+301处向上钻孔，角度30°，孔深30m，0～9m段为岩石，9～24m段为空腔，局部有石块，24～30m段为岩石，并且在3号孔钻进过程中发现2号孔内有掉块现象。4号孔于洞室底板向上1.8m、在掌子面左侧水平向前钻孔，孔深13m，钻孔内全部为虚渣，在5m处遇型钢拱架。根据超前勘探情况，可以确定塌方段渣体纵长度40m，渣体堆积最大高度约12m，塌方最大高度约12m。4.4塌方处理措施1）钢拱架支护。按照50cm纵向间距逐榀进行型钢架架立和径向系统支护，型钢拱架外侧180°范围敷设双层∮8mm钢筋网，并环向布设纵向ϕ22mm连接钢筋将已完成置换的型钢拱架纵向连接形成整体，径向锚杆顶拱180°范围内均匀布置，间距1.5m，长度3.5m，每50cm布置一排，梅花形布置，完成后及时逐榀喷射混凝土。完成每榀型钢拱架和喷护施工后及时布设下一排小钢管，然后依次向上游方向逐榀进占施工。原有变形喷射混凝土破拆采用风镐，型钢拱架采用氧气乙炔焊机或电焊机割除。型钢拱架支立结合台阶法清渣分为上下两节，为方便施工，塌方区域断面改为圆拱直墙型，180°以上为圆拱段；底部坐落在已浇筑完成的底板垫层混凝土上，并沿拱脚线附近设置纵向连接工字钢，连接型钢为I16与前四榀型钢拱架焊接，后续安装及时延长安装；底脚设置横向水平支撑，支撑采用I16工字钢，纵向采用ϕ25钢筋连接，从而减少扰动、防止变形，确保整个变形塌方洞段的稳定，每榀钢拱架完成后拱腰部位布设4根锁脚锚杆，锁脚锚杆采用ϕ42、L=3m小钢管，钢拱架锁脚完成后及时喷护，并进行下一循环施工。2）超前小钢管。从塌方洞段端已加固桩号开始布设第一排长度4.5m、直径ϕ42mm超前小钢管，其环向间距30cm，分布范围为顶拱部位180°，顶拱上扬角度10°，排距0.5m，跟随型钢拱架逐排布设。并在小钢管上梅花形布设ϕ8mm灌浆孔。3）超前预注浆。由于塌方洞段前方多为虚渣堆积体或空腔，为避免二期塌方和施工安全，利用布设的直径ϕ42mm小钢管对塌方堆渣体及上部散落岩石进行超前预注浆，使之形成拱壳状结构，减小塌腔上部岩体脱落产生的冲击作用，保证拱壳状结构下部结构稳定与安全。超前预注浆采用纯压灌浆法，灌浆压力不超过0.5MPa，且由于塌方段上部多为虚渣堆积体，岩石较为松散，故采用浓浆灌注，浆液水灰比为0.5∶1。4）塌方岩石清运。待通过超前小钢管灌注水泥浆终凝后，采取分台阶预留核心土渐进式进行开挖，过程中开挖进尺控制在50～100cm、尽可能减少对少扰动。利用装载机及自卸车出渣，每循环开挖完成后及时封闭掌子面及作业平台。考虑可能的变形及大块夹石等因素，隧洞上部预留40cm开挖变形量。

5几点建议

1）塌方洞段在处理过程中要加强监控量测，可采取加密观测断面或者增加观测频度，通过观测数据的整理分析掌握围岩的变形情况。2）塌方洞段堆渣体清理过程中必须及时检查两侧型钢支撑、锚喷支护是否出现变形、裂缝等异常现象，如出现异常现象及时调整施工参数加强支护确保施工安全。3）塌方洞段处理过程一定严把施工质量关，严格落实“三检制”与责任制，认真执行上道工序质量不达标不得转序的要求。特别是型钢拱架的支立，要严格按照执行设计与技术标准要求，拱架拱脚部位必须坐在稳定岩石基础之上，每一榀拱架间连接筋焊接牢固，拱架与超前小钢管之间也应焊接牢固，使之成为共同受力的支护系统，进而保证施工安全与工程安全。

作者:王文江 单位:辽宁水利土木工程咨询有限公司