某工程4-6-3#引水隧洞变形塌方处理典型措施技术

某工程4-6-3#引水隧洞变形塌方处理典型措施技术

李华顺

中国水电建设集团十五工程局有限公司陕西西安710065

摘要：4-6无压隧洞是某工程水文地质条件最差的引水隧洞之一，开挖掘进过程中多次出现较大塌方现象，给施工安全及开挖进度造成极大影响；本文通过对4-6无压隧洞3#支洞下游某变形塌方洞段的处理方法措施介绍，以为同类工程现象处理提供借鉴参考。

关键词：引水隧洞；变形塌方；措施技术

1、工程概况

4-6无压隧洞为马蹄形断面，全长17116m，隧洞进出口之间布设有5条施工支洞将其划分为6个独立洞段，主要采用钻爆法全断面一次开挖，最大开挖洞径B×H=7.3m×7.012m。4-6无压隧洞3#支洞下游D187+595～D187+658洞段开挖掘进时间为2012年11月25日～2012年12月28日期间，其中2012年11月29日掘进至D187+607.5位置时掌子面发生塌方，2012年12月23日完成掌子面塌方处理并恢复掘进。隧洞贯通后于2015年3月27日进行D187+595～D187+658洞段垫层混凝土基础清理过程中，初次发现该洞段范围存在支护型钢拱架较大塌陷变形及喷射混凝土较大范围脱落现象，2015年4月17日该洞段发生较大塌方，塌方段长12m，塌腔深度约6～7m，塌方渣体充满并封闭整个洞室，塌方量约500m3。经现场勘查，该洞段需分两部分进行处理，一是D187+600～D187+608塌方段处理，二是D187+658～D187+608影响变形段处理。

2、地质岩性

根据开挖掘进阶段所揭露地质岩性情况，该洞段围岩类别为V类，岩层为裂隙性溶蚀风化的燧石条带白云质灰岩，灰色～灰白色，隐晶质结构，中薄层状构造，矿物成份以方解石为主，白云石次之，夹少量杂质，为软岩洞段；洞段岩体破碎，节理裂隙发育、短小、不连续，有薄层状红泥充填，为压扭性结构面；岩层产状为278°∠45°，单层厚度5～25cm，岩层倾向与洞轴线夹角较小，受裂隙性溶蚀风化较为严重，开挖后围岩的自稳能力差。该段隧洞埋深85m，地面地貌为河谷边缘地带。

3、原因分析

该洞段范围地质岩性及围岩自稳能力均较差，开挖掘进阶段即在D187+607.5处发生过塌方现象，后采取针对性技术措施对塌方部位进行加固处理，保证了隧洞后续开挖掘进的顺利进行，直至全部隧洞开挖完成未有异常情况出现，说明塌方部位处理妥当。隧洞贯通后进行洞室底板清理过程中开始出现初期支护型钢拱架变形及锚喷混凝土脱落现象，说明洞室底板基础清理对初期支护稳定性产生较大干扰；经现场实地调查，该段落洞室底板清理过程中因泥化现象严重而清理深度较大、清理耗时较长，从而造成部分支护型钢拱架底脚较长时间悬空进而导致变形塌方，因此该洞段底板清理作业是造成洞室变形塌方的主要因素。

针对以上原因，在着手进行塌方部位加固处理的同时应对变形洞段同步加固处理，对侵限的型钢拱架进行拆换以满足后续混凝土衬砌台车的正常操作运行。

4、变形塌方处理

4.1变形段处理

（1）洞底板垫层混凝土加固

因D187+600～D187+608处塌方已将贯通的4-6隧洞3#支洞～4#支洞段封堵，故由4#支洞上游进入至已完成基础清理的D187+658～D187+608段满仓浇筑C30垫层混凝土，并敷设HW150型钢横梁对已发生变形的钢架底脚进行加固，防止现有钢架发生横向位移而引发更大的变形甚至塌方。

（2）洞壁径向固结灌浆加固

因D187+658～D187+608段开挖阶段所揭露岩石多为块状松散体并伴有泥质填充，故对该范围进行径向固结灌浆以加固本段隧洞周边岩体，根据现场锚喷支护变形的实际情况按照环间距3m、每环布设9个孔，初拟右侧洞壁孔深7～8m、左侧孔深4～5m，初拟孔径Φ42mm、灌浆压力1MPa的参数进行洞壁灌注加固，灌注过程可根据现场实际情况对相关参数进行适当调整以保证加固效果达到最佳。

（3）初期支护的拆除与更换

在D187+658～D187+608段固结灌浆完成并等强7天后，由D187+658位置起向上游方向逐榀进占拆除和更换已变形侵限的型钢拱架和喷射混凝土。拆换初期支护前对D187+655向下游方向的3榀未侵占隧洞衬砌混凝土断面的型钢拱架部位径向安装长度L=4m的Φ25mm自钻式锚杆进行固定，径向锚杆的间距为1.5m，环向240°范围布设，全长粘接，外露端头与型钢拱架焊接牢固，确保型钢拱架稳定。初期支护拆换施工顺序为：侵限型钢拱架拆除→重新安装型钢拱架→挂网及连接筋→喷射混凝土→下一循环。

4.2塌方段处理

（1）混凝土拱填塞

对塌腔部位隧洞顶拱以上进行低标号的C20混凝土回填，减缓顶拱上部塌腔继续发展脱落产生的冲击荷载危及下部锚喷支护结构以及作业人员安全。对塌腔上游侧边缘滑落的石渣进行初步平整后采用人工压茬码放编织袋装砂作为横向封口模板，将塌腔部位从上游侧采用泵送高流态C20混凝土填塞封闭，混凝土填塞之前竖直埋设5～6组Φ160mm普通焊接钢管作为注浆回路（进浆管和排气管）。塌腔部位隧洞顶拱以上部分回填混凝土分为3层，每层灌注层厚1m，对应灌浆回路钢管长度分别为2m、3m、4m，以争取在塌腔部位隧洞顶拱形成3m厚度的混凝土拱结构。受混凝土重力作用，浇灌的混凝土拱角与隧洞周边岩石可充分接触，以增加其底脚部位的持力能力，部分混凝土拱结构支承在未清理的渣堆顶部。

图1D187+600～D187+608塌方洞段混凝土拱填塞示意图

（2）锚喷支护加固

混凝土拱灌注完成并等强7天后，先对D187+600上游方向紧邻的3榀不侵占隧洞衬砌混凝土断面的型钢拱架部位径向安装长度L=4m的Φ25mm自钻式锚杆进行固定，径向锚杆的间距为1.5m，环向240°范围布设，全长粘接，外露端头与型钢拱架焊接牢固，确保型钢拱架稳定。然后由D187+599开始向下游方向进占架立型钢拱架并在顶拱180°范围布设长度L=3m的Φ42mm超前小导管进行联合支护加固，超前小导管顶拱部分上扬角度10°，边墙部分外插角度5°，以作为超前棚护按照50cm纵向间距逐榀进行型钢拱架架立。在型钢拱架外侧180°范围敷设双层Φ8mm钢筋网，并环向布设纵向Φ25mm连接筋，完成后及时逐榀喷射混凝土封闭。型钢拱架支立过程中渣料清理分顶拱和边墙两层进行，顶拱处渣料清理完成后及时安装顶拱钢架底脚部位的锁脚锚杆，然后随渣体清理连接边墙部位钢架，型钢拱架基础须坐落在隧洞底板岩石基础上，确保型钢拱架的稳定和安全。钢架架立过程中对侵占隧洞混凝土衬砌断面部分的填充混凝土采取人工风镐修整。

图2D187+600～D187+608塌方洞段拱架支护纵剖面图

（3）边顶拱混凝土

塌方部位支护完成后，采用12m长度的边顶拱式钢模台车及时对D187+600～D187+608塌方处理范围及D187+599上游方向2仓范围进行混凝土衬砌，衬砌混凝土标号为C35W12F200，其龄期达到14天后参照变形段加固灌浆工艺进行径向固结灌浆补强，将塌腔空间分期灌注填满。

5、结语

4-6-3#引水隧洞D187+595～D187+658变形塌方段加固支护处理过程中，充分利用了塌方渣料为临时模板完成顶拱混凝土的填充，以及采取敷设横向底梁的方法完成变形洞段侵限型钢拱架的逐榀拆换处理，整个处理措施效果良好且较为典型，值得类似工程的参考借鉴。