对水工隧洞塌方处理方案的探讨

摘 要：元江县鲁布水库输水低洞在开挖工作紧张有序的推进过程中，发生较大渗水及塌方，严重影响了开挖进度，直接影响到2017年3月隧洞开挖全面贯通的节点工期目标的实现。如何采取有效措施在最短时间内通过塌方段，恢复正常开挖施工，是摆在项目部面前的急需解决的一道难题。根据塌方特点，结合现有施工资源，项目部及时制定了处理技术措施，参建各方根据现场情况充分讨论了我项目部制定的处理措施，认为方案可行，但处理时间较长，后参建各方多轮协商讨论，我项目部再次对处理方案进行优化。按照该方案经过20多天的处理，终于成功穿越塌方段，从而恢复了输水低洞的正常开挖施工。

关键词：水工隧洞；塌方处理；灌浆；超前管棚；方案；探讨

中图分类号：TV672 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0121-02

1 工程简介

鲁布水库位于元江县因远镇伴坤村鲁布河上，距离昆明299km，距元江县城75km。水库总库容为1218万m3，是一个以农业灌溉为主的中型水利枢纽工程，主要建筑物由拦河坝、溢洪道、输水隧洞、灌溉渠道组成，工程等别为Ⅲ等，输水隧洞工程级别为3级，按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。

输水隧洞洞身全长584m，隧洞进口起点高程1633.6m，出口止点高程1623.3m，进出口高差10.3m，底坡i=1/25。闸前有压洞段为方变圆形断面，闸后无压洞段断面为圆变方洞型。隧洞由喇叭口段、有压洞身段、闸室段、无压洞身段、出口明渠段、陡槽和消力池段组成。

隧洞开挖城门洞段断面为：宽2.12m×高2.2m，衬砌后过水断面尺寸为：宽1.42m×高1.5m，有压段开挖断面为：直径D=2.12m圆形，衬砌后过水断面为D=1.42m。

2 地质条件

输水隧洞处在古生界马邓岩群外麦地组，洞身岩性为板岩夹变质粉砂岩、细砂岩，岩层多为薄层状，弱风化或强风化，完整性较差，裂隙发育，有Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类等四种围岩类别，以Ⅲ类围岩居多，其次为Ⅳ类、Ⅴ类围岩。

3 塌方概况

2016年11月25日中午，输水隧洞进口（输0+76～0+79段）在开挖施工时洞顶突然出现塌方伴随着泥沙、石块、渗水滚落下来，塌方体将开挖掌子面塌满，出渣人员立即停止作业，待塌方稳定后再次组织出渣，出渣时泥沙、石块、渗水再次不断塌落，出渣根本无法推进，挖多少，塌落多少，施工再次被迫停止。经向建设方报告，协商后暂停作业，观察下情况后再决定是否继续出渣。

2016年11月27日，塌方发生已过去2d，从塌方体表面看已经稳定，由于工期紧，施工队开挖作业班组再次出渣，当出渣几车后渗水夹杂泥块石渣又不断塌落，根本无法向前推进。塌方体再次塌满开挖掌子面，出渣后又再次塌满，拱顶以上已经出现了较大的空腔，不断听到有石块掉落的声音，并且先前支护好的钢支撑2～4榀已产生变形，靠近出渣处钢支撑变形最为严重，对此，为防止支护好段钢支撑变形继续加大，临时采取钢支撑横向加固，两端抵住已立钢支撑并焊接连接。通过临时紧急加固处理，变形段暂时稳定。

4 隧洞塌方形成原因分析

岩性为板岩夹变质粉砂岩、细砂岩中夹有泥灰岩等遇水软化的软弱夹层，根据设计资料显示，还有宽约10m的断层破碎带。破碎带内多为断层角砾及部分断层泥，胶结差，透水性强。地下水位于洞顶之上，断层上隧洞开挖过程中可能存在地下水呈线状渗入洞内。

按照上述原则我项目部首先组织施工及地质技术人员仔细研究设计地质图及相关地质资料，发现塌方段刚好处在设计确定的断层破碎带内，约长10m。已立工字钢部分变形段刚好在此范围内，由此推断塌方部位为最为软弱地带，在地下水的作用及爆破扰动影响，加上钻爆开挖时未注意采取短进尺、弱爆破、多循环、强支护等开挖方法，种种因素导致塌方的突然發生。

5 塌方处理原则

针对上述情况，参建方及设计多次到现场查看并进行处理方案的讨论研究，建设单位提出了措施有效、耗时不能太长、费用控制在合理范围等制定处理方案的原则，结合该原则综合考虑，项目部提出三个制定处理方案的具体原则：①安全性：确保整个施工期间的人员、设备安全，衬砌完工后不变形。②技术可操作性：充分考虑现场机械设备和操作人员的技能水平，并尽可能降低施工难度。③灵活性好：根据断面形状和尺寸，因地制宜的选择施工方案。④经济合理：即在保证安全、质量条件下的投入最少。

6 变形段及塌方段的处理方案

经查阅隧洞塌方相关资料及公司类似工程的处理经验，制定了处理技术措施，综合各方意见，对方案进行了优化，采取封闭塌方面，塌方体空腔注灌浆，然后注灌浆固结1d后及时采用潜孔钻施钻超前管棚，采取人工开挖短进尺强支护等方法。

为确保处理施工人员、设备的安全，首先进行变形段的处理，然后进行塌方段的处理，具体处理方案如下：

6.1 变形段处理

为防止0+76～0+73段钢支撑（共计2～3榀）变形继续扩大，在变形钢支撑之间增加1榀加密并大超前管棚，顶拱及侧墙作灌浆处理，以此达到固结围岩、阻止变形的目的。

6.1.1 灌浆布孔

钻孔采用YT-28手风钻，孔径？准42mm。钻孔放射形垂直于洞周，且灌浆压力控制在0.15～0.2MPa，固结灌浆孔孔深2.0～3.0m，呈梅花型布置。

6.1.2 变形段施工程序

总体施工程序：测量定位→钻孔→固结灌浆→检查孔施工。

单孔施工程序：测量放点→钻机对位→钻孔→扫孔→冲洗→灌浆→封孔。

6.1.3 钻孔冲洗

灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）要立即进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h时，在灌浆前重新进行裂隙冲洗。

6.2 塌方段处理

6.2.1 处理施工程序

截斷并封闭塌方体→侧边、顶拱围岩破碎体、塌方体灌浆孔钻孔→灌浆→打检查孔→超前管棚支护→短进尺开挖出渣→架设、固定钢支撑→挂网喷C25混凝土。

6.2.2 封闭塌方体及开挖掌子面堆积体

针对塌方体右侧渗水、右上侧源源不断坍塌石块等情况，为保证有足够的人员、设备操作空间，首先采取封闭塌方体，彻底阻断塌方流动体。具体方法如下：

（1）塌方体顶拱采用？准48钢管斜插打入，钢管间距15cm，与工字钢横梁支撑成60°斜交。靠塌方体一侧（内侧）采用木板或铁皮铺设封闭，避免泥沙、淤泥等通过钢管间的缝隙往外流出。

（2）为防止塌方体外流，以及灌浆过程中的漏浆，按照就地取材为原则，采用人工装洞内渣土编织袋分上半部分和下半部分进行堆筑，以此将开挖掌子面及塌方体封闭起来。

6.2.3 塌方体掌子面以及中部、侧墙、顶拱部位灌浆

采用编织袋装渣土封闭塌方体后，对塌方段塌方体向掌子面方向中部、侧墙、顶拱部位进行灌浆。固结、充填灌浆完成7d后，顶拱部位及侧边各打1个检查孔，用以探查其灌浆效果（凝固情况、固结效果等），如达到预期效果，则可以进行超前管棚的施钻，如未达到预期效果则继续灌注。水泥使用新购进的检验合格的P.O42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比1：水0.5～0.8，掺加SW速凝剂来达到预期速凝的效果，灌浆用水直接抽取洞外河沟水使用，灌浆完成后根据实际渗涌水情况随机布置排水孔，孔深大于固结灌浆孔深度，并垂直于岩面布置，排出渗水。

6.2.4 超前管棚施工

在塌方体及周边灌浆达到固结、充填效果后，即开始进行超前管棚施工。

管棚加工：超前管棚采用？准48mm钢管，长6.0m。

管棚布置安装：在靠近塌方体第一榀钢支撑处开始打超前管棚。左右侧从钢支撑立柱0.5m高度位置开始布孔，排距根据实际情况确定，环间距0.15m，外插角5～6°，管棚顶入长度不小于管长的90%。管棚制作尾部宜采用套丝并与注浆器相配套，方便于灌浆。

6.2.5 开挖及加强支护措施

（1）为防止爆破振动，塌方段及断层破碎带开挖采用人工风镐进行短进尺开挖，开挖进尺控制在0.3～0.5m设置1榀14#工字钢钢支撑，钢支撑用？准22钢筋焊接。

（2）锁脚锚杆：先打孔，再注浆，后安插？准22锚杆。孔深3.0m，锚杆长L=3.0m，每侧2根，每榀钢支撑打4根。

（3）支护完成后即用？准6.5挂网钢筋间距0.10m，喷C25混凝土厚15cm。

对于输水隧洞进口塌方段，采取了封闭掌子面、进行周边围岩超前固结、塌方体空腔固结灌浆以及灌浆后及时采用潜孔钻施钻超前管棚、人工开挖短进尺强支护等方法，于2015年12月17日成功穿越塌方段，恢复了低洞进口段正常的钻爆开挖，施工正常。

7 结束语

通过以上处理方案的实施，安全穿越了塌方洞段，通过后续加固处理更加确保了塌方段整个施工期间的安全。经日常观察表明，该段钢支撑、喷护混凝土等临时支护结构表面无裂纹等异常现象。运用上述方法，对输水隧洞塌方段处理效果较好、施工速度较快、工程成本低、安全性高。在今后的隧洞施工中，应加强地质超前预探、预报工作，对前方岩层岩性进行准确预测和判断，以便提前做好穿越塌方段的应急技术处理预案，防止大面积塌方的发生。同时在遇到断层破碎带等不良地质洞段时，采取“短进尺、弱爆破、多循环、强支护”，以此确保开挖稳步推进。鲁布水库水库输水隧洞塌方段的成功处理为以后类似工程塌方处理积累了宝贵的经验，此方法值得在隧洞开挖塌方处理中值得借鉴和应用。

收稿日期：2018-4-15

作者简介：殷圣昌（1970-），男，汉族，云南昆明人，工程师，大专，主要从事施工管理工作。

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