浅析隧道塌方处理技术

内容摘要：本文以古城水电站CⅢ标为例，介绍、分析了该引水隧洞3#洞下游软弱围岩已开挖支护K3+607—K3+635塌方段塌方原因及处理措施

      关键词：隧道   塌方处理   泵送砼 

1.工程概况

古城水电站位于四川省平武县境内的涪江上游干流上，是涪江上游干流水电梯级开发的第二级，为低闸引水式电站。引水隧洞采用高压引水形式，全长约6998m，隧洞底坡i= 3.25‰。引水隧洞断面为圆形，内径9.5m，全线采用钢筋混凝土衬砌和固结灌浆的支护方式，Ⅲ2和Ⅳ类围岩洞段衬砌厚40cm，Ⅴ类围岩洞段衬砌厚80cm。

2.塌方段地质描述

K3+607—K3+660段围岩为通化组上段第二层绢云英千枚岩夹少量粉砂质千枚岩，岩层走向与洞轴线夹角15°—20°。岩体呈灰黑色，微新状，片理极发育，节理不甚发育，多短小闭合，侧壁多见顺层节理，顶拱极少量短小闭合缓倾角节理发育，伴有少量石英脉发育及地下水渗出，围岩类别属Ⅳ类。该段岩体中有一些小的挤压破碎或揉皱带发育，部分夹有少量炭质千枚岩，局部属Ⅴ类围岩。

3.塌方原因及分析

2011年4月16日下午14：30左右，3#洞下游在进行掌子面（K3+675）出碴施工过程中，在K3+620～K3+635已开挖支护段发生大面积塌方。

2011年4月22日凌晨3:15在K3+607-K3+620里程已开挖支护段再次出现大面积塌方，造成刚支立完成4榀型钢拱架及支护台车彻底报废。现场施工专职安全员巡视发现围岩有变化，急时通知现场施工人员撤离，没有造成人员伤亡。

塌方发生后业主、设计、监理、施工单位立即到现场查看实际情况，并召开塌方处理专题会议，经过各方对塌方情况的分析，塌方主要原因为岩石不利裂隙组合、节理发育导致无征兆塌方。借鉴以往类似的处理经验，并提出了相对可行的方案进行比选、论证，在保证安全的前提下，充分考虑了处理过程中将会出现的诸多不利因素以及应采取的相应对策，在现场人员、设备配置允许的条件下，最后一致同意先对塌方影响段进行加强支护，待塌方段稳定后，采用机械及人工对砸坏台车、拱架及部分石渣进行清除，然后利用泵送砼回填封闭塌方段空腔，再利用新加工支护台车以K3+607桩号起采用I18工字钢（间距50cm）进行支护，再利用泵送砼回填封闭塌方段空腔，最终通过塌方段的综合处理方案。

4.塌方段处理

根据2011（专）第14期《引水隧洞塌方处理及开挖支护施工方案专题会议纪要》指示精神，先对塌方段进行封堵，采用泵送混凝土对顶部进行混凝土回填施工，再清理两侧边墙，支立钢支撑后进行混凝土浇筑。

4.1施工工艺流程

塌方影响段加强支护     预埋及架设砼泵管      塌方段碴体端头模板封堵、支立 

    泵送C20砼     模板拆除、测量放样     二次开挖进尺     锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护     进入下一循环

4.2塌方处理过程

4.2.1塌方影响段加强支护

在3+580-3+607塌方影响段进行锚网喷及I18型钢钢支撑联合加强支护，确保塌方段不继续扩大范围。钢支撑榀间间距0.5m，环向连接筋φ28mm@1m，L=1m，焊接牢固；锁脚锚杆φ28mm，L=4.5m，每榀8根；系统锚杆φ28mm@1m，L=6m；全断面挂φ8@15cm×15cm钢筋网；喷射C20砼，厚度以覆盖工字钢为准。

4.2.2预埋及架设砼泵管

自塌方段碴体端头（3+607桩号）位置，纵向埋设φ125mm砼泵管3根，泵管端头架设垂直顶拱，高度为2根3m（其中一根备用）、1根10m（用于后期砼回填），架立牢固。

4.2.3塌方段碴体端头模板封堵、支立

①模板采用组合钢模支护(150cm×30cm×5cm)，保证模板具有足够的刚度和稳定性，外面支撑体系选择钢、木组合体系。

②相互连接的模板，模板面要对齐，连接螺栓不要一次紧到位，整体检查模板线形，发现偏差及时调整后再锁紧连接螺栓，固定好支撑杆件脚手架搭设方案

③采用钢管搭设，钢管尺寸采用φ40mm，并使用钢扣件。

④满铺脚手板，严禁探头板，不得高低不平。

4.2.4泵送C20砼

砼采用拌合站集中搅拌， 2台8m3砼罐车运输，1台HB60电动输送泵泵送砼，C20砼回填塌方段两侧边墙及顶拱空腔，前期砼顶拱空  腔回填浇筑厚度3m，两侧边墙空腔回填密实。         

表1  主要机械设备表

该段塌方段空腔砼终凝后，进行二次开挖施工，采取“短进尺，弱爆破”，每循环进尺控制在0.5~1m范围内，确保已浇筑段砼稳定，爆破后先采用机械及人工将砸坏台车、拱架及部分石碴进行清除，塌方空腔利用机械及人工在保证安全的情况下进行排险作业，待碴体稳定后素喷C20砼15cm。

4.2.6锚网喷及型钢支撑联合支护

利用新加工支护台车从K3+607.5桩号起采用I18型钢支护，型钢钢支撑间距0.3m，φ28mm环向连接筋间距0.5m，长度1m，连接牢固，φ28锁脚锚杆，L=4.5m，每榀8根，系统锚杆采用φ28mm螺纹钢，长度L=6m，间距1.5m，空腔部位采用“模喷法”进行处理。

5.塌方处理主要施工时间

5.1第一次泵送砼回填封闭塌方段空腔

2011年5月18日预埋及架设砼泵管，塌方段碴体端头模板封堵、支立；2011年5月20日泵送C20砼，泵送砼总计约381m³；2011年5月22日模板拆除；2011年5月23日至2011年5月25日补喷3+572—3+607段加强支护钢支撑；2011年5月25日测量放样，进行二次开挖，塌方段石碴清运（出碴82车）、扒碴、素喷碴体（16次）；2011年5月26日至2011年6月5日锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护（3+607—3+612.8）。

模板拆除                                泵送砼

5.2第二次泵送砼回填封闭塌方段空腔

2011年6月5日预埋及架设砼泵管，塌方段碴体端头模板封堵、支立；2011年6月7日泵送C20砼，泵送砼总计约365m³；2011年6月9日模板拆除；2011年6月10日测量放样，进行二次开挖，塌方段石碴清运（出碴61车）、扒碴、素喷碴体（14次）；2011年6月11日至2011年6月16日锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护（3+612.8—3+616.4）。

扒碴                               爆破完碴体

5.3第三次泵送砼回填封闭塌方段空腔

2011年6月16日预埋及架设砼泵管，塌方段碴体端头模板封堵、支立；2011年6月20日泵送C20砼，泵送砼总计约308m³；2011年6月22日模板拆除；2011年6月23日至2011年6月28日测量放样，进行二次开挖，塌方段石碴清运（出碴58车）、扒碴、素喷碴体（14次），锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护（3+616.4—3+620.6）。

          模板支立                              模板拆除

5.4第四次泵送砼回填封闭塌方段空腔

2011年6月29日预埋及架设砼泵管，塌方段碴体端头模板封堵、支立；2011年6月30日泵送C20砼，泵送砼总计约365m³；2011年7月2日模板拆除，测量放样，进行二次开挖，塌方段石碴清运（出碴61车）、扒碴、素喷碴体（13次）；2011年7月3日至2011年7月8日锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护（3+620.6—3+623.8）。

          素喷碴体                              泵送砼

5.5第五次泵送砼回填封闭塌方段空腔

2011年7月8日预埋及架设砼泵管，塌方段碴体端头模板封堵、支立；2011年7月9日泵送C20砼，泵送砼总计约323m³；2011年7月11日模板拆除；2011年7月12日测量放样，进行二次开挖，塌方段石碴清运（出碴71车）、扒碴、素喷碴体（8次）；2011年7月12日至2011年7月17日锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护（3+623.8—3+626.8）。            

5.6第六次泵送砼回填封闭塌方段空腔

2011年7月18日预埋及架设砼泵管，塌方段碴体端头模板封堵、支立；2011年7月19日泵送C20砼，泵送砼总计约429m³；2011年7月22日模板拆除；2011年7月23日测量放样，进行二次开挖，塌方段石碴清运（出碴76车）、扒碴、素喷碴体（8次）；2011年7月23日至2011年8月4日锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护（3+626.8—3+636.4）。

           孤石解爆                            型钢支护

5.7塌方影响段加强支护

塌方段于2011年8月12日顺利安全完工，3+5-3+660属塌方影响段，为了确保塌方段不继续扩大范围，需加强支护确保安全，采用锚网喷及I18型钢钢支撑联合支护。I18型钢钢支撑榀间间距0.5m，环向连接筋φ28mm@1m，L=1m，焊接牢固；锁脚锚杆φ28mm，L=4.5m，每榀8根；系统锚杆φ28mm@1m，L=6m；全断面挂φ8@15cm×15cm钢筋网；喷射C20砼，厚度以覆盖工字钢为准。

6. 塌方处理效果

本次塌方处理已于2011年8月17日结束，围岩趋于了稳定，确保了塌方段的安全，掌子面已经开始继续开挖进尺。

7．结束语

7.1由于采用了上述施工方案对K3+607—K3+635段两次地质原因引起的塌方进行了及时处理，该塌方段达到预期的效果：

7.2按照监理、业主的预期塌方处理时间完成，确保了掌子面的继续开挖进尺；极大的确保了施工的安全性，自发生塌方到塌方处理完成，未出现一起安全事故。

参考文献

[1]DL/T5181-2003《水电水利工程锚喷支护施工规范》；

[2]GB50086-2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》；

[3]DL/T5099-1999《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》；

[4]DL/T5109-1999《水利水电工程施工地质规程》；