引洮15號隧洞穿越濕陷性黃土塌方段施工措施

楊中方 楊緒祥

1 工程概況及塌方過程

甘肅省引洮總干渠15號隧洞全長4 762 m，斷面為類馬蹄形，圍巖由可塑～硬塑狀的重粉質壤土、粉質黏土及軟塑狀的粉質壤土等組成，地下水位高于洞頂4 m～37 m，隧洞圍巖屬極不穩定的Ⅴ級圍巖，成洞條件差，在開挖洞壁和掌子面時有線狀甚至面狀水流滲出，隨著水流的滲出伴有流土、突泥等現象發生，圍巖極易坍塌變形。施工掘進到K101+920時隧洞洞壁、掌子面水流滲出明顯增大，掌子面及拱頂出現掉塊及局部坍塌現象，隨后采用噴混凝土封閉掌子面，在噴射混凝土過程中，拱頂坍塌變大并出現了流土、流泥等現象，超前小管棚被坍塌體破壞，噴混凝土無法進行，為安全起見組織工人和機械設備撤離至安全地段。坍塌體持續了14 h，坍塌體填滿了隧洞整個空間。坍塌體長度為20 m、塌方量約為2 500 m3，塌方體的示意圖見圖1。

2 塌方原因分析

由于該段圍巖由可塑～硬塑狀的重粉質壤土、粉質黏土及軟塑狀的粉質壤土等組成，隧洞圍巖屬極不穩定的Ⅴ級圍巖，該土層具有較強的濕陷性，遇水迅速泥化，失去自穩能力。隧洞在開挖過程中洞壁、掌子面中部有1.5 m～2.0 m高位置出現面狀水流滲出，隨著水流的滲出粉質黏土及軟塑狀的粉質壤土遇水膨脹泥化，出現流土、流泥等現象發生，導致塌方。

3 塌方處理方案

3.1 對被擾動已支護段進行加強支護

對塌渣體施作止漿墻并采用C20混凝土進行初噴，封閉掌子面，然后對塌方體外已進行立拱噴錨支護的地段和對混凝土開裂嚴重的洞段進行加強支護，加強段長10 m，設置Ⅰ14鋼架，間距60 cm/榀，拱架腳兩側縱向設[16槽鋼支墊防止沉降，對拱架背部用鋼板墊實，用φ 18鋼筋縱向連接，環間距為 100 cm，噴混凝土與支護形成整體，以防塌方的擴大，施作平孔排水管，間距為100 cm×100 cm，梅花形布置，降低塌渣體水壓力，防止圍巖泥化現象加重。

3.2 大管棚、小導管超前預支護加固開挖土體

1)大管棚、小導管聯合超前支護。大管棚的支護參數為φ 108，L=1 500 mm，環向間距為30 m，兩根之間的搭接為5 m，外插角為2°～3°，并注30號雙液漿，注漿壓力為3 MPa。由于大管棚較長在管棚15 m尾部管棚高出拱頂80 cm，造成超挖嚴重，因此在大管棚5 m位置底部增設φ 42長4 m的超前小導管全環封閉，環向間距為20 cm，搭接長度為2 m，來控制超挖量，塌方處理支護示意圖見圖2。

2)分臺階法開挖，預留核心土。采用短臺階對掌子面的圍巖進行開挖，預留核心土體，上臺階環形導坑人工開挖，核心土及下臺階采用挖掘機開挖，臺階長度3 m～5 m。上臺階開挖進尺控制在1榀鋼架距離，即0.4 m～0.6 m，開挖后立即噴射混凝土封閉周邊輪廓和開挖掌子面;下臺階開挖進尺同上臺階一樣，中部用挖掘機開挖，兩側邊墻輪廓人工刷邊，減少對黃土的擾動，開挖完成后及時噴射混凝土封閉開挖面，之后及時完成支護結構;底拱緊跟下臺階施工，使支護結構及時成環，增強支護效果。上下臺階法開挖施工順序見圖3。

4 坍塌體施工方案及技術措施

4.1 初支施工技術措施

采用先噴射混凝土，后掛網，再噴混凝土增加初支的荷載，掛網錨噴后，再架Ⅰ14型鋼拱架，增加支護阻力，防止流土、流泥和再次塌方等現象發生。加強型支護，主要體現在將兩榀拱架并成一榀使用，間距由原設計的60 cm～100 cm，加密至40 cm，鋼拱架外側全環加設5 mm厚鋼插板，采用φ 18鋼筋連接，環向間距100 cm。噴射混凝土由原設計的15 cm加厚至25 cm，預留沉降變形量為15 cm。拱架混凝土中部全環布φ 6.5×200×200鋼筋網片。對于滲水較大地段，拱墻增加φ 18，長2.5 m的系統錨桿來固定掛設鋼筋網片，對開挖面進行初噴混凝土支護，再進行Ⅰ14拱架安裝。由于土層含水量較大，承載能力差，為穩拱腳，防止拱架下沉，用鎖腳注漿小導管對鋼拱架進行鎖定，每榀鋼拱架施打兩根φ 42鎖腳注漿小導管，管長3 m，注30號雙液漿，注漿壓力為2 MPa，并持壓15 min;兩側拱腳增設[160槽鋼縱向連接加強支撐。

4.2 空腔處理技術措施

初支完成后，在洞內拱頂100°范圍內，以 1.5 m的間距梅花形打入徑向注漿小導管，采用雙液漿回填空腔，超前小導管為φ 42，外插角為50°，長為 7 m，縱向間距為1.5 m，環向間距為50 cm，30號雙液漿，注漿壓力為3 MPa。開挖時經測量，拱頂下沉和周邊收斂較大。為保安全，除施作導管注漿外，在兩側拱腰和邊墻增設徑向注漿鎖腳小導管及注漿小導管，并與拱架焊接牢固，間距為1.0 m×1.0 m，長度為 3 m，壓注30號雙液漿，注漿壓力為2 MPa，并持壓15 min。量測結果顯示:位移速度有明顯的減緩趨勢，拱頂下沉和周邊收斂小于0.02 mm/d，已產生的位移量占總位移量的80%，并無開裂等異常情況出現。

4.3 二襯施工技術措施

及時施作仰拱，仰拱混凝土內部增加橫向鋼拱架，增強仰拱的橫向側壓力，仰拱循環進尺不大于3 m。通過監控量測，圍巖穩定后，及時施作二次襯砌，二次襯砌的厚度為65 cm，之間設有2 m的過渡段。采用C30抗硫酸鹽混凝土，降低水壓應力，加強引排水，加密塑料盲溝，由原設計10 m每道環向塑料盲溝，加密至2 m每道，對水量較大處再增密。

5 結語

工程實踐證明:以大管棚和小導管相結合的超前預支護和預加固措施;上、下臺階法開挖;加強型初支;徑向補強注漿;加強二襯;導管導流降水壓等多種施工措施方法相結合，處理塌方，是可行有效的。安全、高質量的通過了塌方體，使軟塑圍巖得到了加固，圍巖應力得以削弱重新分配，為后期施工及運營安全提供保障。

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