超前小導管跟管造孔處理塌方段的施工方法

王 強，劉 哲

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

金川水電站位于大渡河上游河段，系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第6級電站，上接雙江口電站，下接巴底電站。金川水電站S211改線公路工程為電站施工期的主要交通干線，主要目的是解決施工期地方交通過壩，工程線路總長5.912 km。公路等級為三級，路面結構型式為水泥混凝土路面。省道S211改線公路沿線沖溝發(fā)育，微、弱風化巖體遍布。金川水電站省道S211改線公路工程新扎溝隧道穿越地層為雜谷腦組上段薄～厚層狀變質細砂巖夾含炭質千枚巖，巖體中結構面發(fā)育，極破碎，呈散體結構，且因洞室走向與巖層走向夾角較小，洞室圍巖穩(wěn)定性較差。在開挖穿越新扎溝口右側的松坪滑坡體過程中，隧道發(fā)生塌方，初步估計此次塌方段長約15 m，塌方石渣約1200 m3。此次隧道塌方呈現(xiàn)出兩個特征:

(1)埋深淺，塌腔距離滑坡體表面僅50 m。在初期，按照監(jiān)理要求對垮塌石渣進行清理過程中，通過安設在地表的觀測墩發(fā)現(xiàn):地表發(fā)生整體沉降，累計達8.1 cm。該情況說明塌腔直至滑坡體表面均為勻質散體結構，塌腔成拱原理對其并不適用，持續(xù)出運垮塌石渣將會有冒頂?shù)奈ｋU;

(2)施工適逢雨季，由于散體結構透水性極強，石渣含水率極高，若采用注漿，吸漿量勢必受到很大影響，漿液滲透半徑將受到了很大限制。

針對該段洞室所處圍巖的特殊情況，并根據(jù)該工程的特點，采用跟管造孔技術解決了軟弱巖層或碎裂、松散結構巖體中超前小導管難以成孔的難題，其成本低、效率高。采用超前小導管跟管造孔技術，可直接進行隧道塌方段開挖。

2 工藝原理

超前小導管跟管造孔技術的關鍵是在鉆桿上套裝超前小導管，其工藝原理是利用楔形偏心鉆頭能夠通過鉆機(YT28氣腿鉆)運轉使鉆頭正轉擴大、反轉縮小的原理，將超前小導管取掉尾椎，套在鉆桿上作為跟管鉆進至設計長度，反轉鉆頭，在跟管的護壁作用下順利撤出鉆桿及鉆頭以達到小導管成孔的目的。

3 施工工藝流程

塌方體素噴封閉→超前注漿小導管施工→上層左半幅開挖支護→上層右半幅開挖支護→中層左右半幅開挖支護→下層左右半幅開挖支護。

4 操作要點

4.1 塌方體素噴封閉

主要對坍塌松散的石渣噴C25素混凝土進行封閉，避免因后期施工擾動造成其繼續(xù)垮塌，同時也起到小導管注漿時止?jié){帶的作用。將噴混凝土封閉厚度控制在10～15 cm，在確保能夠有效止?jié){的基礎上，盡可能控制(減少)注漿后塌方段開挖的工作量。

4.2 超前注漿小導管施工

(1)超前小導管造孔。塌方體素噴封閉完成后，用手風鉆按照設計的環(huán)向間距進行小導管造孔，將小導管孔位控制在一條環(huán)線上。超前小導管漿液滲透半徑初步定為0.5 m。為了確保注漿滲透漿液均處于隧道開挖輪廓外的固結成拱部位，同時減少其他部位不必要的注漿浪費，將超前小導管造孔的上傾角定為10°～20°。由于成巖條件太差，容易出現(xiàn)卡鉆、塌孔等現(xiàn)象，為確保小導管成孔，采用楔形偏心鉆頭造孔，將超前小導管作為跟管跟進，鉆進至設計長度后反轉鉆頭，在跟管的護壁作用下順利撤出鉆桿及鉆頭的造孔方法進行超前小導管造孔(圖1)。

圖1 超前小導管跟管造孔施工示意圖

(2)超前小導管安裝完成后，對小導管造孔面進行素噴混凝土封閉，厚度為10～15 cm。此次噴混凝土的目的是對孔口和超前小導管管體間的空隙進行封閉，起到止?jié){的作用。

(3)超前小導管注漿。采用ZMB－3型活塞式注漿機，電動機容量:3 kW;電動機轉速:1440 r/min;柱塞缸數(shù):1;排漿口膠管內(nèi)徑:32(1.5")mm;進漿口管內(nèi)徑:64(2.5")mm;重量:250 kg;外形尺寸(長×寬×高)1592 mm×480 mm×890 mm;灰漿輸送量:3 m3/h;工作壓力:2 MPa;電動機容量:3 kW;電動機轉速:1440 r/min。

注漿時操作注意事項:待止?jié){層有一定強度時方可注漿，以防止?jié){液從各巖面裂隙中反滲出來;要及早、準確地做好各種實驗配合比，現(xiàn)場嚴格控制各種材料用量，精確地配制混合料;漿液應先經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾，防止雜物進入注漿泵或進入小導管;嚴格控制注漿壓力，以防壓裂開挖面。注漿機壓力應與規(guī)定壓力配套，不宜升壓過快。注漿壓力達到規(guī)定值時應穩(wěn)壓一定時間，以利漿液進一步滲縫;配制的漿液應在規(guī)定的時間內(nèi)用完;注漿壓力:0.3～0.6 MPa(在施工過程中依據(jù)實際情況可進行調整)。對于吸漿量較大的松散破碎帶，通過調整漿液濃度、間歇待凝、摻入一定比例的水玻璃或速凝劑進行控制;采用橡膠軟管有效的做好孔口止?jié){(圖2)，與單向閥相比要經(jīng)濟、方便的多(當注漿壓力達到終壓后，及時將套在小導管上的橡膠軟管折彎，用鉛絲捆住即可)，是一種值得推廣的超前小導管孔口止?jié){控制方法。

圖2 橡膠軟管止?jié){示意圖

4.3 上層左半幅開挖支護

注漿完成并待強后，進行上層左半幅的人工開挖(采用風鎬)施工，在處理出工字鋼位置后及時素噴封閉掌子面，以防止掌子面出現(xiàn)滑塌;安設上層左半幅型鋼鋼架，采用測量儀器確定鋼架架設位置，連接鋼筋與上一榀鋼架連接，及時固定鎖腳錨桿，將型鋼鋼架間距控制在0.5～0.6 m;對安設好的型鋼鋼架噴射混凝土，噴混凝土厚度以蓋住鋼架為宜。

4.4 上層右半幅開挖支護

施工方法與4.3相同。注意與左半幅鋼架相接部位的焊接，盡可能采用螺栓連接與焊接并用的方法以確保焊接質量。

4.5 中層左右半幅開挖支護

保持上層左右半幅施工超前中層5～10 m的情況下進行隧道中層左右半幅的開挖支護施工。采用反鏟輔助人工進行開挖，每次開挖長度不宜超出2榀鋼架的距離。開挖后及時下接型鋼鋼架，并采用連接鋼筋與上一榀鋼架連接，鎖腳錨桿固定后及時噴混凝土。

4.6 下層左右半幅開挖支護

保持中層左右半幅施工超前下層30 m的情況下進行隧道下層左右半幅的開挖支護施工，施工方法與中層左右半幅開挖支護相同。

5 質量安全控制

5.1 質量控制

遵照《隧道工程質量檢驗評定標準》進行施工過程質量控制。施工前，對施工人員進行詳細的技術交底。施工中所用的主要材料在使用之前必須進行檢驗或試驗，合格并經(jīng)監(jiān)理工程師批示后方可使用。施工過程中必須嚴格按監(jiān)理工程師批示的施工技術措施進行施工。下一道工序必須在上一道工序經(jīng)過“三檢”后、再經(jīng)過監(jiān)理工程師檢查驗收、合格后方可進行。施工過程中遇到特殊情況時應嚴格按設計方案中的有關要求編寫出具體的處理方案，及時報監(jiān)理工程師批示，并嚴格按監(jiān)理工程師批示方案執(zhí)行。專職質檢員跟蹤檢查全過程的施工質量，發(fā)現(xiàn)問題，及時整改。

5.2 安全控制

實施塌方處理的施工人員必須遵守隧洞施工安全生產(chǎn)的規(guī)章制度;每天進入工作面時要做好班前安全教育，熟知工作過程中的安全事項，由專職安全人員對施工環(huán)境進行安全觀察，確認安全后，方可批準施工人員進入施工區(qū)，進入施工區(qū)的施工人員必須穿戴好個人防護用具;高處作業(yè)必須配備安全防護設施;非施工有關作業(yè)人員不準進入施工區(qū)域;未經(jīng)批準不準任意拆除安全設施和安全裝置;施工前，加強對機械設備的檢查和保養(yǎng)，確保設備的完好率，嚴禁將施工設備在施工區(qū)域亂停亂放，嚴禁設備帶病工作;施工用電電源的線路架設及安裝應遵照施工供電的有關規(guī)定執(zhí)行;施工現(xiàn)場及作業(yè)點應有足夠的照明，應配置3～4盞鏑燈進行大面照明，以保證撤離通道的照明。

6 環(huán)保措施

加強對空壓機房的保養(yǎng)與維護，并對空壓機設備安裝隔音板，以減少嘈聲對周圍環(huán)境的污染。加強自卸汽車的保養(yǎng)維護，減少汽車廢氣的排放。定期對井內(nèi)的反鏟和裝載機進行檢查保養(yǎng)和維護，減少反鏟、裝載機廢氣的排放。在洞口布置1臺軸流式通風機(SFD－1－N010)進行通風散煙。對洞內(nèi)的施工污水集中處理，達標后排放。施工期間，安排人員每天打掃路面，以保持路面清潔。晴天安排專門的灑水車對場內(nèi)施工道路、施工場地和棄渣場灑水，以保證路面不揚塵。運渣車輛的裝車高度不得超過車廂擋板高度;車輛行駛速度一般不大于20 km/h，以減少施工揚塵。生活垃圾集中堆放，并定期運至指定地點。

7 結語

該施工方法所用的造孔鉆具已經(jīng)獲得了實用新型專利，該施工技術很好的解決了軟弱巖層中超前小導管成孔的難題，完全保證了超前小導管的成孔率，護壁性能好，鉆進效率高，使超前支護施工的質量得到了保證，在很大程度上避免了由于超前支護不足而出現(xiàn)下一循環(huán)頂拱部位的超挖、垮塌現(xiàn)象，施工進度明顯得到提升。在類似地下工程中具有極高的推廣應用價值。