模薩溝隧道進口塌方空腔回填處理

杜鵬程

摘要：本文通過錦屏二級水電站模薩溝隧道塌方空腔回填處理的成功經驗，詳細介紹了不良地質造成較大塌方后形成的空腔部位具體回填處理措施。

關鍵詞：隧道；塌腔；回填

1 概述

模薩溝隧道進口段為風化嚴重的粉末狀碳質泥巖，圍巖非常破碎。其中K0+090～K0+117段于2005年2月7日出現了大塌方，塌方后，塌腔右側形成一個較大的滑移面，塌方面距設計開挖拱圈最大高差達17m，塌方長27m，塌方量約為2700m3，至2005年2月12日中午，塌方才停止。為保證模薩溝隧道施工工期，在塌方部位趨于自然拱穩定后，經現場研究決定，暫對塌腔進行噴錨支護，并將原設計的素混凝土襯砌改為鋼筋混凝土襯砌，保證隧道施工過程安全。同時，在襯砌混凝土中預埋Φ110無縫鋼管，確保在完成隧道開挖及圬工施工完成后能順利進行塌腔的處理工作。完成隧道施工后，2005年9月23日，在對模薩溝隧道塌方空腔部位鋼筋混凝土襯砌鉆孔時發現，拱頂出現5～7m松碴堆積體，并伴有滲水現象，且預埋的Φ110無縫鋼管也全部被堵塌碴封堵。

2 確定處理方案

由于模薩溝隧道是錦屏二級水電站場內唯一的出碴通道，洞內出碴重車來往頻繁，且受斷層F20影響，巖體破碎，呈弱～強風化狀，遇水易軟化、膨脹，遇水膨脹后產生的推力作用在砼襯砌上，使隧道進口塌方段直邊墻外表面出現拉應力，形成縱橫交錯裂縫。為確保塌腔處理施工安全及減少對原始支護的破壞，根據現場實際情況，經過多方論證，決定對模薩溝隧道的塌腔處理采取以下處理措施：

（1）洞內直邊墻段采用分序固結灌漿及錨桿束加強支護；

（2）塌方空腔部位采用地表灌注純水泥漿及泵送C20混凝土回填。

3 方案實施

圖1 模薩溝隧道塌方處理斷面圖

對塌方段加固具體處理步驟：第一步對K0+085～K0+124段的左、右側邊墻進行加固處理，先固結灌漿，灌漿深度為9m，灌漿采?、蛐蚩?、多循環方法，再采用3Ф25的錨筋束加強支護，并在邊墻上補打深層排水孔排水減壓，以減小膨脹后的巖體作用在襯砌上的拉應力；第二步對K0+090～K0+119段頂拱進行砼回填，先對頂部的松散體采用水泥漿進行固結灌漿，然后，掃孔對空腔進行C20級砼回填。具體見“圖1 模薩溝隧道塌方處理斷面圖”。

3.1 施工順序

模薩溝隧道進口塌方處理采用流水作業的施工方式。施工順序為：直墻段灌漿、直墻段安裝錨桿束、拱頂灌漿、拱頂回填混凝土、回填拱頂與塌方面接觸灌漿、洞內排水孔。

3.2 施工方法與工藝

3.2.1 搭設腳手架

洞內灌漿孔施工平臺采用鋼管扣件式承重腳手架，工作平臺寬3.5～4.0m，鋼管間距1.5m，層高1.5m，鉆機移動和施工部位鋪5cm厚木板。

腳手架應有足夠的強度、剛度及穩定性，保證在施工期間在可能出現的使用荷載（規定限值）的作用下，不變形、不傾斜、不搖晃。

3.2.2 直墻段固結灌漿

3.2.2.1直墻段造Φ80孔

在K0+085～K0+124直墻段用潛孔鉆造Φ80灌漿孔。為防止塌孔，造孔、安裝灌漿塞及固結灌漿共分三次進行，造孔深度分別為：3.0m、6.0m、9.0m，第二、三次造孔從原孔鉆進為復孔，造孔間距200cm×150cm，呈梅花型布置。具體見“圖2 直墻段灌漿孔布置圖”。

3.2.2.2直墻段安裝灌漿塞

完成直墻段灌漿孔造孔后，安裝灌漿塞，然后進行固結灌漿，灌漿塞安裝要密實，確保灌漿過程中不漏漿。

3.2.2.3直墻段固結灌漿

固結灌漿共分三次，首先進行3.0m灌漿孔固結灌漿，終凝后取出灌漿塞從原孔進行掃孔，鉆進造6.0m灌漿孔，安裝灌漿塞進行6.0m灌漿孔固結灌漿，終凝后取出灌漿塞從原孔進行掃孔，鉆進造9.0m灌漿孔，安裝灌漿塞進行9.0m灌漿孔固結灌漿，灌漿孔為復孔。

考慮到固結灌漿過程中保持壓力平衡及松渣固結均勻程度，每次固結灌漿分Ⅰ、Ⅱ序，首先進行Ⅰ序固結灌漿，然后進行Ⅱ序固結灌漿，Ⅰ、Ⅱ序具體順序見直墻段灌漿孔布置圖3。

因塌方段為斷裂層，滲水部位多，灌漿材料采用水泥—水玻璃漿液，以減少終凝時間，加水泥重量1%的早強減水劑。水泥—水玻璃漿液的注漿壓力為0.1～0.3Mpa，當回漿比重與進漿比重相同時且吸收率小于0.4L/min時，停止注漿。

考慮到邊墻的穩定性，在K0+085～K0+124段拱座及邊墻腳增加間距200cm，Φ80灌漿孔。施工工藝同隧道直墻段灌漿。

固結灌漿完成后，用M20水泥砂漿修復抹平。

3.2.3直墻段安裝錨桿束

直墻段完成固結灌漿后，在K0+085～K0+124段施打3Φ25錨桿束孔，為保證該塌方段砼襯砌穩定，錨桿束孔從灌漿孔掃孔鉆進。錨桿束采用3根Φ25錨桿，L=9.0m，間距200cm×150cm的注漿錨桿束，呈梅花型布置。Φ25注漿錨桿束注漿壓力為0.3Mpa。

3Φ25注漿錨桿束安裝完成后，將錨桿孔口的襯砌砼刻150mm×150mm×50mm的槽，然后再將錨桿外露部位切除，焊接150mm×150mm×10mm的鋼墊板，鋼墊板要緊貼襯砌砼，最后用M20水泥砂漿修復抹平。

3.2.4拱頂固結灌漿

3.2.4.1拱頂段造Φ80孔

完成K0+085～K0+124直墻段固結灌漿后，從隧道內在K0+090～K0+117拱頂段用潛孔鉆造Φ80孔。灌漿孔分布在軸線及軸線兩側，間距為200cm×200cm，呈梅花型布置。具體見“圖3 拱頂灌漿孔布置圖”。

3.2.4.2拱頂段安裝灌漿塞

完成拱頂段灌漿孔造孔后，安裝灌漿塞，然后進行固結灌漿。

3.2.4.3拱頂段固結注漿

考慮到固結灌漿過程中保持壓力平衡及松渣固結均勻程度，每次固結灌漿分Ⅰ、Ⅱ序，首先進行Ⅰ序固結灌漿，然后進行Ⅱ序固結灌漿，Ⅰ、Ⅱ序具體順序見拱頂段灌漿孔布置圖。

因塌方段為斷裂層，滲水部位多，灌漿材料采用水泥-水玻璃漿液，以減少終凝時間，加水泥重量1%的早強減水劑。水泥-水玻璃漿液的注漿壓力為0.1～0.3Mpa，當回漿比重與進漿比重相同時且吸收率小于0.4L/min時，停止注漿。

固結灌漿完成后，用M20水泥砂漿修復抹平。

3.2.5拱頂回填混凝土

根據現場實際情況及測量結果，由于隧道塌方脫空部位高，且進行塌方脫空部位混凝土回填時，隧道拱頂已完成了回填、固結灌漿，如果從隧道洞內直接施打、埋設泵送混凝土管將對原始支護造成極大破壞。根據前期觀察及探測，該段拱頂時常有石渣掉落現象，探測拱頂松渣厚度約5m～7m，且將原預留泵送混凝土管道堵塞。通過分析，決定從隧道塌方部位地表造孔進行塌方脫空部位回填混凝土施工。

模薩溝隧道出口塌方段洞頂覆蓋層厚度見“表1 塌方段覆蓋層厚度表”，“圖4 塌方段覆蓋層剖面圖”。

3.2.5.1.1鉆孔前準備

采用XY-2PCG型地質鉆進行泵送混凝土管道鉆孔，鉆孔前應對鉆孔機具進行全面檢查，包括鉆機機械部份和液壓部份，以保證鉆孔時鉆機正常工作、無異常事故發生，從而加強鉆進效率。

3.2.5.1.2鉆機定位

方向定位：利用鉆機專用鉆塔定位，鉆機立軸確保與孔位垂直；

加固鉆機：為保證鉆孔時鉆機穩固，確保鉆孔精確，在鉆塔下墊枕木減振、固定。

3.2.5.1.3開孔

開孔時必須校正鉆機立軸，使之與孔位垂直。開孔時要求低轉速、低鉆壓，以保證成孔垂直度的精確。

3.2.5.1.4跟管鉆進

由于該段地質復雜，在鉆孔過程中易出現塌孔現象，因此施工中采用鉆進跟管式鉆進方式（即下套管）。鉆孔孔徑為Φ150，套管采用無縫鋼管。

3.2.5.1.5 XY-2PCG型地質鉆成孔方式

鉆孔過程中，采用套管跟管護壁，直到孔底。具體施工過程中采用Φ130鉆具在Φ150套管內鉆取巖芯，鉆具每鉆進0.5m～1.0m套管必須跟進0.5m～1.0m，確保鉆進過程中不出現塌孔現象。

3.2.5.1.6地質取芯

根據現場鉆孔實際情況進行塌方段拱頂地質取芯，取芯采用Φ130鉆具在Φ150套管內鉆取巖芯，鉆具鉆進0.5m～1.0m后，在下套管時進行地質取芯，取芯樣品采用木制箱子放置，做好地質編錄，完成鉆孔后根據地質編錄情況做地質柱狀圖進行地質描述。

3.2.5.2安裝輸砼鋼管

直接采用Φ150套管做為泵送混凝土預埋管，并確保管道暢通，預埋管應距離隧道塌方段回填灌漿部位頂部2.0m，保證回填混凝土施工質量。

3.2.5.3分層泵送混凝土

泵送混凝土采用塌落度為17m～18cm的C20混凝土，C20泵送混凝土配比為水泥：砂：碎石：水=1：2.02：3.57：0.57，減水劑摻量為0.7%（采用C25泵送混凝土配比配置C20泵送混凝土）。

泵送混凝土應根據配合比計算出的每盤材料用量嚴格控制，制漿時應先潤濕攪拌桶后加入配比材料，然后開始攪拌，最后再加外加劑，必須保證攪拌均勻，混凝土泵送過程中要及時做好全面記錄，并取樣，避免發生堵管現象。

考慮到原襯砌砼的承壓有限及受力均勻，泵送混凝土采用分層泵送法，要求對12個泵送孔進行均衡泵送、分層回填，每個泵送孔C20混凝土自流半徑為3.0m，每層回填厚度不超過2.0m。

混凝土泵送過程中，每回填一層將泵送混凝土管向上提2.0m，確保每層回填混凝土厚度為2.0m及保證回填混凝土質量。

3.2.6回填拱頂與塌方面接觸灌漿

考慮到泵送混凝土完成后，由于混凝土水化過程中發生收縮變形，混凝土回填面與塌方面存在一定空腔，故需對回填拱頂與塌方面進行接觸灌漿，接觸灌漿直接從洞頂泵送混凝土管道孔灌漿。

完成回填拱頂與塌方面接觸灌漿后，將泵送混凝土管道孔用混凝土填實。

3.2.7隧道排水

塌方回填處理完成后，考慮到隧道原滲漏水部位滲水壓力大，隧道塌方段抗滲能力差，需進行隧道的排水處理，根據現場實際情況，擬采用半壁管引水法，具體施工方法是：

首先將二次砼襯砌表面有水部位擦干，找出滲水點，以此向下鑿一個暗槽（一般深度、寬度均不小于5cm）至邊墻水溝，埋塑料半壁管，再用水泥-水玻璃膠泥抹平至污工表面（調配好配合比，盡量和混凝土污工表面顏色一致），將隧道滲漏水通過半壁管引至邊墻排水溝內，達到排水目的。

4塌方處理結果

在對模薩溝隧道進口段塌方處理過程中，通過洞內監控量測、地表鉆孔等返回數據與理論數據基本吻合，泵送混凝土實際方量與理論計算方量一致，有力說明了該方案實施的正確性。

隧道塌腔處理完成后持續了兩個多月的收斂監測中，未發現隧道內有任何的變形。因此證明了在實際施工生產中采用以上方案處理隧道塌腔是安全、穩定和有效的。

5結語

以上措施是應用到工程事例中，并取得良好效果的一個施工方法。根據以往經驗，在隧道的施工過程中，由于地質原因，不可避免要造成塌方等事故，我們針對隧道塌方空腔處理基本處理方法是：加強噴錨支護、做拱上拱支護和增加二次支護參數來確保隧道安全。如果在圍巖較差，且隧道埋深較淺，以上方法只能暫時對隧道起到加固作用，在隧道的長期運營過程中，無法從根本上消除安全隱患。因此，我們要在實踐過程中不斷的摸索新的、好的和有效的施工方法，保證我們的施工質量和信譽得到更進一步的提高。