淺談涌水流砂地層塌方處理方法

王寧 劉長林 史志健

摘要：某核電廠所在區域為海陸交界區域，核電廠輔助工程排水隧洞位于海域環境下，塌方區域隧洞埋深28.5m，該區域地質情況復雜，存在孤石、砂層、全風化深槽等不良地質，隧洞采用礦山法開挖，TSP超前地質預報不能有效探測出不良地質，施工過程容易造成塌方。發生類似情況，未及時處理，快速通過，可能會對對施工安全、進度帶來重大風險。

關鍵詞：隧洞；涌水；流砂；快速通過；塌方處理

1 工程概況

某核電廠修建一條排水隧洞，在距海邊215米位置設置一個深度34m的豎井與隧洞聯通，2016年11月，豎井邊坡出現塌腔，隧洞里程約SSK0+53.0位置發生塌方。地面塌腔深度約6.0m，面積約42m2，初步計算塌方量約200m3。

出現塌方前，正在地表對隧洞兩側3m及其頂部1倍洞徑范圍內的地層進行旋噴加固處理。其中，隧洞SSK0+63.0～53.0段旋噴樁已施工完成，SSK0+51.0～ SSK0+43.0段旋噴樁正在施工；隧洞內發現流砂后，立即停止了洞內作業。

發生塌方初步分析原因為，豎井臨近海邊，地表以下6m為回填區，回填材料為塊石及砂土，旋噴樁施工孔為地表水建立通道，在地下水及雨水的滲流作用下發生涌水流砂，導致此次地表出現塌腔。

2 塌方處理方案

2.1 總體方案

從地面及隧道內兩方面進行處理塌方：

第一步：地面處理

1、對地表邊坡塌陷區域采用C25素混凝土分層回填。

2、對邊坡旋噴樁未旋噴的鉆孔采用水泥-水玻璃雙液漿進行封孔。

第二步：洞內塌方處理

1、對塌體進行加固處理，為塌方處理提供施工平臺。

2、塌腔位置孔口及掌子面封閉。

3、在掌子面向前方打設雙層注漿超前小導管。

4、檢查孔施工。地面垂直鉆孔至隧洞范圍和洞內掌子面前方打設超前探孔，一方面探明掌子面前方地層情況，另一方面檢查注漿效果。

5、按照三臺階，且上臺階預留核心土的開挖方法向前開挖，開挖每循環進尺不超過0.5m。

2.2 塌體加固處理

因塌方段地下水豐富導致塌方體附帶流砂，表面松軟，為防止塌體滑動造成二次災害，在處理塌方前需要對塌體進行加固處理。

1、塌體坡腳及坡面加固

對塌體坡腳及坡面堆放袋裝水泥進行加固，鋪設厚度為50cm，若在鋪設過程中袋裝水泥下沉則繼續鋪設，以坡面不再塌陷為止，在鋪設水泥袋的過程中，在塌體內部插入φ42小導管作為塌體排水通道，在小導管外部采用土工布纏繞。在坡腳位置人工挖開縱向2.0m寬的溝槽，堆砌1.5m高度袋裝水泥。

2.3 塌腔位置孔口及掌子面封閉

塌體加固完成后，對塌腔位置孔口及掌字面通過噴射20～50cm混凝土進行封閉，一方面為了防止孔口在地下水作用下產生二次災害，另一方面作為后期小導管注漿的封堵墻。

2.4 塌腔頂部空腔回填灌漿

待噴射混凝土具有一定的強度后，對塌腔進行回填灌漿，漿液采用水泥漿，水灰比1：2，注漿壓力不超過0.2MPa，如耗漿量較大，可調整水灰比，灌漿直至孔口冒漿為止。

2.5 檢查孔施工

地面垂直鉆孔至隧洞范圍內和掌子面超前地質取芯探孔兩種方式檢查加固效果。

1、地面垂直檢查孔：在地面鉆設檢查孔，鉆孔采用GY-100型地質鉆機，取芯。鉆孔深度：如鉆至隧洞范圍時，地質情況為中風化花崗巖，則鉆孔至隧洞中線位置；如隧洞范圍為全風化或強風化花崗巖時，則鉆孔至隧洞底部以下1.0m。

2、掌子面超前探孔：采用地質鉆機在掌子面打設3個超前探孔，并取芯。

鉆孔完成后，根據取芯結果判斷掌子面前方注漿情況，并判斷是否有空腔。鉆孔完成后在孔內安裝鋼管進行灌漿，灌漿采用孔口封閉純壓式灌漿方式，漿液采用水泥漿，水灰比1：2，灌漿壓力0.5MPa～1.0MPa。灌漿過程中安排專人觀察洞內掌子面情況。如耗漿量過大時，漿液可采用水泥-水玻璃雙液漿灌注。

2.6 塌方段開挖、安裝臨時鋼拱架及打設超前小導管。

開挖時需要安裝臨時鋼拱架作為支撐，然后再打設永久支護超前小導管。

根據現場情況安裝3榀臨時鋼拱架后，再打設超前小導管。

1、開挖及臨時鋼拱架安裝

按照分3臺階，上臺階預留核心土的方法開挖，每次開挖循環進尺不超過0.5m，開挖完成后及時安裝鋼拱架，然后掛網噴射混凝土封閉。

開挖時預留核心土的半徑不小于2.5m。開挖擬分5塊進行，每塊開挖范圍約36度，先開挖正頂拱1塊，然后再開挖兩側角的2塊，最后開挖剩余的2塊。

開挖前在掌子面附近存放100個砂袋，開挖過程中如出現突泥或涌砂情況時，立即采用砂袋對突泥涌砂位置封堵，然后再對掌子面前方地層進行注漿加固。

臨時鋼拱架加工尺寸根據現場實測斷面設計。拱架采用在側墻打設錨桿，錨桿直徑25mm，長度L=3.0m，以固定牢固臨時鋼拱架為準。

2、打設超前小導管

（1）超前小導管參數

打設雙層超前小導管，打設角度分別為25°、45°，直徑φ42mm，L=4.5m，環向間距15～20cm，拱部150°范圍，漿液為水泥漿，水灰比為0.8：1，注漿壓力為0.20.5MPa。塌方段匯積大量地下水，漿液可采用水泥-水玻璃雙液漿，水灰比1：1，C：S（體積比）取1：1。注漿壓力0.1MPa～0.3MPa。

（2）超前小導管注漿順序

為保證注漿質量，成孔后分兩序注漿，1序孔注漿間距按照60cm控制，注漿順序由低到高，2序孔可同步注漿。

（3）超前小導管注漿終孔標準：

小導管注漿壓力按照0.2～0.5MPa控制，當耗漿量小于3L/min，持續時間10min，即可停止注漿。

2.7 塌方段二次開挖

雙層注漿超前小導管完成以后，可采用三臺階預留核心土方法對塌方段進行二次開挖。

塌方段支護參數：C25噴射混凝土，厚度300mm，20a型鋼拱架，雙層Φ8鋼筋網。塌方段拱頂235°范圍設置Φ42錨管。

第一步：開挖采用人工配合挖掘機開挖的方式，開挖循環進尺0.5m。

人工開配合挖掘機挖出型鋼安裝位置，塌體作為預留核心土不開挖，開挖過程中觀察隧洞拱部有無異常情況，立即打設鎖腳錨管，拱架安裝到位后及時與鎖腳錨管連接，并及時掛設鋼筋網噴射混凝土封閉。

第二步：按照三臺階向前開挖。

將塌體修整成臺階式，按三臺階向前開挖，為保證安全，塌腔位置密排型鋼拱架。

每循環開挖支護前都應該確保掌子面穩定，開挖前應對松散、不穩定的掌子面采用雙液漿進行灌漿加固。

開挖時注意控制進尺，做“嘗試”性施工：上臺階部分開挖時，若發現滲水、掉塊等現象，應立即停止開挖，封閉已開挖部分，重新注漿加固后再嘗試開挖；必要時應采用全斷面超前帷幕灌漿加固后再行開挖支護。

3 施工監測

為防止局部塌方影響整個隧洞的安全，在處理塌方的過程中必須加強隧洞相關監測，在處理過程中進行以下監測項目：

（1）洞外監測：在排水隧洞塌方處頂部地面布置沉降觀測點，實時監測地面變化情況；

（2）洞內監測：在隧洞通道清理完成，立刻在洞內收斂及頂拱下沉測點向掌子面推進。

（3）塌方體控制階段，加強監測頻率，按照每天2次。

4 結束語

本工程排水隧洞水文地質復雜，施工難度和安全風險高。本工程采取的塌方處理措施，從實際塌方處理情況證明，該方案確認能夠有效的保證現場快速處理，安全通過，為后續類似地質情況隧洞施工和應急處理提供借鑒和參考。通過本次隧洞塌方處理的實踐，積累了項目部對類似塌方處理及通過塌方段的實踐經驗。

（作者單位：中國水利水電第十四工程局有限公司）