喀斯特地區隧洞特殊地質洞段處理方法探討
——以夾巖水利樞紐工程庫尾伏流泄洪洞為例

任慶鈺

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

0 引 言

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程于2015年10月開工建設，計劃工期66個月，該工程由于地處喀斯特典型地區，巖溶發育，地下水分布復雜，在隧洞開挖過程中已產生冒頂、塌方、大溶洞等現象，若處理不及時，將對工程安全、質量、進度產生嚴重影響。本文以貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程為例，列舉施工中出現的冒頂、塌方、大溶洞等典型地質問題，分析問題產生的原因，總結方法和經驗，以期為類似隧洞工程施工提供借鑒。

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程是以供水和灌溉為主，兼顧發電的大(Ⅰ)型水利樞紐工程。工程總體布局以新建夾巖水庫為集中供水水源，水庫為面板堆石壩，壩高154 m，水庫正常蓄水位1 323 m，正常蓄水位以下庫容13.25×108m3。庫尾伏流工程位于大壩上游，由大中天橋泄洪隧洞、小天橋泄洪隧洞2段組成，每段有2條隧洞，隧洞斷面均采用城門洞型斷面，斷面尺寸12 m×16.5 m，設計流量Q=1 670 m3/s(P=5%)，底坡1/1 250，頂拱中心角120°。見圖1。

圖1 V類圍巖洞段開挖支護設計圖

2 隧洞冒頂處理方法

大中天橋2#洞0+033.000～2#洞0+036.000處掌子面左側頂拱2016年6月14日晚發生塌方，洞頂邊坡塌陷坑靠山內一側產生較多裂縫，縫寬0.1～3 cm，裂縫主要為沉陷拉張性質。該處位于玄武巖與灰巖接觸帶，巖體風化強烈，部分為全風化狀態，巖體破碎，為散體結構，圍巖極不穩定。

2.1 邊坡塌陷部位處理

邊坡塌陷部位處理方案具體如下：①采用噴C20混凝土對塌陷部位及隧洞進口邊坡開挖輪廓線與截水溝之間部位進行封閉，塌陷坑封閉前先用黏土充分回填塌陷空腔，回填平整后的坡面行成排水良好的順坡坡面，再在坡面上采用掛網噴C20混凝土厚15 cm封閉，掛鋼筋網規格φ12@200*200。另在塌陷空腔回填時預埋1根DN110灌漿管，以便后期視情況進行水泥砂漿或混凝土回填。②立即對已破壞的坡頂截水溝進行修復，確保排水暢通，防止雨水下滲，危及邊坡安全。③盡快實施洞臉邊坡上的永久錨筋樁深層錨固措施，確保邊坡穩定。

2.2 洞身內處理

2#洞0+035.000～2#洞0+047.000樁號段洞身段支護方案具體如下：①采用雙層超前小導管加強支護，小導管環向間距40 cm，左側塌方部位小導管間距加密至30 cm。雙層超前小導管直徑φ42 mm，壁厚3.5 mm，L=4.5 m，小導管縱向搭接1.5 m。②增設雙層鋼支撐(I20b工字鋼)加強支護，間距為50 cm。外層鋼支撐架立后，在鋼支撐外側掛φ8@200×200鋼筋網片；施打6對共12根φ25，L=4.5 m鎖腳錨桿；焊接φ25@1000連接筋，頂拱加密連接筋至環向間距50 cm；噴C20混凝土20 cm后，再進行內層鋼支撐的施工。內層鋼支撐參數同外層鋼支撐，鋼支撐不能侵占隧洞鋼筋混凝土結構尺寸。③雙層鋼支撐掛網封閉前，應在洞頂及兩側邊墻頂部位置預埋不小于DN110回填灌漿管，為后期回填混凝土工作做準備。④該段邊墻及頂拱原設計系統錨桿進行加強，長度由4.5 m改為6 m，錨桿直徑由Ф25 mm改為Ф28 mm，間排距不變。⑤考慮到該段地質條件極差，邊坡及圍巖穩定性差，建議施工單位加強施工期洞外變形監測與洞內收斂監測，通過監測數據，指導施工，保證安全。

3 溶腔夾泥段處理方法

大天橋2#泄洪洞于2017年3月19日晚開挖至K0+831.000樁號，右側起拱線以上出現一溶洞，溶腔充填物為黏土夾少量塊石，呈可塑狀態，溶腔與洞線斜交；開挖至K0+850.000時全洞斷面均位于溶洞內，溶腔內充填物為黏土夾少量大塊石，可塑狀態，有少量滲水，局部含水量增大，充填物由可塑狀態變為軟塑狀態；開挖至K0+853.000時掌子面及洞頂發生垮塌，之后處于停工狀態，掌子面前方及洞頂形成較大的空腔，洞壁仍不穩定。在爆破震動、雨季雨水下滲水量增加等易引發洞壁進一步垮塌。見圖2。

圖2 大天橋2#泄洪洞K0+831.000樁號垮塌情況

3.1 垮塌部位處理方法

為防止繼續垮塌，對2#泄洪洞掌子面K0+853.500進行反壓回填，對溶腔拱腳以下采用石渣回填，頂拱以上回填混凝土，石渣堆放后形成對K0+853.500段頂拱的支撐，通過反壓回填可以為塌方部位起到加固作用，防止塌方進一步擴大，并起到工作平臺的作用。溶洞區域段采用泵送C20混凝土回填，回填厚度為開挖頂拱以上3 m。混凝土厚度3 m上部再吹填1～2 m砂層緩沖，確保洞室安全。

3.2 溶腔夾泥洞段處理方法

具體處理方法如下：①隧洞支護采用φ108×6 mm注漿大管棚+工字鋼強支護形式。②大管棚布置在隧洞頂拱120°范圍，鋼管間距40 cm，共47根鋼管，鋼管仰角6°。泄洪洞頂拱巖體段利用大管棚管身預留的注漿孔進行注漿加固圍巖，以增加圍巖的穩定性，注漿孔徑為20 mm，孔間距為20 cm，呈梅花型布置。水泥砂漿注漿壓力初定為0.5～1 MPa，注漿量不大于150 kg/延米控制，砂漿濃度、灌漿壓力及注漿量宜根據現場情況進行調整。③大管棚鋼管內設置4根C16鋼筋組成的鋼筋束。④工字鋼在Ⅴ類圍巖支護斷面的基礎上，增設0.5 m間距雙層工字鋼，系統錨桿長度加長至9.0 m。⑤溶洞段開挖支護施工，沿高程方向分五序進行開挖，單序高度不大于4.0 m，以防止高差過大，發生危險。⑥開挖完成后，根據鋼支撐外側溶洞內的圍巖穩定情況，確定是否進行下一步處理方案。⑦施工時應加強安全巡視檢查，加密隧洞變形監測，發現安全隱患及時通知施工隊伍，短進尺，弱爆破，強支護，確保人員和財產安全。見圖3-圖7。

圖3 2#泄洪洞K0+853.5特殊洞段支護縱剖面圖(1∶100)

圖4 管棚導管構造圖

圖5 管棚導管橫斷面圖

圖6 隧洞頂拱管棚布置圖

圖7 2#泄洪洞K0+853處溶洞回填砼示意圖(1∶100)

4 溶腔夾塊石處理方法

小天橋開挖至1#洞0+403.000時，掌子面均為大塊石，其間充填碎石黏土，因其形成年代久遠，有一定的重力固結及溶濾鈣化物膠結，僅可短期自穩。開挖至1#洞0+413.500時，洞頂出現垮塌，垮塌后空腔內均為大(巨)塊石，可見大塊石架空現象，其間充填碎塊石及少量黏土，局部見鈣化物膠結現象。

溶腔夾塊石洞段處理方法如下：①隧洞支護采用φ108×6 mm注漿大管棚+工字鋼強支護形式。大管棚長度按15 m為一個循環段實施，下一個循環是否實施及如何支護需根據現場開挖揭露地質情況確定。②大管棚布置在隧洞頂拱120°范圍，鋼管間距40 cm，共47根，鋼管距離隧洞頂拱開挖線間距不大于1.5 m。泄洪洞頂拱巖體利用大管棚管身預留的注漿孔進行注漿加固圍巖，以增加圍巖的穩定性，注漿孔徑為12 mm，孔間距為20 cm，呈梅花型布置。水泥砂漿注漿壓力初定為0.5～1 MPa，注漿量按100 kg/延米控制，砂漿濃度、灌漿壓力及注漿量宜根據現場情況進行調整。③大管棚鋼管內設置4根C16鋼筋組成的鋼筋束。④工字鋼按5類圍巖支護斷面要求制作，鎖腳及系統錨桿長度加長至6.0 m。⑤管棚施工前在隧洞掌子面回填核心土，以提高掌子面的安全性，核心土坡比約1∶1.4。⑥由于1#洞0+403.000～1#洞0+413.500段拱頂空存在部分空腔，擬通過預埋管回填厚1.5 m的C20混凝土加固，混凝土上部再吹填1～2 m砂層緩沖，確保洞室安全。見圖8。

圖8 樁號1#洞0+413.5特殊洞段支護縱剖面圖

5 結 語

本文針對隧洞開挖過程中已產生冒頂、塌方、大溶洞等現象，提出以下方法：①冒頂位置回填覆蓋，相應洞身段小導管+雙層工字鋼支撐；②塌方洞段先回填石渣防止繼續垮塌，同時采用大管棚+雙層工字鋼加強支護；③大溶洞段采用大管棚+鋼筋束加強支護。該方法取得較好工程效果，可供類似工程借鑒。