淺談填塞泵送混凝土在水工隧洞塌方冒頂處理中的應用

李海斌

(中國水電建設集團十五工程局有限公司，西安 712100)

1 工程概況

地處重慶市某水庫壩址位于阿蓬江一級支流某河上游的石鐘溪河段上。水庫以城市供水為主，兼顧農業灌溉、農村居民飲水、鄉鎮居民供水和防洪等綜合效益的中型水利工程。工程擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程663.60m，正常蓄水位661.5m，最大壩高為89.0m，總庫容3170×104m3，設計灌溉面積為853.33hm2。

臨時導流隧洞布置于河流左岸，全長502.4m，城門洞型(5.0m,×7.4m)，于2009年2月1日開工。

2 地質情況概述

在施工過程中，進口出現溶洞及夾泥層，洞身圍巖為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，主要為弱風化巖體，巖性為南津關組的灰巖，為碎裂-鑲嵌碎裂狀結構，巖體中喀斯特發育，且發育裂隙多達十幾條，主要存在F9、F10、F11三條斷層，斷層經ESR測齡，斷層所經歷的距今最近的構造運動時間約為20-35±2.0-3.5萬年，表明斷層不具有活動性。最大為F11斷層，橫跨左壩肩、導流洞隧洞，為壓扭性質，產狀為N60°W/SW∠78°,斷層上、下盤均為南津關和分鄉組地層，垂直斷距約2m，斷層物資主要為角礫巖為主，近地表部分夾有少量黏土，少有方解石脈發育。斷層帶及影像帶中喀斯特發育，巖體破碎，寬度25-35m。

施工期間出現大小塌方數十次；其中樁號0+202.0-0+214.0段為南津關組第二段灰巖，圍巖類別為Ⅴ類，洞身或三倍洞徑范圍內均為新鮮巖體，巖體中裂隙發育，為典型喀斯特地質,巖體破碎，屬層狀,碎裂-鑲嵌結構，開挖過程中產生大面積全斷面垮塌,形成深度達10m、寬度達15m的巨大空腔，并不斷發生孤石、泥夾石墜落現象，情況危急；經數次方案討論，最終采用C20泵送混凝土填塞,待混凝土達7天強度后，在混凝土上采用光面導洞擴挖爆破法開挖成洞,安全快速的實現了隧洞全線貫通，最終于2010年2月實現導流洞工程完工，具備過水條件，為大壩順利開工奠定了基礎。

3 方案比選

根據塌方段現狀，經參建各方協商確定了如下處理方案：

方案一：管棚固結灌漿法與鋼支撐、錨噴法結合法。即先進行管棚施工，隨后進行固結灌漿，后進行小導洞開挖，小導洞開挖完成后進行全斷面清理，最后進行鋼支撐安裝，并進行C20噴射混凝土封閉。此方案每次施工進尺控制在0.5-1.0m，施工程序較多，且無法實現機械施工，安全風險較大，工期較長。

方案二：機械開挖與鋼支撐結合法。即采用挖掘機將垮塌體進行挖裝，每次開挖按照0.5-1.0m控制，且由上而下進行開挖，開挖全部完成后進行鋼支撐施工，最后進行C20噴射混凝土封閉。此種方案雖實現了機械開挖，但依舊安全風險較大，施工工期較長，且出現較大孤石時需要解小后方可挖運，成本較大。

方案三：回填泵送混凝土法。即清理邊墻設計斷面處塌方體，直接安裝模板，在塌方體上進行混凝土澆筑，直至填充完整個垮塌空腔。待到混凝土達到設計齡期后依據設計要求進行洞挖施工，在混凝土中爆破開挖成洞。此方案安全風險較小、施工簡單，工期較小，但成本較大，一般業主不會采納。

經過比選，針對現場垮塌體較多、且較大孤石較多、空腔較深且面積較大的情況，并考慮該段后期將同放空泄洪隧洞結合作為永久泄水洞，故最終采用了回填C20泵送混凝土的方案對該段進行處理。

4 填塞泵送混凝土施工方案

4.1 垮塌體清理

待垮塌部位圍巖穩定后，采用機械、人工輔助對損毀鋼支撐進行清理，局部修復；完成后僅對設計邊墻處垮塌體進行清理，滿足立模及側墻混凝土厚度要求即可。其中的大孤石采用鉆孔、松動爆破解小，挖掘機裝車，運至洞外；清理過程中必須隨時關注垮塌體是否穩定、是否墜石，確保安全后進行，開挖嚴禁從底部向上部挖裝，且不得對完整或穩定鋼支撐擾動。最終確保兩側墻設計斷面外2m即可[1]。

4.2 模板安裝

清理完成后，隨即進行模板安裝。模板安裝在隧洞塌方上游側，采用150×30、150×20及150×10cm鋼模板拼接，內側采用Φ12鋼筋對拉，外側采用Φ48鋼管支撐，確保模板穩定牢固即可。局部采用木模板對空洞進行封閉，確保混凝土澆筑過程中不發生漏漿、跑模。由于斷面較大，模板嚴禁一次型安裝到頂，根據施工計劃，每次澆筑3m，模板安裝高度控制在3-3.5m，隨澆筑隨安裝隨加固。

4.3 混凝土澆筑

混凝土采用C20泵送混凝土，配合比詳見表1；HBT60C混凝土輸送泵泵送入倉，每層混凝土澆筑高度不超過3m。泵管安裝按3次進行，第一次泵管安裝高度3m，進行下半洞澆筑，混凝土自由下落，澆筑至泵管底部；第2次安裝至塌方空腔底部，進行上半洞澆筑，澆筑至距泵管口50cm處停止；第3次安裝至距空腔頂部50cm處，主要澆筑洞頂至空腔部位，直至泵管被混凝土完全覆蓋、混凝土無法泵送為止。

表1 填塞C20泵送混凝土設計配合比 kg/m3

注意每次泵管安裝時間不宜大于混凝土初凝時間，若出現，以施工縫處理。在混凝土澆筑過程中需嚴格控制混凝土塌落度，嚴禁混凝土在倉面內堆積，局部可在確保安全的前提下進行振搗及平倉，確保混凝土澆筑質量。

4.4 混凝土鉆孔爆破

混凝土澆筑完成后，應及時灑水養護，達到7d齡期或抗壓強度≥2.5MPa后進行混凝土鉆孔爆破開挖。開挖方法同洞身石方開挖爆破，先進行小導洞開挖，為全斷面爆破開挖創造臨空面，后進行全斷面擴挖；全斷面擴挖按兩次進行，首次擴挖至距設計斷面50cm，第二次沿設計斷面進行；開挖進尺按1.0m控制。周邊孔間距30cm，光面爆破法爆破，線裝藥量按0.1kg/m控制。爆破完成后根據開挖現狀進行隨機錨桿支護。

5 填塞泵送混凝土施工注意事項

根據現場情況，質量與安全為整個處理施工階段的重中之重，根據施工過程經驗，總結如下：

1)施工需編制專項方案，報監理工程師審核批準后進行。并依據混凝土施工規范要求控制原材質量、混凝土拌和物質量及澆筑過程質量。

2)施工過程中需設專人對垮塌體進行觀察，若發生掉泥、掉石塊及滲水等情況，及時通知下方施工人員盡快撤離，并同時上報監理單位，做好后期支護方案的確定及實施。

3)混凝土澆筑過程中，需嚴格控制混凝土塌落度，一般按140-200mm控制，采用自密實混凝土為最佳。

4)混凝土澆筑過程中，嚴格控制澆筑高度，并設專人對模板進行觀察，隨時對模板進行加固，防止發生跑模或跨模，而造成不必要的損失和不安全事故的發生。

5)混凝土澆筑完成后，及時對混凝土進行灑水養護，確保混凝土質量，避免出現混凝土裂縫。

6)混凝土爆破開挖時，必須由專業的爆破作業人員進行，嚴格按照已批復的施工方案，采用小導洞擴挖法進行，并控制好孔間距及裝藥量，確保混凝土開挖質量及施工安全。

6 結 語

綜上所述，重慶某水庫導流隧洞樁號0+202.0-0+214.0段全斷面塌方運用填塞泵送混凝土處理方案，較其他方案提前45d安全快速實現了全洞貫通，為后期混凝土襯砌贏得了時間，并為大壩工程的順利開工奠定了基礎，取得了較好的經濟、社會效益，可在同條件、同類型隧洞塌方處理借鑒推廣，但該方案勢必會造成工程投資增加、工期延長。