駱 紅 兵

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局，四川 成都 610066)

1 概 述

該段隧洞開挖初期按照水工隧洞的常規(guī)方法，采用超前小導(dǎo)管或超前錨桿注漿+“噴錨網(wǎng)”+型鋼拱架結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，并結(jié)合預(yù)留核心土法突擊支護(hù)，但由于其地下水豐富，半膠結(jié)冰磧層巖石顆粒遇水迅速泥化成泥石流，自穩(wěn)時間極短、塌方頻繁、工程進(jìn)展緩慢。經(jīng)對比分析，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理審查后決定采用水平旋噴樁預(yù)支護(hù)技術(shù)，在隧洞拱頂及周邊形成了封閉的水平旋噴帷幕體，阻斷地下水于開挖斷面外，保障了掌子面足夠的自穩(wěn)支護(hù)時間，確保了工程順利實(shí)施。

2 技術(shù)方案的提出

2.1 施工過程

工程前期是按照Ⅴ類圍巖支護(hù)方法采用超前小導(dǎo)管或超前錨桿+“噴錨網(wǎng)”+型鋼拱架結(jié)構(gòu)、預(yù)留核心土以及長大管棚等方法施工，在其實(shí)施過程中，細(xì)顆粒泥石流從鋼管或錨桿縫隙中流出繼而形成較大塌方。經(jīng)監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主現(xiàn)場多次踏勘，商定采用小導(dǎo)管注漿和密集自進(jìn)式注漿錨桿的方式進(jìn)行處理。實(shí)施中仍出現(xiàn)了多次大規(guī)模的泥石流塌方，每次塌方均需多次小導(dǎo)管注漿和待強(qiáng)，分臺階人工開挖，導(dǎo)致隧洞開挖工期嚴(yán)重滯后。

2.2 原因分析

2012年7月，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理、施工方隧洞專家共同查看現(xiàn)場后，在布侖口～公格爾水電站土建Ⅱ標(biāo)項(xiàng)目部召開了塌方處理方案專題會，分析認(rèn)為產(chǎn)生塌方的原因有以下幾點(diǎn)：

(2)設(shè)計(jì)文件中雖勘探明確了沖溝位置及規(guī)模，但對于此段遇水迅速泥化的第四系冰磧層產(chǎn)狀及地下水情況估計(jì)不足，故采用超前注漿小導(dǎo)管或大管棚進(jìn)行支護(hù)已不能滿足施工進(jìn)度要求。

(3)受季節(jié)性高山雪融水影響，該地段地下裂隙水豐富，掌子面頂部及前方巖體已局部擾動、侵蝕、軟化，滲水通道不明，注漿固結(jié)不能從根本上解決阻水及排水問題。

(4)歷次塌方發(fā)生后，在對塌方體處理尚未達(dá)到預(yù)期固結(jié)效果的情況下，便急促地往前掘進(jìn)搶進(jìn)度，地下水沿掌子面移動使前方巖體遭到侵蝕，開挖揭露過程中導(dǎo)致了塌方體的繼續(xù)發(fā)展與擴(kuò)大。

2.3 傳統(tǒng)處理方案

按照洞室傳統(tǒng)的開挖方法，為確保持續(xù)穩(wěn)步掘進(jìn)，首先要解決地下水問題，在滲水量大且洞頂滲水面集中的部位，結(jié)合型鋼拱架位置，增設(shè)了φ50排水孔，孔深3 m，然后在安裝好的鋼拱架上方打了兩排小導(dǎo)管孔，環(huán)向間距20 cm,花管(φ48鋼管)內(nèi)均插一根φ25的鋼筋，在安裝好的花管內(nèi)進(jìn)行高壓灌漿，水泥漿液水灰比為1∶0.5～1∶0.8，灌漿壓力為0.2～0.5 MPa。灌漿結(jié)束、待強(qiáng)24 h后，進(jìn)行塌方渣料的清除。根據(jù)情況分半拱施工，安裝間距50 cm的I16鋼拱架，用φ25鋼筋進(jìn)行縱向連接、加固，再進(jìn)行掛網(wǎng)、噴30 cm厚的C25混凝土，待其達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行下一循環(huán)的作業(yè)。此種方法雖能進(jìn)尺，但后續(xù)循環(huán)保障性較差，當(dāng)再次遭遇到較多不明滲水通道時，難以保障注漿咬合固結(jié)效果，便會出現(xiàn)較大的塌方。

2.4 水平旋噴樁處理方案

經(jīng)過幾次大塌方后，考慮到地質(zhì)條件的復(fù)雜性，對于后續(xù)長達(dá)120 m的過溝段能否平穩(wěn)、安全通過存在疑慮，為確保工程發(fā)電工期目標(biāo)，經(jīng)多渠道探索分析，邀請了設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主和專業(yè)公司的專家親臨現(xiàn)場商討，通過對小導(dǎo)管注漿、長大管棚注漿、水平高壓旋噴灌漿、全斷面固結(jié)等超前預(yù)加固方案進(jìn)行對比分析，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理審查，決定采用水平高壓旋噴預(yù)支護(hù)方案，在隧洞拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，利用水平旋噴樁的阻水和土體改良加強(qiáng)效應(yīng)，起到對拱頂圍巖超前預(yù)加固的作用。

3 水平旋噴樁方案的實(shí)施

3.1 方案的實(shí)施

按照多方研究決定的方案，2012年8月，項(xiàng)目部對班組長以上的施工人員、現(xiàn)場技術(shù)人員進(jìn)行了水平旋噴樁施工技術(shù)交底，首先對坍塌的渣體坡面采用袋裝干水泥壘砌小臺階并噴射20 cm厚的混凝土封堵以形成止?jié){墻。根據(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，為加固隧洞拱頂?shù)能浫鯂鷰r，在隧洞拱頂施工水平高壓旋噴樁，以起到阻水、固結(jié)作用。

施工時，在隧洞拱部180°范圍形成了長30 m、直徑500 mm的水平旋噴柱，循環(huán)搭接長度為8 m(含工作室)。采用HTG-100型管棚鉆機(jī)打設(shè)水平孔，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，拔出鉆桿且同時通過鉆桿、噴嘴(直徑2.7 mm)以大于35～40 MPa的壓力把配制好的漿液(水泥水玻璃漿液的水灰比為0.8∶1～1∶1)噴射到巖體內(nèi), 借助流體的沖擊力切削軟弱巖層，使噴流射程內(nèi)的軟弱巖體遭受破壞；與此同時，鉆桿一面以一定的速度(20 r/min)旋轉(zhuǎn)，一面低速(15～30 cm/min)徐徐外拔，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌?、膠結(jié)硬化后形成直徑比較均勻、具有一定強(qiáng)度(0.5～8 MPa)的樁體，從而使地層得到加固；當(dāng)旋噴樁相互咬接后,便以同心圓的形式在隧洞拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體, 水平旋噴樁具有阻水效應(yīng)和土體改良加強(qiáng)效應(yīng)，能夠起到防流沙、抗滑移、防滲透的作用，進(jìn)而保證隧洞掘進(jìn)的安全。至9月18日，除仰拱外，共用30 d，順利、安全地通過了擾動塌方段。

3.2 施工要點(diǎn)

(1)在塌方下來的渣堆上, 采用碼砌編織袋的方式對塌方體坡腳進(jìn)行防護(hù)，堆碼成臺階狀并對塌滑體實(shí)施噴漿防護(hù)處理，以防止灌漿時塌方體流動而不能增壓，從而影響灌漿效果。對于局部滲水或集中滲水，埋設(shè)φ50的排水管將其集中引排至封閉面外并安裝球閥，以便冒漿時能隨時關(guān)閉。

(2)水平旋噴灌漿施工時，第一循環(huán)向上傾13%～15%鉆進(jìn)15 m，第二循環(huán)向上傾1%～3%鉆進(jìn)30 m，第三循環(huán)向上傾13%～15%鉆進(jìn)15 m。中心間距35 cm左右，相鄰樁咬合15 cm。鉆孔完畢開始實(shí)施旋噴灌漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為35～40 MPa。進(jìn)行高壓噴漿前，應(yīng)檢查高壓注漿泵，查看泵壓讀數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求(35～40 MPa)，待泵壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求時才能開始噴漿，在孔底高壓噴漿時應(yīng)停留一定時間，然后再緩慢外拔鉆桿，鉆桿每向外拔出0.6 m應(yīng)回拖0.3 m鉆桿，同時高壓噴漿；當(dāng)鉆桿拔至孔口1 m時停止注漿，關(guān)閉漿液通道，再緩慢拔出鉆桿，進(jìn)行封孔作業(yè)。

(3)由于水平旋噴樁施工完成后在頂拱形成了封閉面，上部山體滲水越積越多，形成了較大的水壓力，對已開挖支護(hù)的洞段極為不利。因此，如何排水亦成為一個關(guān)鍵問題。工程中，采用鉆設(shè)長、大排水孔的方式集中排水泄壓。根據(jù)水平旋噴樁施工過程中鉆孔的滲水記錄，在出水較大的孔位上方鉆設(shè)20 m長的排水孔并埋設(shè)花管(φ108鋼管)，以利排水。

(4) 根據(jù)排水孔出水情況，在水量較大且集中的部位采用小導(dǎo)管加強(qiáng)注漿固結(jié)，以避免水平旋噴樁出現(xiàn)斷樁，從而確保拱頂水平帷幕阻水的質(zhì)量。結(jié)合安裝好的鋼拱架，在其上方打小導(dǎo)管、外插角度15°～20°鉆進(jìn)，長度均為6 m，間距25 cm左右，梅花型布置。打好孔后，安裝灌漿花管(φ48鋼管)，為保證管棚的承載力，在每根花管內(nèi)均插一根φ25的鋼筋并注漿，現(xiàn)場根據(jù)鉆孔情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在安裝好的花管內(nèi)進(jìn)行高壓灌漿，水泥漿液比為1∶0.5～1∶0.8，將注漿壓力控制在3～5 MPa。灌漿待強(qiáng)24 h后進(jìn)行小藥量控制爆破開挖。

(5)富水冰磧體引發(fā)的泥石流處理。

在水平旋噴樁穿越冰磧層塌方體過程中，成樁效果是無法直接檢驗(yàn)的，因此，如何保證塌腔處的成樁質(zhì)量控制是關(guān)鍵。該方案中，先施工水平旋噴樁，形成旋噴樁帷幕，在該帷幕下再施工大管棚。帷幕有效地固結(jié)了富水冰磧體圍巖，為大管棚施工創(chuàng)造了條件，大管棚在下部作為骨架，有效地支撐了水平旋噴樁帷幕，管棚水泥漿液充填了拱頂塌腔并固結(jié)了裂隙，加強(qiáng)了帷幕的強(qiáng)度，確保了成樁質(zhì)量，兩者互補(bǔ)，起到了良好的受力及堵漏阻水效果。通過純水平旋噴樁和水平旋噴樁+大管棚(同心圓分層布置，見圖1)兩者相結(jié)合的施工布置，取得了良好的預(yù)支護(hù)及堵漏效果。

圖1 水平高壓旋噴樁+大管棚(同心圓分層)循環(huán)布置圖

(6)處理完成后，繼續(xù)鉆進(jìn)開挖。在不影響正常開挖的情況下，再對該段塌方處進(jìn)行鉆孔埋設(shè)回填灌漿管施工。

(7)加強(qiáng)對塌方洞段及附近洞段圍巖的監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)險情及時排除。

4 結(jié) 語

在新疆克州蓋孜河流域布侖口～公格爾水電站引水隧洞施工中，成功地應(yīng)用了水平旋噴樁預(yù)支護(hù)施工技術(shù)穿越了富水冰磧體，確保了工程進(jìn)度。筆者總結(jié)了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，供參考。

(1)當(dāng)水電站引水隧洞施工中遇到實(shí)際地質(zhì)情況與勘探資料有出入時要及時報(bào)告并停止開挖，經(jīng)多方共同研究，調(diào)整施工支護(hù)參數(shù)，選擇合適的支護(hù)方法后再進(jìn)行施工開挖。

(2)無論含水是采用雙液灌漿或單液灌漿預(yù)加固塌渣體或周圍飽和含水巖層時，必須先阻(排)水后再注漿，才能達(dá)到預(yù)期效果。

(3)在水利水電工程引水隧洞工程施工中，針對富水冰磧體采用水平旋噴樁施工技術(shù)是科學(xué)、可行的。

(4)采用水平高壓旋噴樁，結(jié)合大管棚超前

預(yù)支護(hù)的方法，有利于提高水平旋噴樁的成樁質(zhì)量，保證隧洞開挖安全的可靠性。

(5)在類似小型水工隧洞中施工大管棚或水平旋噴樁，宜將樁體長度控制在20 m以內(nèi)；若過長，兩樁末端的左右距離將增大，且上下角度偏差大，末端咬合質(zhì)量難以保證。在條件允許的情況下，建議掌子面封堵采用加筋混凝土墻體，方能獲得良好的堵漿效果。