卿 捷

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院監(jiān)理公司 山西太原 030024）

1 工程情況

某引水隧洞始建于上世紀70年代。隧洞全長15 km，由1#至4#斜井及主隧洞構(gòu)成。隧洞結(jié)構(gòu)型式為城門洞型，寬2.6 m，高2.36 m，設(shè)計縱坡為1.5‰，無壓運行，設(shè)計引水流量4 m3/s。引水隧洞經(jīng)過近四十年的運行出現(xiàn)大面積塌方、變形等危險情況，需要進行除險加固。經(jīng)參建方洞內(nèi)踏勘調(diào)查，可見到圍巖地層巖性的隧洞破壞段可分為以下兩類:

一類為2#至4#斜井間洞段，破壞洞段均僅做了噴混凝土（未見錨桿），可見圍巖巖性基本為淺紫紅色粉砂巖、砂巖夾薄層、中厚層紫紅色泥巖，巖層產(chǎn)狀平緩，發(fā)育有近平行于洞軸線的平直光滑的高角度構(gòu)造節(jié)理。幾處塌方較大處，紫紅色泥巖受地下水的影響均已泥化成泥，且泥化泥巖均位于洞頂拱肩處，加之不利的節(jié)理組合，是導(dǎo)致頂板塌落和側(cè)壁滑塌的主要地質(zhì)因素。

另一類為4#斜井以下至出口段，破壞洞段均做了漿砌石襯砌，可見巖性基本為灰色、灰綠色、綠灰色泥巖，受搶險臨時支護遮擋影響，巖層產(chǎn)狀及節(jié)理發(fā)育總體情況不詳。破壞規(guī)模較2#至4#斜井間洞段要大，其中破壞規(guī)模最大處，可見塌落圍巖破碎嚴重，破碎巖塊粒徑一般僅0.05～0.3 m，圍巖塌落拱高度約5.0 m。分析圍巖本身巖質(zhì)軟弱、巖體完整性差，是導(dǎo)致頂板塌落、側(cè)壁滑塌、和底板隆破的主要地質(zhì)因素。

2 除險加固部位的選擇

輸水洞除險加固施工過程中要充分考慮施工中隧洞作業(yè)空間小、光線差的特點及冒頂塌方風險大等各種不利因素，需要制定嚴密的安全施工技術(shù)措施。根據(jù)現(xiàn)場查斟情況決定對引水隧洞損毀較嚴重的10段5 000 m洞段進行加固處理。

3 除險加固措施

其主要工程內(nèi)容為：清淤、鋼筋混凝土襯砌、鋼拱架支護、固結(jié)灌漿、回填灌漿等。

3.1 隧洞塌落石方清理及漿砌石拆除

由于引水隧洞出現(xiàn)的多處大面積塌方、變形，造成隧洞淤積，部分地段積水深度達到2 m以上，首先需要進行的是排水、清淤。水位降下去后及時對塌落石方進行清理和破損漿砌石拆除。

3.2 施工地質(zhì)編錄

施工地質(zhì)主要包括：地質(zhì)編錄、測繪、取樣與試驗等。

隨著洞身石方的掘進，技術(shù)人員要對洞身段測繪洞壁地質(zhì)剖面圖和部分橫斷面圖，通過地質(zhì)編錄和測繪，檢驗前期地質(zhì)勘察資料，預(yù)測可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題，參考研究圍巖的支護及堵水處理措施，選取有代表性洞段安排一定數(shù)量的取樣和試驗工作，全面搜集圍巖地質(zhì)資料，修訂洞室圍巖分類，核定圍巖的各項物理力學(xué)參數(shù)。并采用不同圍巖類別洞段代表性巖石標本備查。

3.3 施工安全保證措施

1）已經(jīng)塌落的石方直接裝渣運至洞外。

2）清理洞頂洞壁危石時須加強安全防護，設(shè)安全拱棚；圍巖較差洞段采用隨機錨桿及進行噴錨支護，開挖一個循環(huán)后及時對開挖斷面和掌子面初噴混凝土封閉，盡快形成拱圈，以保證開挖后的穩(wěn)定；同時初期支護應(yīng)盡快封閉成環(huán)，一方面改善其受力條件，另一方面減少拱頂?shù)某两盗?。由于主洞所處地層結(jié)構(gòu)為砂層及砂卵石夾層地層較為松散，為保證后期工作面穩(wěn)定，必要時設(shè)鋼拱架支護或進行二期混凝土澆筑。

3）洞內(nèi)漿砌石及巖石拆除嚴禁使用爆破。隧洞清理后及時進行錨桿支護，做到短進尺、快支護、強支護、緊封閉、早噴錨、勤觀測，穩(wěn)步前進。對于第三、四段在錨桿支護、襯砌前要安設(shè)鋼拱架支護。

4）利用支拱用的工作臺架，作為臨時防護，工作人員在臺架下施工可以提供安全保障。

5）進行石方清理及漿砌石拆除作業(yè)時，現(xiàn)場配備專職安全員指導(dǎo)施工，對發(fā)現(xiàn)的危石、未能引爆的雷管炸藥等安全隱患要及時排除，必要時停止施工，確認安全隱患排除后再繼續(xù)施工。

3.4 支護工程

支護工程主要包括洞身錨桿、錨筋、鋼拱架的施工。部分地段需拆除原木支撐：拆除木支撐前采用20a型工字鋼在原木支撐的基礎(chǔ)上進行洞頂、洞壁全支撐，鋼支撐間距視情況為0.5～1.0 m。錨桿為Φ25、伸入基巖2.5 m。

洞內(nèi)支護與洞身清理交叉進行，并應(yīng)在每一開挖循環(huán)完成之后立即進行，清理一段，支護一段。清理的進尺根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件確定，圍巖穩(wěn)定性差時，采取短進尺，限制循環(huán)進尺。對圍巖穩(wěn)定性很差洞段，更要及時支護，清理后立即噴混凝土封閉巖面，控制圍巖變形，然后立鋼拱架、安裝錨桿、再掛網(wǎng)噴混凝土。對破碎、松散自穩(wěn)性較差的圍巖，采取超前錨桿或管棚注漿等方法加固巖體后進行清理作業(yè)。

1）錨桿施工

引水隧洞除險加固的錨桿安裝按照隨機錨桿與固定錨桿相結(jié)合的原則進行施工。錨桿施工采用先注漿后插錨桿的方式進行，施工程序為：清除危巖→噴第一層混凝土→造孔→注漿→插錨桿→待凝。

斜向上及垂直向上的錨桿后注漿法施工程序為：測量定位→造孔→洗（沖）孔→安裝錨桿→灌注水泥砂漿→檢測。

錨桿的孔深不小于桿體有效長度，且不大于桿體有效長度30 mm，錨桿的端部必須推至眼底，錨桿尾部外露長度不大于30 mm，錨桿孔內(nèi)的巖粉必須吹洗干凈。錨桿孔的軸向偏差不大于5°。拉拔力試驗：在施工28 d后隧洞的支護錨桿，按連續(xù)作業(yè)面每100根錨桿隨機抽查三根進行拉拔力試驗。

錨桿安裝完成后需要逐根編號，列表匯總，并繪制詳細錨桿位置圖存檔。

2）初支背后回填灌漿

對存在的軟弱、破碎圍巖時，采取間距0.5 m的20a型鋼拱架加強支護；施工時首先在頂拱范圍內(nèi)采取Φ25 mm、L＝4.5 m、間距為0.5 m超前錨桿支護，錨桿仰角為22°～25°，鋼支撐頂拱與超前錨桿相連，兩側(cè)與系統(tǒng)錨桿連接，縱向采用Φ25間距0.9 m連接筋。進洞時，在完成坡面支護和鎖口錨桿后，進洞前先安裝一榀鋼拱架，鋼拱架緊貼巖面，用錨桿固定，在鋼拱架拱部外緣制安超前錨桿，在鋼支撐和超前錨桿的支護下，對原木支撐拆除。在隧道初期支護成環(huán)后，要及時對已成環(huán)的部分進行初支背后注漿。根據(jù)設(shè)計圖紙要求，在初支拱部的背后預(yù)埋注漿管。初支背后注漿漿液采用單液水泥漿，采用分序注漿，先稀后濃，自低向高方式。回填灌漿壓力為0.2～0.3 MPa，在此規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5min即可結(jié)束。

初支背后回填灌漿的目的是填充支護背后的空隙和加固因施工而被擾動的土體，從而減少地層和地表沉降，控制支護的變形，并作為封堵地下水的一道防線?；靥罟酀{在初支噴混凝土達到設(shè)計強度后進行。

3）鋼拱架加工

鋼拱架在洞外工作臺上加工，加工前必須抽取試件，經(jīng)過試驗，符合設(shè)計及施工規(guī)范規(guī)定的力學(xué)性能和工藝性能。

按設(shè)計加工好鋼拱架的各單元鋼架后，組織試拼，檢查鋼架的尺寸是否合格。平面翹曲允許偏差20 mm。

鋼架每單元加工成型后應(yīng)標注類型及單元號，分類堆放在成品區(qū)并有防雨措施。

型鋼焊接所用的焊條、性能、焊劑的牌號以及接頭中使用的鋼板要符合有關(guān)規(guī)定。鋼架的焊縫、焊接接頭滿足規(guī)范要求，相鄰型鋼接頭按要求錯開。

鋼筋焊接前，由有特種作業(yè)證書的焊工在工地進行試焊。并對試焊型鋼進行拉拔試驗，試驗合格后進行下一道工序。

4）鋼拱架的安裝

鋼拱架安設(shè)前要檢查掌子面開挖斷面，清除鋼拱架底腳處虛渣，對欠挖或超挖部分采取墊方木、型鋼或挖除進行高差調(diào)整。

鋼拱架加工好編號，分片運至洞內(nèi)拼裝，必要時進行洞外試組裝確保拱架外緣混凝土保護層厚度，也可在洞外組裝成型后運至洞內(nèi)，但要擰緊螺栓。對鋼拱架和圍巖之間超挖的空隙填設(shè)混凝土墊塊。

鋼拱架校正后，沿拱部將鋼拱架與初噴面楔緊，確保拱架的穩(wěn)定。

當存在軟弱、破碎圍巖時，采取間距0.5 m的20a型鋼拱架加強支護；施工時首先在頂拱范圍內(nèi)采取Φ25 mm、L＝4.5 m、間距為0.5 m超前錨桿支護，錨桿仰角為22°～25°，鋼支撐頂拱與超前錨桿相連，兩側(cè)與系統(tǒng)錨桿連接，縱向采用Φ25間距0.9 m連接筋。進洞時，在完成坡面支護和鎖口錨桿后，進洞前先安裝一榀鋼拱架，鋼拱架緊貼巖面，用錨桿固定，在鋼拱架拱部外緣制安超前錨桿，在鋼支撐和超前錨桿的支護下，在對原木支撐及破損漿砌石拆除。

4 結(jié)論

經(jīng)相關(guān)專家評審?fù)ㄟ^，充分說明了上述處理加固措施是一種經(jīng)濟合理、針對性和適應(yīng)性強的方法，是適宜本工程地下隧洞加固處理的施工處理措施。