靳念柱

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

隧洞塌方段拱架侵占襯砌斷面施工技術

靳念柱

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

文章結合某輸水隧洞工程塌方的初步原因及臨時加固措施，這造成嚴重侵占二次襯砌斷面的原因，重點研究塌方段拱架侵占襯砌斷面的施工工藝及施工方法，取得了良好的工程效果，順利地完成塌方段襯砌施工。希望能為類似工程提供借鑒。

隧洞；塌方；侵占襯砌斷面；拆除拱架；塌方回填

1 工程概況

某輸水隧洞工程主洞為馬蹄形斷面，縱坡i= 3.115%，成洞凈空高H=7.28 m。隧洞在長白山余脈及其支脈龍崗山底部通過，山體走向NE，地勢呈東北高西南低。地貌類型為侵蝕構造地形和侵蝕堆積地形，以尖頂狀低山和中低山、鋸齒狀中低山和樹枝狀窄谷地為主，多為侵蝕隆起與斷褶中低山丘陵地形。地面高程一般在460～600 m左右，最大高程720 m。洞室埋深一般為200～340 m，最大埋深470 m，最小埋深160 m。

2 塌方段發(fā)生及臨時加固處理后果

方段為主洞沿線8號支洞控制段，塌方范圍樁號51+434-51+387.464，該段為凝灰?guī)rⅢb類圍巖，于2013年5月30日至2013年6月10日進行開挖施工，2013年5月31日至2013年6月14日進行初期支護施工。

2.1 塌方情況

2014年6月15日，施工人員對8號洞上游已開挖洞段局部噴射混凝土剝落、裂縫情況進行日常排查，排查過程中發(fā)現(xiàn)樁號51+400拱頂處開始有巖塊掉落的跡象，立即安排人員、機械進行排險處理，在排險過程中發(fā)生大量石塊掉落。塌方后立即在塌方洞段設置了警示范圍，專人指揮防護進行塌方排險，塌方范圍為：樁號51+434-51+387.464，排險后塌方量為506.588 m3。

2.2 塌方原因分析及臨時加固處理

2.2.1 塌方原因分析

1）該洞段洞室圍巖主要巖性為果松組凝灰質粉砂巖、凝灰?guī)r及安山巖、角礫熔巖，以微風化為主，為較～中硬巖。節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理面多平直光滑，局部起伏粗糙。巖體一般完整性差，地下水一般呈滲～滴水狀態(tài)。

2）該洞段施工期間預防圍巖變形措施不夠，錨噴支護體系不配套或施作不到位，變形監(jiān)測不規(guī)范或不及時，開挖后長時間未進行二次混凝土襯砌。

綜上所述，圍巖節(jié)理較發(fā)育，完整性差是隧洞塌方的內因，初期支護力度不足及施工方法不當?shù)纫蛩厥峭庖颍吖餐饔米罱K造成隧洞大面積塌方。

2.2.2 塌方段臨時加固處理

為了盡快恢復前方洞室開挖，減少對開挖工期影響，按照應急修復原則對塌方段進行初期處理，處理措施如下：①進行徹底圍巖排險，保證圍巖暫時趨于穩(wěn)定進行支護施工，噴混厚度5 cm，形成封閉穩(wěn)定面；②塌方段支立HW150型鋼支撐，在鋼支撐上方焊接I12型鋼副拱，副拱與圍巖緊貼；③處理范圍從起拱線以上掛φ8@200 mm×200 mm鋼筋網，未塌方部位布設φ22，L=3000 mm@ 1 500 mm錨桿，梅花形布置，與型鋼支撐焊接牢固；④拱架支立完成后復噴厚度12 cm混凝土，在塌腔位置埋設回填管，直徑φ100 mm；⑤在該段增加兩個監(jiān)控量測斷面，定期觀測圍巖沉降情況，直至穩(wěn)定。

塌方支護處理于2014年6月24日-2014年7月7日進行施工，共支立主拱HW150型鋼支撐45榀、I12工字鋼4榀，塌方回填未施作。

2.3 臨時加固處理對后期襯砌的影響

由于開挖施工工期緊迫，為了最大程度保證安全施工，確保施工人員安全，臨時加固處理時未對該洞段進行擴挖，直接在原IIIb類圍巖開挖及支護的基礎上增加HW150型鋼支撐進行支護處理，并且復噴混凝土12 cm，拱架上存有3～5 cm混凝土，造成該段臨時加固支護嚴重侵占二次模注混凝土襯砌凈空，無法保證設計襯砌厚度，因此不得不將臨時加固支護全部拆除，從而達到設計要求。

3 塌方段拱架拆除施工方案

為了保證拱架不侵占襯砌斷面，對拱架進行拆除，拆除前對塌腔進行回填襯砌同標號混凝土及砂漿施工，回填混凝土施工完畢待混凝土達到設計強度后進行塌方處小導管注漿，注漿結束后安設超前小鋼管加強支護，然后對拱架進行逐榀拆換，拆除后按Ⅳ類開挖斷面進行擴挖，并按照Ⅳ類圍巖支護、襯砌參數(shù)進行施工，重新支立HW150鋼拱架，安設系統(tǒng)錨桿、網片，保證不侵占襯砌斷面，然后進行鋼筋綁扎、襯砌施工，最后進行回填灌漿。塌方段襯砌整體施工工藝如圖1所示。

3.1 塌腔回填混凝土

利用預埋設直徑為φ125 mm的鋼管進行分層分段、層段之間預留一段間隔時間進行泵送回填混凝土，為減少拱架承受力，混凝土回填1 m，然后回填砂漿，形成密實整體。回填混凝土性能指標為C35W12F200，強度等級與襯砌混凝土相同，砂漿性能指標為M10。

1）預埋回填孔設置要求

采用直徑為φ125 mm鋼管做為泵送混凝土預埋管，根據(jù)塌方段長度，按照縱向間距3.0 m設置斷面，鋼管長度根據(jù)塌腔位置距巖面20 cm，保證回填混凝土及砂漿的施工質量。

2）回填混凝土、砂漿施工

圖1 塌方段襯砌整體施工工藝圖

混凝土運輸至澆筑點后，應保持其勻質性，保證混凝土的流動性?；炷良吧皾{采用輸送泵泵送回填，將φ125 mm混凝土輸送導管標準接頭與預埋管進行焊接，泵送時采用軟質膠管與導管標準接頭相連接。為保證兩側混凝土均勻鋪筑，同一斷面上的泵送順序應從兩側到頂拱分層回填。在上一斷面澆筑適量混凝土后，將泵管移至下一斷面進行澆筑，保證混凝土可以均勻等高上升。并應在回填時嚴格控制澆筑混凝土的回填量及間隔時間進行，每次回填厚度為50 cm，間隔時間不超過混凝土的初凝時間，使混凝土有一定的自密沉降時間，保證澆筑密實?；炷粱靥顑纱魏筮M行砂漿回填，砂漿運至澆筑地點時要保證砂漿的流動性、保水性、和易性。

為保證將塌腔處空氣排出，1-2，1-3號管首先為澆筑管，1-1號為排氣管，待澆筑到拱頂時，1-1號為澆筑管，其它斷面預留管變?yōu)榕艢夤?，預埋回填孔位置如圖2所示。最后一個斷面施工時，臨近設置一個排氣管，以最大限度保證回填飽滿，減少空腔。

回填混凝土及砂漿施工完畢后，用干硬性水泥砂漿將預留管封堵密實并抹平。

3.2 小導管注漿

為了確保施工安全，回填混凝土施工完畢待混凝土達到設計強度后進行全斷面小導管注漿加固處理，通過小導管注漿，使小導管周圍回填混凝土、圍巖固結加固穩(wěn)定，保證施工安全。

圖2 預埋回填孔示意圖

1）小導管布設及鉆孔

小導管采用φ42熱軋鋼管，長度為5 m，垂直于巖面每榀拱架呈環(huán)形布置，環(huán)向塌方位置延長1 m布設，環(huán)向間距為1 m，縱向間距為1 m，梅花形布置。測量放點后，采用YT-28型氣腿式鑿巖機鉆孔，鉆孔直徑為42 mm。鉆孔時注意不要碰到拱架。管壁每隔10～20 cm交錯鉆溢漿孔，梅花形布置，以防止出現(xiàn)死角，孔眼直徑為φ8 mm，尾部1 m范圍內不鉆孔以防止漏漿。

2）小導管注漿施工

注漿前檢查噴混面是否進行封閉，以防漏漿，并用高壓風將小導管內的積物進行清理，由下至上順序進行。灌漿采用普通水泥進行灌注，水灰比為1∶1（重量比），灌漿壓力為0.5～1.0 MPa，具體灌漿壓力由現(xiàn)場施工而定，在規(guī)定壓力下，灌漿段的吸漿量不大于0.4 L/min，持續(xù)注漿10 min，灌漿方可結束。

3.3 超前小鋼管施工

為保障拱架拆除時拱頂圍巖及回填混凝土的穩(wěn)定性，防止圍巖和回填混凝土的二次塌落，起到一定的棚閉作用，在小導管注漿完成后，進行超前小鋼管施工。超前小鋼管采用φ32鋼管，施工長度為4.5 m，按照拱頂180°前后排錯開梅花形布設，沿隧洞縱向向外以10°外插角鉆孔打入圍巖，環(huán)向間距為300 mm，縱向兩排錨桿水平搭接長度為1.5 m。測量放點后，采用YT-28型氣腿式鑿巖機鉆孔，孔徑為42 mm，錨固劑填充飽滿，鋼管尾部外露長度10 cm～15 cm，設于鋼支撐頂部，與鋼架焊接牢固，不僅可以保證混凝土的整體連接性，也可保證拱架和超前小鋼管對混凝土的支撐作用。

3.4 拱架拆除

1）監(jiān)控量測

為保證拆拱施工安全，施工時在拆除拱架部位每隔5 m處圍巖斷面上布置監(jiān)控量測點，每一斷面共計布置監(jiān)測點3個，分別位于拱頂及兩側拱腰。根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)計算測點位移變化速率，判斷圍巖穩(wěn)定狀況，當隧洞周邊變形趨勢有明顯減緩趨勢，則說明隧洞變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，當變化速率過快，說明位移出現(xiàn)反常的急劇增加現(xiàn)象，表面圍巖及支護已呈不穩(wěn)狀態(tài)，應及時加強支護并停止作業(yè)，并根據(jù)現(xiàn)場及施工情況進行分析。

及時檢測拱架拆除時圍巖的收斂變形，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理掌握圍巖穩(wěn)定變化情況，預見事故和險情，及時調整施工方法，采用應急措施從而保證施工安全。

2）拱架拆除

根據(jù)拱架侵占情況需要對對該段范圍內的所有拱架進行逐榀拆換，拆除過程中必須確保圍巖及回填混凝土穩(wěn)定，保證施工安全。

首先使用破碎錘先拱頂后邊墻的順序逐榀開槽破除混凝土，為防止開槽造成臨空面過大，控制開槽寬度，不得大于50 cm，開槽以破碎錘為主，以人工風鎬輔助方式清理拱架附著殘余混凝土；然后割除影響施工的連接筋及錨桿，將襯砌鋼筋臺架做為換拱臺車，按照先拱頂后邊墻的順序拆除拱架，每次鑿割一榀拱架，氣割分解已鑿出的拱架，每榀拱架鑿割長度控制在1.5 m左右，逐步拆除，拆除時設置臨時支撐，以免拆除過程中整體失穩(wěn)，拱架拆除的臨時支撐如圖3所示。

鋼拱架拆除順序：①→②→③→④→⑤

圖3 拱架臨時支撐圖

3.5 斷面擴大開挖

鑒于該塌方段圍巖節(jié)理發(fā)育，完整性差，同時加大預留圍巖變形量，對該段二次混凝土襯砌加強支護，由原IIIb類圍巖變更為Ⅳ類圍巖支護，確保襯砌質量。拱架拆除后，測量人員及時放樣，標出Ⅳ類圍巖的設計開挖輪廓線進行擴挖，采用破碎錘進行噴射混凝土鑿除及圍巖擴挖并通過人工采用風鎬進行修整處理；處理時按照寧大勿小的原則，確保換拱后襯砌混凝土厚度能夠滿足Ⅳ類圍襯砌設計要求。

3.6 重新支立拱架

拱架拆除后及時進行安裝HW150型拱架。拱架安裝前進行試拼，檢查尺寸是否正確。拱架安裝按照由邊墻至拱頂?shù)捻樞蚴┕ぃ凹馨惭b時節(jié)與節(jié)之間螺栓必須連接牢固，必要時可進行焊接加固，拱架底腳必須坐落在堅硬巖石上；拱架支立后，安裝φ22，L=3 000 mm@1 200 mm×1 000 mm系統(tǒng)錨桿加強支護，拱腳處采用2根φ22，L=3 000 mm鎖腳錨桿鎖死，錨桿端頭做成“L”型與拱架焊接牢固，在拱頂220°范圍內掛φ8@200 mm×200 mm鋼筋網片，噴射厚度15 cm，標號C30W10混凝土。

拱架重新安裝后加大監(jiān)控量測頻率，并及時按照Ⅳ類圍巖進行鋼筋綁扎及邊頂拱襯砌施工。襯砌施工時采用φ40鋼管作為預留回填灌漿孔，在襯砌混凝土達到70%強度后方可進行回填灌漿。

2）臨時加固措施考慮不周到，只是一味地考慮加快開挖進度，未全面考慮對后期二次模注混凝土襯砌的影響，致使嚴重影響二次襯砌施工進度。

3）塌方段拱架侵占襯砌斷面處理理念：先回填灌漿塌腔，再小導管加固周邊圍巖，然后超前小鋼管支撐，逐品拆除拱架，擴挖斷面，重新支立拱架，最后進行二次模注混凝土襯砌。

施工方法成功地解決了隧洞塌方段拱架侵占襯砌斷面的問題，最大程度上降低了拱架拆除施工風險,減少對二次模注混凝土襯砌的影響，滿足隧洞施工的技術要求和設計理念。建議在類似工程施工時參考借鑒。

［1］卿三惠，黃潤秋.烏鞘嶺隧道軟巖大變形防治技術問題探討［J］.路基工程，2005(4)：93-96.

［2］莫振興，馬文波.隧洞塌方搶通技術研究［J］.水利水電技術，2015，46（7）：14-16.

［3］孫金庫.錦屏二級水電站3號引水隧洞圍巖變形二次加固技術［J］.水利水電技術，2015,46（7）：49-51.

［4］李平生，帖軍鋒.天生橋二級水電站Ⅱ號引水隧洞不良地質段的工程處理技術［J］.水利水電技術，1996（11）：53-58.

4 結語

1）隧洞塌方原因：圍巖地質條件差；初期支護力度不足及二次襯砌滯后較長的施工方法不當。

1002－0624（2016）09－0016－03

U455

B

2016-06-03