劉 浩

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局 山西太原 030024）

0 引言

在隧洞施工中傳統(tǒng)的超前預(yù)加固施工工藝已被廣泛應(yīng)用，如石鈺鋒等人分析了在淺覆蓋、富水砂層的條件下開挖隧道，可采用水平旋噴與管棚注漿并結(jié)合臺(tái)階法開挖來(lái)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的施工措施[1]；張寶永分析了胡麻嶺隧道施工過(guò)程中的涌水、涌砂問(wèn)題，采用水平旋噴加固施工措施，對(duì)拱頂及周邊形成封閉，很好地解決了突涌水的問(wèn)題[2]。山西省小浪底引黃工程2#隧洞土洞段（52+888～59+590），在承壓含水砂層段的施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的管棚注漿等超前支護(hù)手段效果難以保證，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并結(jié)合專家咨詢會(huì)的建議和意見(jiàn)，決定采用“超前水平旋噴結(jié)合超前帷幕注漿”處理方式，其施工原理為：利用超前水平旋噴樁在開挖輪廓線周邊形成止水帷幕墻，并對(duì)砂層起到剛性承載支護(hù)的作用，利用超前帷幕注漿對(duì)地層空隙進(jìn)行填充止水及加固，并在掌子面前方形成止水帷幕。

1 塌方基本情況

小浪底引黃工程2#隧洞土洞段總長(zhǎng)6.702 km，洞身橫斷面為城門洞形，頂拱、側(cè)墻開挖面全部采用鋼架掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。共有三條支洞，分別為14#、16#、17#。17#支洞主洞控制段上游56+434自2016年9月6日遭遇突涌塌方以來(lái)，施工進(jìn)度近乎停滯。該隧洞附近地層為粉細(xì)砂層，地層富水，在水的沖刷滲透下，粉細(xì)砂顆粒呈流塑狀，含水率極高，具有流動(dòng)性大，承載力小，穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，開挖時(shí)砂體呈流塑狀，輕則泥沙潰流，重則發(fā)生突泥涌水流砂塌方（見(jiàn)圖1、圖 2）。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中指出的砂層分布情況，17#支洞控制主洞段上游至16#支洞控制主洞段下游之間剩余隧洞開挖里程存在較長(zhǎng)的涌水砂層段，該段水位高程在492～510 m，高于隧洞洞頂9～26 m，地下水位較高，水量較大，尤其是砂層分布于隧洞拱部、砂層較厚時(shí)，對(duì)圍巖穩(wěn)定及施工開挖影響極大，施工開挖存在涌水、涌砂、突泥等問(wèn)題。

2 施工工藝

為提高施工效率，減少輸漿距離，降低材料損耗，于掌子面附近地表處組建自動(dòng)化制漿站一處，主要設(shè)備為意大利SGM45攪拌機(jī)以及7T600J高壓泵站。同時(shí)為減少冒漿量及弱化高壓沖擊造成的影響，每循環(huán)施工前在掌子面施做C20混凝土止?jié){墻[3]，噴射厚度不小于50 cm。止?jié){墻施工前，為減少掌子面出水量對(duì)施工造成影響，采用Φ108 mm鋼管集中引排。在止?jié){墻后設(shè)置鉆機(jī)操作平臺(tái)，長(zhǎng)9 m，平臺(tái)頂面距拱頂5 m，基底采用片石壓密，面層采用C25混凝土澆筑，澆筑厚度20 cm，平臺(tái)右側(cè)可留50 cm不澆筑，作為臨時(shí)排水溝，平臺(tái)后方需修建泥漿沉淀池，用于存放旋噴返回漿液，便于出渣。

圖1 突涌塌方

1）超前水平高壓旋噴

超前水平旋噴樁主要布置在掌子面及開挖輪廓線周邊部位，每循環(huán)施工長(zhǎng)度為15 m，開挖長(zhǎng)度10～11 m，預(yù)留4～5 m作為搭接（參考施工規(guī)范管棚搭接長(zhǎng)度不小于3 m，并結(jié)合本工程涌水砂層特殊地層考慮）。根據(jù)目前56+421.5掌子面砂層現(xiàn)狀，共布設(shè)111根旋噴樁，其中施工洞身周邊100根，掌子面11根。周邊水平旋噴樁共布設(shè)三環(huán)，其中外環(huán)及內(nèi)環(huán)旋噴樁在拱部180°范圍打設(shè)，中環(huán)旋噴樁沿開挖面周邊全環(huán)布設(shè)。周邊水平旋噴樁在初支內(nèi)側(cè)向內(nèi)5 cm進(jìn)行開孔，樁徑 500 mm，外環(huán)旋噴樁外插角 5°25′37″，中環(huán)旋噴樁外插角 4°17′21″，內(nèi)環(huán)旋噴樁外插角 3°8′53″，外環(huán)旋噴樁開孔環(huán)向間距為29 cm，中環(huán)為28 cm，內(nèi)環(huán)為27 cm，水平旋噴10 m斷面處中環(huán)拱部旋噴樁環(huán)向間距37 cm，咬合13 cm。

在外環(huán)拱部180°范圍內(nèi)，待旋噴樁旋噴結(jié)束且凝固之后，在旋噴樁內(nèi)鉆孔下Φ76管棚，增強(qiáng)旋噴樁的抗剪能力，同時(shí)對(duì)Φ76管棚注雙液漿進(jìn)行止水加固，漿液配比：W∶C=（0.8～1）∶1，C∶S=1∶1，注漿壓力 1～2MPa；掌子面布設(shè)11根Φ500穩(wěn)定樁，外插角0°，增強(qiáng)開挖面整體穩(wěn)定性；旋噴體設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度不小于3 MPa。

圖2 泥沙潰流

圖3 超前水平旋噴縱剖面圖

超前水平旋噴縱剖面圖、開孔示意圖、斷面圖分別見(jiàn)圖 3、圖 4、圖 5。

圖4 水平旋噴開孔示意圖

2）超前帷幕注漿

超前帷幕注漿采用“鉆桿后退式分段注漿+集束TSS管注漿工藝”相結(jié)合的施工方法，在鉆桿后退式分段注漿施工時(shí)，采用多功能地質(zhì)鉆機(jī)開Φ130 mm孔，鉆至設(shè)計(jì)位置后下入Φ57小鉆桿進(jìn)行后退式注漿，分段長(zhǎng)度1 m，后退至設(shè)計(jì)位置后完成單孔注漿。集束TSS管注漿為先鉆設(shè)Φ130 mm孔直至終孔，然后下入2～3根Φ42 mmTSS管，通過(guò)TSS管進(jìn)行注漿。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，考慮到掌子面前方圍巖砂層較多，且地下水豐富，首先在掌子面上臺(tái)階部位進(jìn)行注漿堵水加固，注漿孔布置10個(gè)，注漿長(zhǎng)度為15 m，相關(guān)參數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)。參考類似涌水涌砂隧道工程，并結(jié)合本工程隧洞為土洞的實(shí)際情況，采用水泥水玻璃雙液漿注漿，雙液漿能有效控制注漿范圍，減少無(wú)效注漿，必要時(shí)采用TGRM超細(xì)水泥漿液配置或其他化學(xué)材料，該漿材具有粒度細(xì)，抗分散等特點(diǎn)。漿液配比為 W∶C=（0.8～1）∶1，C∶S=1∶1。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)可視實(shí)際情況控制，注漿終壓為5～8 MPa（由于富水粉細(xì)砂層段注漿施工難度大，本方案采用高壓注漿施工工藝）。同時(shí)，完成注漿后，如發(fā)現(xiàn)注漿效果不理想，可補(bǔ)充注漿。

超前帷幕注漿開孔及斷面圖見(jiàn)圖6。

圖5 水平旋噴10 m、15 m斷面圖

圖6 超前帷幕注漿開孔及斷面圖

3）開挖初支

超前水平高壓旋噴及超前帷幕注漿施工結(jié)束后，采用臺(tái)階法并預(yù)留核心土進(jìn)行人工開挖[4]，根據(jù)開挖時(shí)圍巖穩(wěn)定情況，開挖后可對(duì)開挖面進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)，厚度5 cm。

由于該洞段為粉細(xì)砂軟弱地層，需在原初支參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)，由初期支護(hù)的I16型鋼拱架間距100 cm調(diào)整為50 cm；參考原初支參數(shù)，每榀鋼架設(shè)置8根長(zhǎng)3 m的Φ25鎖腳錨桿，同時(shí)設(shè)置Φ8雙層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距為15 cm×15 cm；縱向采用Φ25連接筋連接鋼架，環(huán)向間距調(diào)整為0.5 m，噴射厚度為15cm的C20混凝土。為防止鋼架收斂變形，底板擴(kuò)挖20 cm，底板鋼支撐及時(shí)封閉成環(huán)，并澆筑C25混凝土，澆筑厚度20 cm。

土洞段土層較為軟弱，易出現(xiàn)初支圍巖變形，所以預(yù)留10 cm的鋼架變形量；為確保開挖施工過(guò)程中的安全，上臺(tái)階鋼架設(shè)臨時(shí)橫撐，待下臺(tái)階鋼架落底成環(huán)后再進(jìn)行拆除。開挖過(guò)程中如遇注漿效果薄弱部位，可輔以4.5 m的Ф42超前小導(dǎo)管對(duì)拱部軟弱部位進(jìn)行注漿加固。

3 結(jié)論

采用超期水平高壓旋噴和超前帷幕注漿相結(jié)合的施工方法，對(duì)土洞段涌水、涌砂、突泥的治理效果明顯，很大幅度地提高了圍巖承載力，能很好地保證施工質(zhì)量與施工安全，既對(duì)砂層起到剛性承載支護(hù)的作用[5]，又起到了較好的止水及加固效果，開挖過(guò)程中掌子面滲流量明顯減少，周邊圍巖基本處于干燥狀態(tài)，局部稍有滲水不影響施工，對(duì)類似工程涌水、涌砂、突泥等不良地質(zhì)段的處理有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］石鈺鋒，陽(yáng)軍生，等.超淺覆大斷面暗挖隧道下穿富水河道施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制研究［J］.巖土力學(xué)，2012，33（增刊 2）：229-234.

［2］張寶永.胡麻嶺隧道斜井突水涌砂治理措施研究［J］.蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（1）：23-27.

［3］陳 棟.隧道帷幕注漿堵水加固基巖的施工技術(shù)［J］.黑龍江交通科技，2012（7）：90.

［4］孫國(guó)慶，殷九榮.水平旋噴加固在富水未成巖粉細(xì)砂層中的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2012，32（2）：213－217.

［5］林安寧.水平旋噴超前預(yù)加固新技術(shù)在處理隧道坍塌方中的應(yīng)用［J］.蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（1）：44－48.