李志偉

（遼寧省水資源管理集團(tuán)，遼寧沈陽110003）

由于隧洞為線性工程，地質(zhì)勘察不能面面俱到，復(fù)雜的地質(zhì)條件常給隧道施工造成各種困難，這不僅會導(dǎo)致工期延誤，同時還會使工程施工難度變大，增大施工安全風(fēng)險。在進(jìn)行處理時，如果使用的處理措施不合理，還會造成人機(jī)傷害，增加工程隱患。

1 工程概況

某合同段工程位于遼寧省北票市境內(nèi)，為有壓引水隧洞，全長12 256.514 m共布設(shè)5條支洞，其中C1-1號支洞長820.701 m，綜合坡度為31.9%，有軌運輸，支洞尾部平坡段長25.701 m，開挖斷面形式為圓拱直墻型，成洞斷面尺寸為5.0 m×5.5 m（寬×高），主洞開挖斷面為圓拱斜墻，成洞斷面為直徑3.9 m的圓形。截至2017年7月1日，C1-1號支洞開挖、支護(hù)任務(wù)全部完成，主洞上游完成49.612 m（Ⅴ類圍巖32.612 m，Ⅳ類圍巖17 m），下游完成26.388 m，全部為Ⅳ類圍巖，巖性均為為侏羅系上統(tǒng)土城子組一段（J3t1）泥質(zhì)粉砂巖，遇水易軟化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，微張，多為巖屑充填，節(jié)理面平直粗糙，地下水活動狀態(tài)為干燥，編號①支護(hù)參數(shù)為I16型鋼支撐間距0.5 m，噴射混凝土15 cm，編號②支護(hù)參數(shù)為I12型縱向間距0.525 m，全周鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)(0.15 m×0.15 m)及 φ22，L=2.5 m@1.05×1.05 m梅花型布置系統(tǒng)錨桿，噴射混凝土厚度為15 cm，編號③支護(hù)參數(shù)為I12型縱向間距1.05 m，拱頂范圍內(nèi)鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)（0.15×0.15 m）及φ 22，L=2.5 m@1.05 m×1.05 m梅花型布置系統(tǒng)錨桿，噴射混凝土厚10 cm。

2 涌水情況

2.1 涌水發(fā)生

2017年7月1 日3：00，C1-1號支洞控制段下游掌子面樁號C4+680爆破開挖后，拱頂處出現(xiàn)涌水，幾個小時后主洞及支洞交叉口處被水淹沒，2 d后，水位上升至支洞0+775處，期間采用水平衡法測定涌水量為2 550 L/min。

2.2 涌水處理措施

涌水發(fā)生后，現(xiàn)場立即停止施工作業(yè)，切斷供電線路，撤離作業(yè)人員及施工設(shè)備，由于主支洞交叉口處配備的水泵排水能力較低，幾個小時后水泵被淹沒，暫時失去抽排水能力。

承包人立即購買及現(xiàn)場調(diào)配水泵，同時進(jìn)行水泵移動支座焊接和電源準(zhǔn)備，很快形成了2套新的排水系統(tǒng)，待水位下降后增加小功率水泵。水泵布置情況見圖1。經(jīng)過7 d滿負(fù)荷連續(xù)工作，于7月8日3：00完成洞內(nèi)排水任務(wù)。

3 涌水影響部位

C1-1號支洞及主洞受涌水浸泡后，周圍巖體水量呈飽和或半飽和狀態(tài)，洞內(nèi)積水排出后，隧洞邊墻和頂拱在孔隙水壓力、圍巖膨脹力及張拉力等多種不利組合狀態(tài)下，造成局部位置坍塌、噴射混凝土開裂、鋼支撐變形，主要影響部位有：①主支洞交叉段地板墊層混凝土漲裂，噴射混凝土局部開裂；②支洞0+790避車洞和主支洞交叉調(diào)車洞內(nèi)部坍塌；③主洞上游噴射混凝土局部開裂；④主洞下游C4+653-C4+680段25榀鋼拱架均有不同程度變形，隧洞拱頂處鋼拱架已被擠壓成折線型，右側(cè)變形不明顯，左側(cè)侵限最為突出，尤其是墻腳處，錨桿已被拉斷或拉彎，變形最大值為85 cm，拱架變形斷面見圖2，噴射混凝土局部嚴(yán)重開裂。

圖1 C1-1號支洞水泵平面布置圖

圖2 C4+659.5拱架變形斷面圖

4 初步處理方案

針對主支洞交叉段處、坍塌段處、主洞上游等影響部位的處理，采用常規(guī)處理方法。針對主洞下游，浸泡后圍巖由Ⅳ類變更為Ⅴ類，為保證二次襯砌混凝土的厚度，需對侵限段拱架進(jìn)行置換處理。根據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)得知鋼拱架變形仍在持續(xù)，為防止鋼拱架失穩(wěn)，控制及減緩圍巖變形，在變形段每榀鋼拱架底腳處臨時加設(shè)橫向支撐（拱架均采用I12），作為臨時加固處理，清除開裂嚴(yán)重易脫落噴射混凝土并補(bǔ)噴，并采用C25W8混凝土3～5 cm封閉下游掌子面，然后由交叉口往掌子面方向逐榀進(jìn)行換拱處理，采用同型號型鋼代替錨桿作為連接系桿，增加整體剛度，換拱施工工序如下（原定換拱方案見圖3）。

圖3 原定方案換拱示意圖

①先在“Ⅰ”和“Ⅱ”位置支立臨時鋼拱架“A”“B”，并布置φ22，L=2.5 m鎖定錨桿和鎖腳錨桿；②在“1”和“2”的位置開槽支立新鋼拱架；③在已支立鋼拱架“1”的位置處拱頂180°范圍內(nèi)施做φ 32超前小鋼管，L=3.5 m，排距2.1 m，環(huán)向間距30 cm，外插角10°～15°。④在確保安全的前提下，拆除變形鋼拱架“Ⅰ”；⑤在“Ⅰ”位置附近開槽支立新鋼拱架；⑥拆除臨時拱架“A”移至“Ⅲ”位置；⑦在“3”的位置開槽支立新鋼拱架；⑧在“Ⅱ”位置開槽支立新鋼拱架；⑨拆除臨時拱架“B”移至“Ⅳ”位置；⑩重復(fù)③～⑨，直至更換并增設(shè)全部鋼拱架。

臨時拱架處布置φ22，L=2.5 m鎖定錨桿和鎖腳錨桿，如果臨時鋼拱架“A”“B”不侵占襯砌斷面則作為永久支撐，拆除拱架處不支立新鋼拱架；支立新鋼拱架處布置φ22，L=2.5 m@1.05×1.05 m系統(tǒng)錨桿，φ8@0.15×0.15 m鋼筋網(wǎng)，新支立鋼拱架間距為0.525 m，且必須緊貼圍巖，超挖部分采用噴射混凝土找平。

換拱后及時噴射混凝土，若拱頂巖層松散，可能出現(xiàn)坍塌時，進(jìn)行注漿后再行施工。換拱處理完成后由內(nèi)向外進(jìn)行基底清理，及時采用I12型鋼作為橫向支撐封閉已支立拱架，并澆筑墊層混凝土。

5 換拱施工

7月11日開始按照已批復(fù)方案施工，在拆除6榀拱架后發(fā)現(xiàn)，左側(cè)邊墻處圍巖最大軟化松散厚度約有1.5 m，此厚度之外圍巖與開挖期間基本無變化，拱頂和右側(cè)邊墻軟化松散厚度約有0.5 m，拆除期間地下水活動狀態(tài)為潮濕，沉降、收斂變形速率較低。

施工中局部切割鋼筋網(wǎng)片、錨桿與拱架連接較為困難，作業(yè)時間長，在切槽安裝拱架后，進(jìn)行鄰近部位拆除排險時，很難保證開槽支立的拱架與圍巖緊貼，且易造成新支立拱架造成松動，不利于施工安全及后期穩(wěn)定，根據(jù)揭露圍巖情況，現(xiàn)場改變原施工方案，變?yōu)椴鸪婚凹埽Я砷凹?，其余仍按原施工方案?zhí)行（修改換拱方案見圖4），即：①拆除變形鋼拱架“Ⅰ”；②拆除噴射混凝土和鋼筋網(wǎng)；③支立新鋼拱架“1”和“2”；④重復(fù)以上步驟，直至更換并增設(shè)全部鋼拱架。

圖4 修改方案換拱示意圖

6 監(jiān)控量測

在鋼拱架支立過程中，每5 m埋設(shè)監(jiān)控量測點進(jìn)行沉降收斂觀測，并按要求頻率進(jìn)行量測，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，反饋信息，掌握圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，研究對策。沉降收斂變化見圖5，6。

7 結(jié)語

7月11—25 日，順利完成工程涌水后影響部位處理，在應(yīng)對涌水、塌方及拱架變形處理過程，得出以下結(jié)論：

1）實際施工過程中，因無法預(yù)測前方圍巖及富水情況，所以超前地質(zhì)預(yù)報和超前探孔應(yīng)作為一個必要的施工工序，以便了解前方圍巖及富水情況，可提前采取措施；

2）施工期間依據(jù)前期地質(zhì)勘察最大出水量，配置主、備排水系統(tǒng)，并根據(jù)已揭露富水情況及時進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)突涌水后造成淹洞現(xiàn)象；

圖5 4+653沉降收斂變化圖

圖6 4+678沉降收斂變化圖

3）由于工程斷面較小，二次襯砌不能及時跟進(jìn)，所以在開挖時要堅持“緊封閉、強(qiáng)支護(hù)、弱爆破、短進(jìn)尺、嚴(yán)注漿”的基本原則進(jìn)行施工，減小圍巖長期蠕變及隧洞涌水對支護(hù)的影響；

4）鋼拱架變形處理過程中要根據(jù)實際情況采取較保守處理方案，以保證施工達(dá)不到要求時造成更嚴(yán)重的后果，在圍巖探明及相關(guān)數(shù)據(jù)可靠情況下可及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)；

5）施工期間監(jiān)控量測必須按要求執(zhí)行，及時整理反饋信息，確定重要部位，以便后期重點觀察及采取應(yīng)急措施，避免造成嚴(yán)重后果。