(中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081)

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運城市，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程向山西省涑水河流域調水的大型引調水工程。工程年引水量為2.47億m3，設計流量20m3/s。工程主要解決運城市區(qū)及其周邊縣城的生活、農業(yè)灌溉、工業(yè)用水，工程社會效應和意義重大。

小浪底引黃工程(引水干線部分)施工II標負責的引水壓力管道是連接調壓井和地下泵站之間的有壓引水隧洞，主管段的施工范圍為S5+853.966～S6+011.142，長157.176m，設計徑向尺寸為2.90m，開挖斷面為馬蹄形。隧洞反向掘進施工至S5+880.00樁號時處于斷層破碎帶內，斷層破碎帶影響范圍大，開挖過程中S5+881.00～S5+873.80段頂拱及側壁坍塌嚴重，最深處垮塌約6.0m～7.0m，兩側壁底部有多處渾濁涌水，并且洞室結構極不穩(wěn)定，存在很大的安全隱患。

2 地質情況說明

引水壓力管道地處板澗河下游與黃河小浪底庫區(qū)交匯的三角形地帶，隧洞圍巖巖溶發(fā)育，多中等透水性。引水壓力管道樁號S5+880.00～S5+870.00洞段處于斷層破碎帶，圍巖以淺黃色薄層～厚層含泥質白云巖、泥質條帶白云巖夾泥質軟弱夾層，較軟巖～中硬巖，結構破碎，剪切破壞很嚴重，剪切面平直粗糙，沿斷層破碎帶多處涌水，涌水點主要集中在掌子面兩側下部，涌水量大于200m3/h，受斷層影響頂拱連續(xù)坍塌嚴重，孤石懸空，最大塌空區(qū)約長6m、寬7m、高6.5m，圍巖極不穩(wěn)定，為特殊不良地質洞段；樁號S5+870.00～S5+853.966洞段圍巖為灰黃色淺灰色中厚層白云巖，中硬巖，圍巖結構破碎，裂隙發(fā)育，裂隙面平直粗糙，泥質物充填，掌面左側底部較大涌水，頂拱坍塌嚴重，圍巖極不穩(wěn)定，為Ⅴ類圍巖。

3 方案對比和介紹

塌方后，參建各方高度重視，立即安排人員進行值守和觀察。由于塌方體極不穩(wěn)定，在出渣過程中頂拱及側墻出現掉塊、垮塌現象，需立即采取封閉和脫空處理措施。

3.1 管棚超前支護法處理

在常規(guī)的塌方處理中采取“管棚超前支護法”施工，是將掌子面封閉后，在隧洞起拱線以上布設管棚(φ108mm×6mm，L=12.0m，采用花管注漿)，管棚采用壓注水泥漿進行圍巖加固。管棚施工及注漿施工難度大，耗時較長，造價高，處理完成后再進行掘進開挖施工，無法滿足節(jié)點目標要求。

3.2 混凝土回填配合超前小導管加固處理技術

由于小浪底引黃工程施工工期緊張，同時引水壓力管道S5+880.00～S5+853.966段圍巖條件差，已開挖掌子面隨時可能出現掉塊、垮塌現象，存在較大安全隱患，作業(yè)人員無法直接進入掌子面進行施工。為保證施工安全，經參見各方現場研究，考慮隧洞斷面小，采取“先穩(wěn)定塌方區(qū)域，再穩(wěn)定推進”的原則，進行引水壓力管道剩余洞段的施工。即將塌方段空腔及底部采用用C20混凝土回填完成后，再重新鉆爆開挖，出渣完成后加強支護，并在塌空區(qū)往前掘進開挖時采用I16工字鋼加強支護和在頂拱起拱線以上增設超前小導管的措施進行處理。

4 小斷面隧洞塌方處理技術

根據現場實際情況及工期要求，項目部經研究決定采取了混凝土回填配合超前小導管加固處理的措施。

4.1 塌方回填處理

(1)由于塌方部位地質條件差，在掌子面兩側下部涌水點集中，涌水量>200m3/h，為避免S5+881.00～S5+873.80段側墻再次出現垮塌，同時鑒于洞渣孔隙率大，排水性能好，有利于地下水的排出，垮塌渣體暫時不進行清除，采用挖掘機將垮塌渣體修整形成約2m高的施工平臺。

(2)為方便塌空區(qū)域泵送C20混凝土回填，在塌空區(qū)域布設2根φ125mm泵送混凝土管(L=9.0m，外露3m，高度方向錯開布置)，泵送混凝土管深入頂拱垮塌區(qū)域，保證回填的密實程度。由于隧洞為有壓引水隧洞，隧洞支護質量直接影響后期運行安全，故同時在塌空區(qū)域預埋設5根φ48mm(L=8.0m)回填灌漿管，保證后期回填灌漿質量。

(3)為了確保施工人員安全，從已完成鋼支撐支護的位置回退1m進行模板安裝，并在回退范圍內環(huán)向布設EVA復合防水板，確保新澆混凝土與原噴射混凝土分隔開，便于后期混凝土拆除。

(4)由于隧洞塌方量大，若全部采用混凝土回填，回填成本及后期開挖工程量都較大，為減少混凝土回填以及后期混凝土開挖量，在布設EVA復合防水板下部區(qū)域堆積約2m高沙袋，同時達到減少模板安裝工程量的作用。

(5)通過預埋的φ125mm泵送混凝土管對塌空區(qū)域采用C20混凝土泵送回填澆筑，將整個塌空區(qū)域回填密實，回填時先采用坍落度較大的混凝土回填深入較低的泵送混凝土管，有利于填充空隙。

4.2 回填混凝土開挖和一期支護

(1)混凝土回填完成14d后，采用鉆爆法對回填成整體的塌方區(qū)重新進行爆破開挖，為保證設計凈空半徑，同時對該區(qū)域加強支護，開挖時適當進行擴挖。為保證施工安全，采取短進尺、弱爆破的方式施工，每輪進尺控制在0.5m～1m。開挖徑向尺寸由原來的2.9m調整為3.1m；鋼拱架由原設計的I14工字鋼調整為I16工字鋼，同時緊跟掌子面支護，鋼拱架間距調整為30cm；連接筋采用φ32螺紋鋼，環(huán)向間距調整為0.2m，將鋼拱架焊接成整體；每榀鋼拱架布設12根φ22、L=3.0m鎖腳錨桿與拱架焊接牢固，鎖腳錨桿間排距1.0m。

(2)開挖完成后及時進行回填灌漿，將頂拱可能存在的空腔回填密實，保證后續(xù)施工安全。

(3)加強監(jiān)控量測工作，埋設變形觀測點，以監(jiān)測數據指導施工，如發(fā)現異常及時采取相應應急措施，及時撤離并研究解決方案。

圖1 塌方區(qū)域處理示意(單位：m)

4.3 小斷面隧洞加固處理技術

4.3.1 超前小導管支護原理

超前小導管是穩(wěn)定開挖工作面的一種非常有效的輔助施工方法。在軟弱及破碎巖層施工中，超前小導管對松散巖層起到加固作用，注漿后增強了松散、軟弱圍巖的穩(wěn)定性，有利于完成開挖后與完成初期支護時間內圍巖的穩(wěn)定，不至于圍巖失穩(wěn)破壞直至坍塌。

超前小導管注漿適用于隧道拱部軟弱圍巖，松散、無粘結土層、自穩(wěn)能力差的砂層及砂礫(卵)石層級破碎巖層。

通過超前小導管注漿能改變圍巖狀況及穩(wěn)定性，漿液注入軟弱、松散地層或含水破碎圍巖裂隙后，能與之緊密接觸并凝固。漿液以充填，劈裂等方式，置換土顆粒間和巖石裂隙中的水分及空氣后占據其位置，經過一定時間凝結，將原有的松散土顆?；蛄严赌z結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能良好的固結體，使得圍巖松散破碎狀況得到大幅度改善。

4.3.2 隧洞開挖施工措施

(1)自塌方掌子面樁號開始，為避免再次出現塌方現象，造成成本、進度、質量等損失，在頂拱起拱線以上增設一排超前小導管(φ42，L=4.5m)，環(huán)向間距20cm～30cm，外傾角5°～10°，搭接長度不小于1.0m。

(2)采取短進尺、弱爆破的方式施工，每輪進尺控制在0.5m～1m。開挖徑向尺寸由原來的2.9m調整為3.1m；鋼拱架由原設計的I14工字鋼調整為I16工字鋼，同時緊跟掌子面支護，鋼拱架間距調整為50cm；連接筋采用φ32螺紋鋼，環(huán)向間距0.2m，將鋼拱架焊接成整體；每榀鋼拱架布設12根φ22、L=3.0m鎖腳錨桿與拱架焊接牢固，間排距1.0m；掛設鋼筋網φ8@20cm×20cm。

(3)小導管和拱架施工后，人工將洞壁兩側石渣清理干凈，并采用噴C20混凝土20cm回填密實，以確保上部回填混凝土結構穩(wěn)定。

(4)加強監(jiān)控量測工作，以監(jiān)測數據指導施工，如發(fā)現異常及時采取相應應急措施，并研究解決方案。

(5)后期襯砌時，擴挖部分與二期襯砌同時澆筑完成。

圖2 塌空區(qū)前方施工示意(單位：m)

5 塌方處理結果

在施工過程中進行變形觀測，該地段圍巖為Ⅴ類，埋深50m～300m，最大允許變形值U0=0.005×5.8m=29mm。根據一個月的實測數據顯示，累計變形值U=1.54mm，小于Uo，變形速率小于0.2mm/d，且趨于穩(wěn)定，根據《水利水電工程錨噴技術規(guī)范》(SL 377-2007)監(jiān)控設計規(guī)定，圍巖趨于穩(wěn)定，可進行下道工序施工。

通過以上施工技術措施歷時25d成功穿越塌方段，在后續(xù)洞段施工中，再未發(fā)生塌方情況。在塌方段處理投入情況見表1。

表1 塌方段處理工程量

對預埋回填灌漿管，進行回填灌漿，灌漿成果如表2。

表2 回填灌漿成果

6 結語

隧洞塌方是一種常見的工程現象，塌方會給施工帶來很大安全隱患和重大經濟損失，塌方一旦發(fā)生，要及時采取合理的處理方法和措施，避免塌方擴大。本次塌方處理后，經監(jiān)控量測分析最大變形值和日變形值均滿足規(guī)范要求，圍巖及支護結構處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時在施工過程中未發(fā)生任何安全事故，在保證施工進度的同時，保證了隧洞施工安全?；靥罨炷僚浜闲Ч苓M行小斷面塌方處理，具有工序簡單、安全可靠、進度快、成本低的特點，可為類似工程塌方處理提供借鑒。