四川錦屏水電站對(duì)外公路隧道塌方處理“堆渣法”

□ 丁治偉（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司）

0 引言

“堆渣法”施工是根據(jù)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的特性并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地貌特點(diǎn)而采用的一種代替模板或支承結(jié)構(gòu)的施工方法，常就地取材采用粘土、渣料等對(duì)構(gòu)筑物下部進(jìn)行回填而形成支撐結(jié)構(gòu)，在完成上部構(gòu)筑物施工后再拆除或挖除。

“堆渣法”在目前施工中不常見，但在一定條件下，對(duì)比其它施工方法更經(jīng)濟(jì)、更合理?！岸言ā痹阱\屏外線公路兩河口項(xiàng)目塌方處理中得到了應(yīng)用。兩河口隧道在掘進(jìn)過程中遭遇到不良地質(zhì)區(qū)段，最高拱頂塌方空腔高度達(dá)9m，實(shí)施了強(qiáng)支護(hù)后，靠近掌子面的上部空腔仍不斷發(fā)生掉塊和塌方現(xiàn)象，圍巖狀態(tài)極不穩(wěn)定，形勢(shì)嚴(yán)峻；掌子面上部空腔在塌方后兩天仍沒有自穩(wěn)的跡象，為確保施工安全，并避免再次塌方，同時(shí)滿足正常掘進(jìn)需要，決定采用“堆渣法”對(duì)掌子面上部空腔澆筑鋼筋混凝土拱形“挑梁”支護(hù)。實(shí)施后取得了良好的效果，下面就簡(jiǎn)述該法在塌方處理過程中的具體應(yīng)用。

1 概述

錦屏一、二級(jí)水電站對(duì)外交通專用公路兩河口標(biāo)段，當(dāng)洞挖進(jìn)尺535m至樁號(hào)K15+883時(shí)，圍巖發(fā)生突變，掌子面及頂拱出現(xiàn)大量裂隙水，受水的侵蝕，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)松散、巖面出現(xiàn)大量夾層和裂隙，節(jié)理較發(fā)育，在掌子面爆破之后，突然發(fā)生塌方，加上該區(qū)段圍巖較差，塌方一直持續(xù)了6d，由于塌方具有極劇的破壞性和滿足其自然拱的自穩(wěn)條件，塌方向大樁號(hào)擴(kuò)展至樁號(hào)K15+893，向小樁號(hào)塌至樁號(hào)K15+872，塌方長(zhǎng)度達(dá)21m，頂拱最大塌穴高度達(dá)9m，尤其將原小樁號(hào)已支護(hù)區(qū)段的支護(hù)全部破壞，塌方面積大、空腔高且圍巖狀況不良，給塌方處理和掘進(jìn)造成極大的困難，處理起來的安全形勢(shì)也非常嚴(yán)峻。

針對(duì)塌方的情況，項(xiàng)目部嚴(yán)格按照?qǐng)?bào)批的方案進(jìn)行謹(jǐn)慎的處理，當(dāng)處理至樁號(hào)K15+889、距塌方掌子面K15+890還剩4m時(shí)，而此時(shí)樁號(hào)K15+872～K15+889段已完成塌方處理，尤其對(duì)設(shè)計(jì)襯砌線以上頂拱進(jìn)行了厚約1.50m的鋼筋混凝土保護(hù)蓋的澆筑，在接近塌方掌子面時(shí)，由于塌方頂拱仍然間斷掉塊，作業(yè)人員無法實(shí)施正常程序處理，同時(shí)安全無法保證，因此便有了“堆渣法”的由來。

2 方案的思路

在圍巖不穩(wěn)定的情況下，避免人員直接在掌子面下部施工，確保人員安全，采用“堆渣法”就地取材、施工快速，對(duì)塌方范圍內(nèi)拱頂空腔進(jìn)行混凝土回填，使掌子面形成穩(wěn)定的“挑梁”結(jié)構(gòu)或防護(hù)結(jié)構(gòu)，確保處理后能滿足正常掘進(jìn)安全和圍巖自身穩(wěn)定需要。

3 方案比較

3.1 “鋼板罩法”

按照設(shè)計(jì)開挖輪廓線，利用鋼筋格珊做骨架，骨架上面焊接鋼板，采用裝載機(jī)挑進(jìn)掌子面，抬升后下部接腿升高至設(shè)計(jì)開挖輪廓線以上，利用“鋼板罩”做為模板澆筑混凝土拱。骨架鋼筋采用4根Φ22螺紋鋼筋、間距30cm×30cm，中間采用φ6.50圓鋼做箍筋和腹筋，3mm厚的鋼板采用點(diǎn)焊方式與鋼筋骨架連接。由于塌方形成的掌子面參差不齊，在澆筑混凝土?xí)r造成封堵困難，再加上利用裝載機(jī)安裝過程中難免會(huì)導(dǎo)致鋼板罩變形，從而占用一定的設(shè)計(jì)襯砌尺寸，因此不適宜采用。

3.2 “堆渣法”

“堆渣法”利用開挖的渣料將剩余的3m區(qū)域自底板至設(shè)計(jì)襯砌線以下填滿，利用渣料做為混凝土澆筑的模板，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再將渣料挖除，保留鋼筋混凝土拱形結(jié)構(gòu)，滿足防護(hù)和支承效果。首先在距塌方掌子面5m的底板基面上，利用腳手架和馬道板搭設(shè)穩(wěn)定的擋渣結(jié)構(gòu)，采用自卸汽車運(yùn)輸渣料，反鏟填筑至一定高度，最后采用人工輔助填至設(shè)計(jì)襯砌線以上。

填渣的上部區(qū)域受回填的空間限制，需采用人工裝砂袋在已澆筑混凝土（上部仍有空腔，可通過預(yù)留的進(jìn)人孔進(jìn)行運(yùn)輸、拋填，作業(yè)人員避開掌子面下部作業(yè)）的頂拱邊緣向掌子面拋填至設(shè)計(jì)襯砌線以上；在人工拋填接近襯砌線的拱肩高程時(shí)，利用小樁號(hào)已安裝的型鋼拱架做為懸挑支點(diǎn)并按照排距30cm縱向焊接Φ42腳手架鋼管直抵掌子面，懸挑腳手架按照襯砌線弧形輪廓線布設(shè)，目的是阻擋砂袋使其呈弧形分布，以保證支護(hù)混凝土的斷面體型（不占設(shè)計(jì)襯砌范圍）需要；砂袋拋填完成后，在懸挑的Φ42腳手架鋼管上面人工拋擲Φ22鋼筋做為澆筑混凝土的配筋，拋擲不均勻的鋼筋采用竹竿或鋼筋鉤進(jìn)行調(diào)整；拋填砂袋和鋪設(shè)鋼筋的作業(yè)人員站在小樁號(hào)的已澆混凝土上面，從而保證了作業(yè)安全；在完成拋填和鋪設(shè)鋼筋后，利用泵送澆筑“自密實(shí)混凝土”，避免了人員在塌方部位下部作業(yè)，施工安全得到了進(jìn)一步的保障。

4 “堆渣法”實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)

一是最大開挖斷面為寬×高＝11.45m×9.10m，屬中小型斷面，回填渣料量較小，可滿足快速施工要求。二是要求塌方掌子面臨近斷面已安裝了型鋼拱架并澆筑一定高度的支護(hù)用鋼筋混凝土，給腳手架鋼管的焊接提供了條件，滿足鋼管焊接后的弧形結(jié)構(gòu)并在塌方段形成“挑梁”；同時(shí)也為人工拋料、鋼筋和鋼管安裝以及泵送混凝土提供了作業(yè)空間。三是在腳手架鋼管焊成的挑梁上布設(shè)鋼筋時(shí)，鋼筋的一端彎成彎勾狀，利用木棍或竹竿對(duì)鋼筋進(jìn)行均布調(diào)整，避免了人工進(jìn)入危險(xiǎn)面作業(yè)。四是采用“自密實(shí)混凝土”進(jìn)行澆筑，在此施工過程中，重點(diǎn)是保持圍巖盡量無較大擾動(dòng)、避免人員進(jìn)入坍塌區(qū)域，自密實(shí)混凝土完全滿足該前提條件。自密實(shí)混凝土的參考配合比如表1所示:

表1 自密實(shí)混凝土配料表

5 主要施工方法

5.1 擋渣墻

在堆渣區(qū)域的外側(cè)邊緣利用腳手架和馬道板搭設(shè)擋渣墻，為滿足渣料穩(wěn)定需要，并利用埋設(shè)長(zhǎng)鋼管做為內(nèi)部拉桿，長(zhǎng)鋼管的埋入端固定短鋼管，以起到拉力作用，拉桿隨填渣的進(jìn)度分層設(shè)置；擋渣墻外部利用腳手架布設(shè)斜撐；另外，為滿足擋渣墻的穩(wěn)定，腳手架與隧洞邊墻接觸部位采用點(diǎn)焊與已有型鋼拱架連接。

5.2 堆渣

采用15t自卸汽車配反鏟自洞外拉渣，掌子面現(xiàn)場(chǎng)配裝載機(jī)和反鏟回填渣料；隧道拱肩以下采用機(jī)械裝料，拱肩以上采用人工從已澆筑的小樁號(hào)頂拱混凝土（設(shè)計(jì)襯砌線以上部位支護(hù)鋼筋混凝土，不占襯砌線）上面拋填砂袋，人工拋填的砂袋和鋼筋等施工材料通過進(jìn)人孔并利用鉆爆臺(tái)車和裝載機(jī)配合上料。

5.3 布筋

為滿足混凝土蓋梁的剛度需要，在縱向懸挑的Φ42鋼管上面全斷面布設(shè)一層Φ22環(huán)向鋼筋，間距20cm，鋼筋一端彎成勾狀，掛于鋼管上，人工用桿推送，利用鋼筋的自重成弧。

5.4 澆筑

混凝土采用泵送自密實(shí)混凝土，先期澆筑時(shí)采用間歇澆筑的方法，利用混凝土初凝來堵塞堆渣的縫隙，混凝土泵管架設(shè)在已完成的拱上部平臺(tái)上。利用6m3混凝土罐車運(yùn)輸，混凝土澆筑的最薄厚度≥1.50m。

5.5 出渣

待自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到要求后，將擋渣墻及渣料采用分層拆除的方法挖除并運(yùn)至洞外渣場(chǎng)。

5.6 置換

由于塌方導(dǎo)致右側(cè)邊墻超挖，填渣時(shí)右側(cè)邊墻空腔填滿洞渣，在拆除堆渣時(shí)勢(shì)必造成右側(cè)已澆混凝土下部渣料掉落而無法滿足混凝土拱的受力需要，因此必須對(duì)右側(cè)渣料進(jìn)行挖除并置換成混凝土。

圖1 掌子面斷面示意圖

圖2 堆渣法處理塌方縱剖示意圖

采用18#工字鋼焊接成組合梁支撐并回填混凝土的方法進(jìn)行渣料置換。在已澆混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，先挖除左側(cè)渣料，右側(cè)渣料采用分段開挖、分段接腿、分段回填混凝土的方法，右側(cè)一次開挖0.80～1.20m后對(duì)已澆混凝土拱腳設(shè)置18#工字鋼焊成的組合梁，上部支撐混凝土，下部與底板密實(shí)接觸，靠近混凝土的組合梁頂面加鋼板楔滿足密實(shí)接觸的要求，然后立模、人工入倉(cāng)、澆筑混凝土，直至置換完畢。

6 結(jié)語

錦屏兩河口項(xiàng)目采用“堆渣法”進(jìn)行塌方處理達(dá)到了預(yù)期的效果，通過監(jiān)測(cè)各種位移均在設(shè)計(jì)的允許范圍內(nèi)，不失為一種中小型斷面塌方處理快速有效的方法，雖然實(shí)施條件較為特殊，對(duì)比隧道開挖中塌方處理常見的方法應(yīng)用較少，但為中小型隧道塌方處理擴(kuò)展了新的思路，值得借鑒和“延伸”。同時(shí)，筆者請(qǐng)大家關(guān)注以下幾個(gè)問題:一是在隧道的掘進(jìn)過程中，必須首先探明圍巖的地質(zhì)狀況，做到有的放矢地采取合理的開挖方法和支護(hù)措施，盡可能避免塌方的發(fā)生。二是經(jīng)常詢問鉆工，通過落實(shí)是否卡鉆、察看鉆進(jìn)速度的快慢等來判斷掌子面圍巖的類別，以便及時(shí)采取措施或改變掘進(jìn)和支護(hù)方式。三是隧道支護(hù)處理中的“挑梁”結(jié)構(gòu)是非常關(guān)鍵的，“挑梁”結(jié)構(gòu)可以是大管棚、小管棚、超前錨桿、型鋼結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)等，文章介紹的“鋼筋混凝土拱梁”實(shí)際上也是“挑梁”的一種，“挑梁”是塌方處理過程中常用也是最有效的方法，是保證人身安全和正常掘進(jìn)的前提。四是隧道一旦發(fā)生塌方，首先要考慮的安全問題，及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)察看，盡快制定出合理的處理方案，以免圍巖長(zhǎng)期暴露而加速風(fēng)化，產(chǎn)生更大的塌方。