沙溝隧洞工程塌方處理技術(shù)研究

鄭 新 讓

(中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710065)

1 工程概況

沙溝隧洞工程屬于安康市漢濱區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)黃石灘中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目新建建筑物，全長376.7 m，開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面城門型3.10 m×2.90 m(高×寬)，縱坡比1∶700。開挖一次支護(hù)采用超前錨桿、系統(tǒng)錨桿、隨機(jī)錨桿、鎖腳錨桿及Ⅰ14鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土支護(hù)，二次襯砌采用35 cm厚C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯砌完成后進(jìn)行回填與固結(jié)灌漿。

原方案洞室開挖從出口(0+376.6)開始采用單向掘進(jìn)、全斷面一次爆破施工，本工程臨時(shí)支護(hù)原設(shè)計(jì)在進(jìn)出口(樁號：0+000～0+018,0+340.70～0+376.70)段采用Ⅰ14鋼拱架，系統(tǒng)錨桿、@200～鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)，洞身段0+018～0+340.70采用系統(tǒng)+隨機(jī)、超前錨桿Φ6@200鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)緊隨開挖進(jìn)行，一循環(huán)開挖后在支護(hù)完成后進(jìn)行下一循環(huán)爆破開挖。

但在施工過程中由于地質(zhì)狀況不良，經(jīng)過與業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位溝通協(xié)調(diào)后，現(xiàn)已開挖段的支護(hù)狀況發(fā)生變化：從樁號0+376.70～0+321段采用Ⅰ14鋼拱架，系統(tǒng)錨桿、超前錨桿、Φ6@200鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)，樁號0+321～0+248段采用系統(tǒng)+隨機(jī)、超前錨桿Φ6@200鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)。

沙溝隧洞施工工程地質(zhì)分段說明：0+000～0+030 m洞室?guī)r性為寒武系中上統(tǒng)石英絹云母片巖，巖體為強(qiáng)風(fēng)化，片理發(fā)育，巖體完整性差，上覆圍巖厚5 m～6 m，屬極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖；0+030 m～0+223 m洞室?guī)r性為寒武系中上統(tǒng)石英絹云母片巖，巖體為弱風(fēng)化，片理裂隙較發(fā)育，巖體完整差，地下水位于洞頂以上，上覆圍巖厚18 m～70 m，巖層走向與洞軸線夾角小于30°，對洞室穩(wěn)定不利，屬不穩(wěn)定的Ⅳ類圍巖；0+233 m～0+316 m洞室?guī)r性為寒武系中上統(tǒng)石英絹云母片巖，巖體為弱～微風(fēng)化，片理裂隙較發(fā)育，巖體完較整差，洞室位于地下水位中，上覆圍巖厚75 m～92 m，巖層走向與洞軸線小角度相交，對洞室穩(wěn)定不利，屬不穩(wěn)定的Ⅳ類圍巖；0+316 m～0+389 m洞室?guī)r性為寒武系中上統(tǒng)石英絹云母片巖，巖體為弱風(fēng)化，片理裂隙發(fā)育，巖體完整差，地下水位于洞頂以上，上覆圍巖厚18 m～70 m，巖層走向與洞軸線基本一致，對洞室穩(wěn)定極其不利，屬不穩(wěn)定的Ⅳ類圍巖。

2017年8月10日00:02時(shí)沙溝隧洞正常開挖至0+248～0+250段，爆破作業(yè)完成后，洞內(nèi)巖石片理走向發(fā)生變化及洞頂存在地下水拱頂局部位置塌方、拱頂以下斷面光爆孔半孔無法形成，洞頂塌方，采用扒渣機(jī)出渣時(shí)及出渣完成后拱頂局部位置石塊掉落。就此情況與業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位商議之后，為了保證施工安全亦采用Ⅰ14鋼拱架，超前錨桿、系統(tǒng)錨桿、Φ6@200鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)，直至開挖支護(hù)至0+244.5處。

2017年8月13日凌晨2:00沙溝隧洞(樁號0+244.5～0+242.5)段施工時(shí)出現(xiàn)塌方，且塌方量較大，并伴有較大水流滲出；為保證施工人員安全，立即停止施工，撤離施工人員及設(shè)備；8月14日經(jīng)建設(shè)單位邀請?jiān)O(shè)計(jì)、監(jiān)理等各參建單位進(jìn)行現(xiàn)場查看，設(shè)計(jì)單位地質(zhì)人員建議先采用對塌方進(jìn)行清理，并及時(shí)支護(hù)進(jìn)行作業(yè)，按照此方案進(jìn)行清渣約30 m3，塌方仍然很大，無法形成作業(yè)工作面；隨后經(jīng)設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位及施工單位共同討論達(dá)成先進(jìn)行固結(jié)灌漿再行開挖的施工方案，灌漿開挖穿過塌方段后根據(jù)地質(zhì)巖石情況進(jìn)行原設(shè)計(jì)施工。

2 塌方處理方法

2.1 施工方案

采用大管棚與加密超前小導(dǎo)管注漿相結(jié)合的總體施工方案，大管棚采用φ89的熱軋無縫鋼管加工，根據(jù)施工鉆進(jìn)情況進(jìn)行注漿；大導(dǎo)管注漿施工完成后進(jìn)行初步開挖(已完成支護(hù)段)；初步開挖完成后進(jìn)行超前小導(dǎo)管加密固結(jié)注漿，注漿完成達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行開挖，單循環(huán)開挖進(jìn)尺50 cm,采用50 cm每榀的Ⅰ14的鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)，穿過塌方段。

2.2 工藝流程

洞內(nèi)排水→封堵洞口→大管棚施工→固結(jié)灌漿→初步開挖→小導(dǎo)管施工→加密固結(jié)注漿→開挖支護(hù)。

1)洞內(nèi)排水。采用堵排相結(jié)合的方式。封堵前在洞內(nèi)兩側(cè)已支護(hù)面邊緣開挖5 m長的排水溝，排水溝截面20 cm×20 cm×20 cm，排水溝中放置5 m長φ15 cm PVC花管，花管需用雙層土工布包裹，在洞右側(cè)管口出水端開挖80 cm×80 cm×80 cm的集水坑，左側(cè)花管出口至右側(cè)集水坑開挖20 cm×20 cm的排水溝將水引流至集水坑，將潛水泵置入集水坑不間斷排水。封堵前在塌方體空腔部最頂部位預(yù)埋φ5 cm塑料排水管3根，至封堵面前端，排水管間距100 cm×100 cm，開始注漿時(shí)由于漿液的上升封堵完成后的洞內(nèi)水隨著水泥漿液的上升至預(yù)埋排水管管口排水。開挖后有水流時(shí)根據(jù)出水點(diǎn)預(yù)埋φ5 cm塑料管排水孔。

2)封堵洞口。在距離爆破面(樁號0+242.5)外4 m洞口處滿截面澆筑80 cm厚C20素混凝土止?jié){墻。

3)灌漿固結(jié)。在塌方位置大里程邊緣4 m處施作大管棚，管棚每根長度為20 m，環(huán)向間距為60 cm，總共8根，用水泥漿注漿。

a.大管棚的加工制作。

管棚采用φ89熱軋無縫鋼管加工；鋼管前段3.0 m范圍內(nèi)不鉆注漿孔。注漿孔孔徑8 mm，孔間距15 cm，呈梅花狀布置。管棚尾段設(shè)止?jié){板，止?jié){板上設(shè)15 cm長帶絲口的注漿尾管。大管棚加工詳見圖1。

b.鉆孔與頂進(jìn)。

采用XY-44B鉆機(jī)鉆孔，為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用118 mm。

管棚頂進(jìn)采用裝載機(jī)改裝液壓氣錘和管棚機(jī)鉆進(jìn)相結(jié)合的工藝，用裝載機(jī)在人工配合下頂進(jìn)鋼管。

c.配制漿液。

在高速攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行漿液攪拌，嚴(yán)格按照配合比投放配料，水泥漿濃度取1∶0.8～1∶1。

d.注漿。

按照“跳孔注漿”“由稀到稠”的順序注漿，并利用分漿器同時(shí)灌注小導(dǎo)管，以防串漿和跑漿，直至將混凝土墻后的洞身及坍塌部位全部充實(shí)。

4)小導(dǎo)管布設(shè)。待水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度，先爆破開挖2 m(即之前已做好的支護(hù)段)，即在頂部拱形位置內(nèi)側(cè)45°打設(shè)φ42@300長6 m注漿超前導(dǎo)管。

5)開挖支護(hù)。注漿完成，強(qiáng)度達(dá)到85%后，開始下一步爆破開挖，單循環(huán)開挖進(jìn)尺50 cm，支護(hù)方式采用Ⅰ14鋼拱架，系統(tǒng)錨桿、Φ6@200鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)。后續(xù)每個(gè)工作段的開挖進(jìn)尺控制在50 cm～60 cm，開挖支護(hù)方式按上述注漿導(dǎo)管、Ⅰ14鋼拱架，系統(tǒng)錨桿、超前錨桿、Φ6@200鋼筋網(wǎng)片噴射C20噴射混凝土支護(hù)步驟逐步推進(jìn)，直至巖石狀況穩(wěn)定為止。

6)注意事項(xiàng)。

a.侵限及塌方處理過程中隊(duì)專職安全員應(yīng)跟班作業(yè)，如遇特殊情況及時(shí)預(yù)警、組織施工人員撤離。

b.嚴(yán)格監(jiān)控量測程序，根據(jù)相關(guān)要求加密監(jiān)控量測點(diǎn)、量測頻率及整理量測數(shù)據(jù)，形成量測成果，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)通知隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)及現(xiàn)場技術(shù)員，同時(shí)報(bào)至工程部、安質(zhì)部。

c.侵限及塌方處理嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，每循環(huán)以1榀鋼架的距離為限。

d.管棚施工過程中應(yīng)做好鉆孔記錄和注漿記錄，以便根據(jù)鉆孔和注漿情況判斷，塌腔情況及注漿效果。

e.施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行旁站制度和交接班制度，每循環(huán)各工序均需留取影響資料。

f.塌方段護(hù)拱應(yīng)加大預(yù)留變形量到15 cm～20 cm。

2.3 資源配置

機(jī)械設(shè)備見表1，人員配置見表2。

表1 機(jī)械設(shè)備

表2 人員配置

材料準(zhǔn)備：水泥、砂子、石子、φ89無縫鋼管、φ42無縫鋼管、竹膠板、方木。

3 保障措施

3.1 質(zhì)量保證措施

1)支護(hù)工作開始之前認(rèn)真研究施工方案，并對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。

2)建立嚴(yán)密而完整的質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，做到分工明確，責(zé)任落實(shí)，嚴(yán)格履行質(zhì)量管理職責(zé)，對支護(hù)工程進(jìn)行檢查驗(yàn)收和施工質(zhì)量控制。

3)規(guī)范施工：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范精心施工，確保施工質(zhì)量。

4)為了確保工程質(zhì)量，配備業(yè)務(wù)水平高、素質(zhì)良好、經(jīng)驗(yàn)豐富、堅(jiān)持原則的專職人員，進(jìn)行質(zhì)量檢查驗(yàn)收工作。作業(yè)隊(duì)設(shè)有專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)質(zhì)檢工作。每道工序規(guī)范施工，每個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量把關(guān)。

5)認(rèn)真做好施工記錄和試驗(yàn)記錄：工程施工嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系的各項(xiàng)程序文件要求執(zhí)行，即從原材料的采購，材料進(jìn)場后的抽樣檢查到使用都將進(jìn)行控制，對試驗(yàn)結(jié)果必須有記錄、有簽字，對不合格的材料不得使用；在施工現(xiàn)場做到定崗、定員，班班有施工日志和交接班記錄。

3.2 安全保障措施

1)建立健全安全文明施工領(lǐng)導(dǎo)小組，設(shè)立安全管理部、配置專職安全員，建立嚴(yán)格的安全管理制度及嚴(yán)格的安全文明獎(jiǎng)懲措施。

2)施工前，安全管理部組織進(jìn)行全員安全文明施工教育和安全生產(chǎn)基本常識的教育。

3)施工前，認(rèn)真檢查投入本工程的施工機(jī)械和設(shè)備，對參加施工的機(jī)械設(shè)備操作手上崗前進(jìn)行安全操作的考試和考核，合格者才準(zhǔn)上崗。

4)在施工區(qū)明顯位置設(shè)置文明施工標(biāo)語、旗幟、危險(xiǎn)源標(biāo)識牌、安全警示牌、警告牌。

5)施工過程，嚴(yán)格按照施工方案和安全生產(chǎn)措施的要求進(jìn)行施工。

6)施工人員安全防范措施：重視個(gè)人自我防護(hù)，進(jìn)入工地現(xiàn)場佩戴安全帽，服從安全管理人員和施工管理人員的指揮，杜絕各種習(xí)慣性違章。

7)夜間施工時(shí)需做好夜間照明安全工作，其照明度應(yīng)不低于最低照明度的規(guī)定數(shù)值；為保證用電安全，對凡可能漏電傷人電器設(shè)備設(shè)置接地或避雷裝置，并制定檢查制度，定期對用電設(shè)備進(jìn)行檢查。

8)施工運(yùn)輸車輛：禮貌、文明行車，場區(qū)內(nèi)限速5 km/h,在施工場區(qū)內(nèi)不超車。

4 結(jié)語

沙溝隧洞經(jīng)過以上方法處理，現(xiàn)已完工，效果良好，安全可靠。該方法對中小型隧洞工程塌方處理具有一定的借鑒意義。

[1] 王 峰.武廣客運(yùn)專線某隧道塌方處理技術(shù)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2006(6)：112-114.

[2] 葉少敏.哈大客運(yùn)專線淺埋超大斷面隧道塌方處理工法[J].山西建筑,2010,36(9)：337-338.

[3] 安康市漢濱區(qū)黃石灘灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖冊[Z].