東山供水工程五標隧洞塌方處理

解廣文

（山西省東山供水工程建設管理局山西太原030002）

1 塌方段情況說明

東山供水工程施工五標主洞為無壓輸水隧洞，總長約2.27 km，斷面形式為馬蹄形，布置2 條支洞，9-1#支洞為豎井，9-2#支洞為斜井。目前隧洞僅剩9-1#支洞與9-2#之間38 m 塌方段未貫通。該段地質條件極差，為含砂低液限黏土，洞頂存在卵石混合土層和級配不良層，地下水位位于洞頂以上，地下埋深80多米。9-1#下游和9-2#上游兩個掌子面先后共發(fā)生4 次涌泥塌方，涌泥方量約3 780 m3，其中9-1#豎井控制主洞下游段涌泥137 m，約1 590 m3；9-2#施工支洞控制主洞上游段目前存在涌泥155 m，三次累計涌泥285 m，約2 190 m3。并在清淤過程中連續(xù)多次發(fā)生涌泥涌水，隨后為確保安全將掌子面封閉。如果按照常規(guī)的塌方處理，極易再次形成涌泥地質災害。

2 塌方處理方案

塌方處理采用混凝土灌注樁止推墻+大管棚的施工方法進行塌方處理，塌方處理縱剖圖如圖1。

2.1 施工原則及施工步驟

塌方體洞段地表施工方法：在9-1#下游及9-2#上游塌方掌子面處，各設置一堵混凝土灌注樁止推墻，阻斷洞挖塌方松散體與洞內(nèi)的連接通道，然后進行洞內(nèi)塌方涌泥堆積體的清運。

圖1 塌方處理縱剖圖

塌方段洞內(nèi)施工方法：為加快工期，及確保清淤效果，分兩次洞內(nèi)清淤。第一次清淤與地表灌注樁同時進行，結合前幾次清淤經(jīng)驗，第一次清淤至不能再清時，立刻封閉掌子面，待混凝土灌注樁止推墻完成后，開始第二次清淤，清至止灌注樁止推墻后，進行管棚施工，最后進行剩余土洞段開挖支護施工，直至土洞安全貫通。具體施工步驟流程如圖2。

圖2 塌方處理施工流程

2.2 施工方案具體說明

根據(jù)施工原則，剩余土洞段冒頂塌方處理施工內(nèi)容包括以下內(nèi)容：洞外混凝土灌注樁止推墻施工、一次清淤及二次清淤、管棚工作室施工、管棚施工、破樁施工和剩余土洞段開挖支護施工等施工內(nèi)容。具體施工步驟如下所述。

2.2.1 地表混凝土灌注樁止推墻

分別在9-1#下游及9-2#上游塌方掌子面處設置一道混凝土灌注樁止推墻，一道布置9 個灌注樁，灌注樁直徑Φ80 cm，灌注樁孔中心間距為1.0m，采用單排灌注樁的方法，灌注樁孔位布置圖如圖3。灌注樁單根長度65 m。鋼筋籠采用Φ20 和Φ25，鋼筋間距20 cm，鋼筋籠布置在灌注樁底部20 m，I 序孔頂部45 m 采用素混凝土回填，II 序孔頂部45 m 采用卵石土回填。

2.2.2 第一次洞內(nèi)清淤

1）清理淤泥。采用ZL30 裝載機配合5 t 自卸車進行出渣。結合前幾次清理涌泥涌水的經(jīng)驗，塌方體涌泥清理要“先快后慢”，剛開始清理時可以適當加快速度，隨著與掌子面距離縮小，應該放慢清理速度，加強塌方體穩(wěn)定性的檢測，根據(jù)現(xiàn)場實際不能再清理的時候，及時封閉掌子面，并做固結灌漿。

2）封閉掌子面。

（1）洞內(nèi)砂袋填充

洞外人工將沙袋裝滿扎緊，用5 t 自卸車運至洞內(nèi)，人工用沙袋將塌方體與洞頂空隙填滿，沿洞軸線每隔3 m 用Φ8，250×250 鋼筋網(wǎng)阻攔加固，鋼筋網(wǎng)貼近洞壁部位用電焊機與鋼拱架焊牢固。

（2）用磚將清淤掌子面封閉，高度與寬度與隧洞洞徑一致，墻體沿洞軸線厚度為3 m。人工將基面清理干凈，自下上砌筑墻體要求“橫平豎直”，灰縫飽滿，水平縫飽滿度大于90%，豎向縫飽滿度大于80%。在砌筑體上部預埋2 根Φ50PVC 管作為灌漿預埋孔。

圖3 灌注樁孔位布置圖

3）固結灌漿。采用水泥漿液漿剩余塌方淤泥進行初步固結，確保洞內(nèi)安全，也可加快第二次塌方體的清運工作。漿液在洞外集中拌制運至洞內(nèi)。采用孔口阻塞純壓式灌漿法施工，固結灌漿采用0.5∶1 的純水泥漿液，當達到既定0.3 MPa 后停止注漿，清除孔內(nèi)積水和污物，采用濃漿或干硬性砂漿將全孔封堵密實和抹平，并割除露砌體表面的預埋管。

2.2.3 二次清淤

在地表混凝土灌注樁施工完成達到設計強度后，開始洞內(nèi)第二次清淤。采用久保田小挖機配破碎錘對磚砌體進行拆除，人工配合扒渣機將拆除后的雜物裝至5 t 自卸車內(nèi)運至洞外渣場。清淤直至灌注樁止?jié){墻。

2.2.4 管棚工作室施工

為了便于Φ108 大管棚的施工，在距灌注樁止推墻5 m 范圍原洞段進行擴挖，建造管棚工作室，工作室采用Φ76 管棚+I14 工字鋼支護支護，具體支護參數(shù)為直徑D=Φ76，δ=5 mm，L=12 m，間距0.3 m，傾角12°，I14 工字鋼每0.5 m 一榀，鎖腳錨桿8 根Φ25，L=2 m。工作室頂部擴挖高于原洞頂65 cm。管棚工作室平面布置圖4。

2.2.5 大管棚施工

圖4 管棚工作室平面布置圖

在塌方體上下游分別進行管棚施工。采用Φ108管棚，L=30 m，具體支護參數(shù)為：直徑D=Φ108，δ=5 mm，L=30 m，間距0.3 m，傾角5°，在D=108 鋼管內(nèi)安裝3 根Φ25 束和Φ76 管棚，以增強管棚的剛度，灌漿采用純水泥漿，水灰比為1∶1，Φ108 管棚斷面布置如圖5。

2.2.6 破樁施工

采用久保田配破碎錘進行破樁施工，期間人工用氣焊對樁內(nèi)鋼筋進行割除，拆除混凝土及廢鋼筋采用扒渣機裝入5 t 自卸車內(nèi)運至渣場。在破樁施工過程中派專職安全員監(jiān)視洞內(nèi)情況，如有危險及時通知撤離。

圖5 大管棚施工參數(shù)斷面圖

2.2.7 剩余土洞段開挖支護施工

然后按照B 型斷面采用“分臺階、分部位、預留核心土和預留保護層”的方法進行開挖，具體施工方法如下：

1）開挖采用久保田小挖機+人工的方法進行，每次開挖進尺控制在0.5 m，開挖滿足設計要求后，采用C25 噴混凝土進行掌子面封閉，封閉混凝土厚度在5～10 cm；

2）I14 工字鋼間距為0.5 m，工字鋼之間采用10根，Φ25 鋼筋連接；

3）每榀工字鋼與洞壁設Φ25，L=2.0 m 的鎖腳錨桿，數(shù)量為8 根；

4）布置Φ42，L=2.0 m 的超前小導管，小導管間距0.3 m。每4 m 布置一排Φ50，L=6.0 m 超前注漿導管，并進行灌漿施工；

5）掛Φ8@150 mm×150 mm 鋼筋網(wǎng)片，噴15 cm 厚的C20 混凝土；

6）漸變段開挖施工完成后，及時進行I14 工字鋼底梁的安裝和C20 回填混凝土施工，底板C20 回填混凝土澆筑厚度24 cm，并根據(jù)底板土體承載力布置Φ8@150 mm×150 mm，增加底板承載力和整體性；

7）底板混凝土待凝24 h 以后，進行下一循環(huán)土洞開挖支護施工。

3 結語

在兩個掌子面多次發(fā)生大量涌泥涌水冒頂?shù)那闆r下，該方案具有安全可控、質量可靠、造價低、工期短的優(yōu)點。