引洮15号隧洞穿越湿陷性黄土塌方段施工措施

2010-04-14杨中方杨绪祥

山西建筑 2010年14期

杨中方杨绪祥

1 工程概况及塌方过程

甘肃省引洮总干渠15号隧洞全长4 762 m，断面为类马蹄形，围岩由可塑～硬塑状的重粉质壤土、粉质黏土及软塑状的粉质壤土等组成，地下水位高于洞顶4 m～37 m，隧洞围岩属极不稳定的Ⅴ级围岩，成洞条件差，在开挖洞壁和掌子面时有线状甚至面状水流渗出，随着水流的渗出伴有流土、突泥等现象发生，围岩极易坍塌变形。施工掘进到K101+920时隧洞洞壁、掌子面水流渗出明显增大，掌子面及拱顶出现掉块及局部坍塌现象，随后采用喷混凝土封闭掌子面，在喷射混凝土过程中，拱顶坍塌变大并出现了流土、流泥等现象，超前小管棚被坍塌体破坏，喷混凝土无法进行，为安全起见组织工人和机械设备撤离至安全地段。坍塌体持续了14 h，坍塌体填满了隧洞整个空间。坍塌体长度为20 m、塌方量约为2 500 m3，塌方体的示意图见图1。

2 塌方原因分析

由于该段围岩由可塑～硬塑状的重粉质壤土、粉质黏土及软塑状的粉质壤土等组成，隧洞围岩属极不稳定的Ⅴ级围岩，该土层具有较强的湿陷性，遇水迅速泥化，失去自稳能力。隧洞在开挖过程中洞壁、掌子面中部有1.5 m～2.0 m高位置出现面状水流渗出，随着水流的渗出粉质黏土及软塑状的粉质壤土遇水膨胀泥化，出现流土、流泥等现象发生，导致塌方。

3 塌方处理方案

3.1 对被扰动已支护段进行加强支护

对塌渣体施作止浆墙并采用C20混凝土进行初喷，封闭掌子面，然后对塌方体外已进行立拱喷锚支护的地段和对混凝土开裂严重的洞段进行加强支护，加强段长10 m，设置Ⅰ14钢架，间距60 cm/榀，拱架脚两侧纵向设[16槽钢支垫防止沉降，对拱架背部用钢板垫实，用φ 18钢筋纵向连接，环间距为 100 cm，喷混凝土与支护形成整体，以防塌方的扩大，施作平孔排水管，间距为100 cm×100 cm，梅花形布置，降低塌渣体水压力，防止围岩泥化现象加重。

3.2 大管棚、小导管超前预支护加固开挖土体

1)大管棚、小导管联合超前支护。大管棚的支护参数为φ 108，L=1 500 mm，环向间距为30 m，两根之间的搭接为5 m，外插角为2°～3°，并注30号双液浆，注浆压力为3 MPa。由于大管棚较长在管棚15 m尾部管棚高出拱顶80 cm，造成超挖严重，因此在大管棚5 m位置底部增设φ 42长4 m的超前小导管全环封闭，环向间距为20 cm，搭接长度为2 m，来控制超挖量，塌方处理支护示意图见图2。

2)分台阶法开挖，预留核心土。采用短台阶对掌子面的围岩进行开挖，预留核心土体，上台阶环形导坑人工开挖，核心土及下台阶采用挖掘机开挖，台阶长度3 m～5 m。上台阶开挖进尺控制在1榀钢架距离，即0.4 m～0.6 m，开挖后立即喷射混凝土封闭周边轮廓和开挖掌子面;下台阶开挖进尺同上台阶一样，中部用挖掘机开挖，两侧边墙轮廓人工刷边，减少对黄土的扰动，开挖完成后及时喷射混凝土封闭开挖面，之后及时完成支护结构;底拱紧跟下台阶施工，使支护结构及时成环，增强支护效果。上下台阶法开挖施工顺序见图3。

4 坍塌体施工方案及技术措施

4.1 初支施工技术措施

采用先喷射混凝土，后挂网，再喷混凝土增加初支的荷载，挂网锚喷后，再架Ⅰ14型钢拱架，增加支护阻力，防止流土、流泥和再次塌方等现象发生。加强型支护，主要体现在将两榀拱架并成一榀使用，间距由原设计的60 cm～100 cm，加密至40 cm，钢拱架外侧全环加设5 mm厚钢插板，采用φ 18钢筋连接，环向间距100 cm。喷射混凝土由原设计的15 cm加厚至25 cm，预留沉降变形量为15 cm。拱架混凝土中部全环布φ 6.5×200×200钢筋网片。对于渗水较大地段，拱墙增加φ 18，长2.5 m的系统锚杆来固定挂设钢筋网片，对开挖面进行初喷混凝土支护，再进行Ⅰ14拱架安装。由于土层含水量较大，承载能力差，为稳拱脚，防止拱架下沉，用锁脚注浆小导管对钢拱架进行锁定，每榀钢拱架施打两根φ 42锁脚注浆小导管，管长3 m，注30号双液浆，注浆压力为2 MPa，并持压15 min;两侧拱脚增设[160槽钢纵向连接加强支撑。

4.2 空腔处理技术措施

初支完成后，在洞内拱顶100°范围内，以 1.5 m的间距梅花形打入径向注浆小导管，采用双液浆回填空腔，超前小导管为φ 42，外插角为50°，长为 7 m，纵向间距为1.5 m，环向间距为50 cm，30号双液浆，注浆压力为3 MPa。开挖时经测量，拱顶下沉和周边收敛较大。为保安全，除施作导管注浆外，在两侧拱腰和边墙增设径向注浆锁脚小导管及注浆小导管，并与拱架焊接牢固，间距为1.0 m×1.0 m，长度为 3 m，压注30号双液浆，注浆压力为2 MPa，并持压15 min。量测结果显示:位移速度有明显的减缓趋势，拱顶下沉和周边收敛小于0.02 mm/d，已产生的位移量占总位移量的80%，并无开裂等异常情况出现。

4.3 二衬施工技术措施

及时施作仰拱，仰拱混凝土内部增加横向钢拱架，增强仰拱的横向侧压力，仰拱循环进尺不大于3 m。通过监控量测，围岩稳定后，及时施作二次衬砌，二次衬砌的厚度为65 cm，之间设有2 m的过渡段。采用C30抗硫酸盐混凝土，降低水压应力，加强引排水，加密塑料盲沟，由原设计10 m每道环向塑料盲沟，加密至2 m每道，对水量较大处再增密。