小浪底引黄工程不良地质段塌方处理施工方法

刘志斌

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程位于山西省运城市，主要任务解决运城市五县区的农业、工业及生活用水，年引水量2.47亿m3，设计流量20 m3/s，灌溉面积4.24万 hm2。

其中6号支洞控制2号输水隧洞主洞段20＋250～23＋295，主洞洞身为城门洞型，开挖断面4.56m×5.68m,设计纵坡13000、水深2.97m。6号支洞位于2号干线输水隧洞桩号21＋095处，支洞与主洞斜交70°，支洞为斜井，长度592m，坡度7.1°，开挖断面3.65m×3.2m。

6号支洞控制的主洞段主要通过震旦系下统马家河组（Z1m）安山岩、鸡蛋坪组（Z1j）安山岩夹页岩、砂岩、灰岩，许山组（Z1x）安山岩夹透镜状凝灰岩和页岩。岩性坚硬性脆，为坚硬岩，具气孔和杏仁状构造，主要为III类围岩。洞顶围岩较厚，厚度80～280 m。隧洞底高程位于地下水位以下80～130 m。

2 不良地质塌方段断层地质情况

主洞桩号21＋025处开始出现断层，断层构造非常发育，产状为S70°E/NE∠70°，顺主洞走向小角度斜交，断层带围岩破碎，在桩号20＋984.1处切割安山岩中的凝灰质泥岩夹层，使软质泥岩形成碎裂的囊状体，在开挖过程中临空面支撑力不足而塌方。围岩稳定性差，变形破坏严重，对施工安全和工程质量影响很大。

坍塌堆积体为散体状碎屑岩块和炉渣状，碎块石为灰黑色、灰色、灰绿色、杂色凝灰质泥岩、凝灰质安山岩。粒径2～60 mm的占50%～60%，60～200 mm的占30%，块石200～500 mm的约占10%，细粒约占5%。块石少，多为碎石级粒径。岩石具有断层角砾岩特征，碎石棱角明显，其面具有蜡状光滑感，泥质岩被挤压呈饼状，辉石具有绿泥石化，呈现灰绿色。

3 施工方案

根据断层带地质情况，隧洞断面尺寸及施工技术水平等因素综合考虑，开挖前先对塌方段隧洞断面周边安装超前导管固结灌浆形成管棚，使开挖断面周围岩体固结。

3.1 安装管棚主要方法

在塌方段安装的第一榀钢拱架拱顶范围环向布置2～3排灌浆钢管，呈梅花型布置间排距25～30 cm，钢管直径42mm、长度6m、单排管间距20～30 cm，钻孔角度向外倾斜3°～10°，在灌浆钢管上设若干Φ5mm梅花孔进行固结注浆。在坍塌段每安装1榀钢拱架设置一排管棚，当穿过坍塌段断层带后，仍用超前导管灌浆，直至围岩稳定地段后，停止该作业。

3.2 采用留核心土法安装钢拱架

灌浆完成24h后将坍塌堆积体上部顶拱部分开挖出来，采用I16钢拱架对顶拱进行支撑，拱脚以渣堆作为支撑基础，在拱脚底部铺垫I16工字钢进行支垫，以增强钢拱架的承载力，对钢拱架底部和支垫工字钢用长度3m的Φ25钢筋进行锁脚。钢拱架间距30～80 cm，每安装一榀钢拱架，再向前开挖50 cm左右安装下一榀钢拱架，钢拱架之间要用Φ25钢筋连接。在确保安全的前提下，依次往前进行。

3.3 挂网喷浆

管棚搭设后，挂设Φ8钢筋、网格间距为100 mm×100 mm或50 mm×50 mm的钢筋网片，以保证碎块不掉落、作业人员安全为原则，然后喷C20混凝土。

3.4 灌浆

灌浆前先对塌方与顶拱接触面2m左右范围喷混凝土使之封闭。灌浆采用水泥灌浆，水灰比1：1～1：2，同时添加速凝剂加快浆液凝固速度，灌浆压力控制在0.2MPa之内，加压应由低到高逐渐增加，不可一次增至0.2MPa。对灌浆量要进行控制，当灌浆压力达到0.2MPa后，稳定灌浆10 min或灌不进浆液时方可终止灌浆。每安装2～3榀管棚，灌浆一次。

3.5 预留排水孔

灌浆后在洞顶和拱下脚处设置排水孔，并安装Φ42钢管作为排水管，以疏导洞顶空洞内积水，减小对洞顶范围的压力，具体位置和深度根据现场情况确定。

3.6 开挖下部坍塌堆积体

完成2～3榀管棚及顶部灌浆24h后，进行下部坍塌堆积体开挖。每挖出一榀钢拱架下部，立即安装竖向钢拱架，并锁稳牢固。如果开挖过程中发现侧墙有坍塌现象，则在侧墙部位进行导管安装和固结灌浆，当侧墙稳定后再依次向前开挖坍塌堆积体、安装钢拱架和管棚。若底板特别软弱时，则用I16工字钢形成封闭框架，并浇筑底板混凝土。

每向前开挖1～2m，按照1～6步骤再依次施工，直至围岩稳定为止。然后按照弱爆破、短进尺、强支护的原则，采用超前锚杆和钢拱架支护相结合的方法进行施工。确认围岩达到稳定状态后，方可恢复正常施工。

4 施工中需注意的问题

（1）出现塌方后施工准备要快，人员、材料、设备要及时充分，满足施工强度要求。在最快时间内进行塌方段处理，把风险降低到最小。

（2）施工过程要细致，塌方段处理时每一施工工序要环环相扣，缺一不可，前后的顺序不能错，否则前功尽弃。

（3）排水孔的安装必不可少，排水孔对于疏导洞顶空洞内积水，减小对洞顶范围的压力，避免二次塌方有很好的作用。

（4）塌方体开挖必须待灌浆完成24h后进行，使灌浆形成一定强度。开挖时按先顶拱后侧墙的顺序进行施工，尽量少挠动，防止周围岩体强度降低、产生岩块松动，使周围岩体处于不稳定状态，容易产生二次塌方。凿除钢拱架下部外露灌浆凝结物，必须在其达到一定强度时进行，以防止钢拱架顶端灌浆凝结物产生破裂，影响混凝土的整体稳定性。

（5）开挖下部时要先挖一侧，安装这一侧的竖向钢拱架，再进行另一侧施工。

（6）塌方段处理期间要加强对洞顶的沉降观测和洞侧的收敛观测，及时掌握围岩变形情况，提前预测险情，以便采取补强加固措施。

5 结束语

由于该方案的实施使隧洞掘进顺利通过了塌方段，施工期间未发生任何质量安全事故，为工程不良地质段处理提供了值得比对的事例。