四川锦屏水电站对外公路隧道塌方处理“堆渣法”

□ 丁治伟（中国水利水电第十一工程局有限公司）

0 引言

“堆渣法”施工是根据构筑物设计的特性并结合现场地形地貌特点而采用的一种代替模板或支承结构的施工方法，常就地取材采用粘土、渣料等对构筑物下部进行回填而形成支撑结构，在完成上部构筑物施工后再拆除或挖除。

“堆渣法”在目前施工中不常见，但在一定条件下，对比其它施工方法更经济、更合理。“堆渣法”在锦屏外线公路两河口项目塌方处理中得到了应用。两河口隧道在掘进过程中遭遇到不良地质区段，最高拱顶塌方空腔高度达9m，实施了强支护后，靠近掌子面的上部空腔仍不断发生掉块和塌方现象，围岩状态极不稳定，形势严峻；掌子面上部空腔在塌方后两天仍没有自稳的迹象，为确保施工安全，并避免再次塌方，同时满足正常掘进需要，决定采用“堆渣法”对掌子面上部空腔浇筑钢筋混凝土拱形“挑梁”支护。实施后取得了良好的效果，下面就简述该法在塌方处理过程中的具体应用。

1 概述

锦屏一、二级水电站对外交通专用公路两河口标段，当洞挖进尺535m至桩号K15+883时，围岩发生突变，掌子面及顶拱出现大量裂隙水，受水的侵蚀，围岩风化严重、结构松散、岩面出现大量夹层和裂隙，节理较发育，在掌子面爆破之后，突然发生塌方，加上该区段围岩较差，塌方一直持续了6d，由于塌方具有极剧的破坏性和满足其自然拱的自稳条件，塌方向大桩号扩展至桩号K15+893，向小桩号塌至桩号K15+872，塌方长度达21m，顶拱最大塌穴高度达9m，尤其将原小桩号已支护区段的支护全部破坏，塌方面积大、空腔高且围岩状况不良，给塌方处理和掘进造成极大的困难，处理起来的安全形势也非常严峻。

针对塌方的情况，项目部严格按照报批的方案进行谨慎的处理，当处理至桩号K15+889、距塌方掌子面K15+890还剩4m时，而此时桩号K15+872～K15+889段已完成塌方处理，尤其对设计衬砌线以上顶拱进行了厚约1.50m的钢筋混凝土保护盖的浇筑，在接近塌方掌子面时，由于塌方顶拱仍然间断掉块，作业人员无法实施正常程序处理，同时安全无法保证，因此便有了“堆渣法”的由来。

2 方案的思路

在围岩不稳定的情况下，避免人员直接在掌子面下部施工，确保人员安全，采用“堆渣法”就地取材、施工快速，对塌方范围内拱顶空腔进行混凝土回填，使掌子面形成稳定的“挑梁”结构或防护结构，确保处理后能满足正常掘进安全和围岩自身稳定需要。

3 方案比较

3.1 “钢板罩法”

按照设计开挖轮廓线，利用钢筋格珊做骨架，骨架上面焊接钢板，采用装载机挑进掌子面，抬升后下部接腿升高至设计开挖轮廓线以上，利用“钢板罩”做为模板浇筑混凝土拱。骨架钢筋采用4根Φ22螺纹钢筋、间距30cm×30cm，中间采用φ6.50圆钢做箍筋和腹筋，3mm厚的钢板采用点焊方式与钢筋骨架连接。由于塌方形成的掌子面参差不齐，在浇筑混凝土时造成封堵困难，再加上利用装载机安装过程中难免会导致钢板罩变形，从而占用一定的设计衬砌尺寸，因此不适宜采用。

3.2 “堆渣法”

“堆渣法”利用开挖的渣料将剩余的3m区域自底板至设计衬砌线以下填满，利用渣料做为混凝土浇筑的模板，待混凝土达到一定强度后再将渣料挖除，保留钢筋混凝土拱形结构，满足防护和支承效果。首先在距塌方掌子面5m的底板基面上，利用脚手架和马道板搭设稳定的挡渣结构，采用自卸汽车运输渣料，反铲填筑至一定高度，最后采用人工辅助填至设计衬砌线以上。

填渣的上部区域受回填的空间限制，需采用人工装砂袋在已浇筑混凝土（上部仍有空腔，可通过预留的进人孔进行运输、抛填，作业人员避开掌子面下部作业）的顶拱边缘向掌子面抛填至设计衬砌线以上；在人工抛填接近衬砌线的拱肩高程时，利用小桩号已安装的型钢拱架做为悬挑支点并按照排距30cm纵向焊接Φ42脚手架钢管直抵掌子面，悬挑脚手架按照衬砌线弧形轮廓线布设，目的是阻挡砂袋使其呈弧形分布，以保证支护混凝土的断面体型（不占设计衬砌范围）需要；砂袋抛填完成后，在悬挑的Φ42脚手架钢管上面人工抛掷Φ22钢筋做为浇筑混凝土的配筋，抛掷不均匀的钢筋采用竹竿或钢筋钩进行调整；抛填砂袋和铺设钢筋的作业人员站在小桩号的已浇混凝土上面，从而保证了作业安全；在完成抛填和铺设钢筋后，利用泵送浇筑“自密实混凝土”，避免了人员在塌方部位下部作业，施工安全得到了进一步的保障。

4 “堆渣法”实施的关键点

一是最大开挖断面为宽×高＝11.45m×9.10m，属中小型断面，回填渣料量较小，可满足快速施工要求。二是要求塌方掌子面临近断面已安装了型钢拱架并浇筑一定高度的支护用钢筋混凝土，给脚手架钢管的焊接提供了条件，满足钢管焊接后的弧形结构并在塌方段形成“挑梁”；同时也为人工抛料、钢筋和钢管安装以及泵送混凝土提供了作业空间。三是在脚手架钢管焊成的挑梁上布设钢筋时，钢筋的一端弯成弯勾状，利用木棍或竹竿对钢筋进行均布调整，避免了人工进入危险面作业。四是采用“自密实混凝土”进行浇筑，在此施工过程中，重点是保持围岩尽量无较大扰动、避免人员进入坍塌区域，自密实混凝土完全满足该前提条件。自密实混凝土的参考配合比如表1所示:

表1 自密实混凝土配料表

5 主要施工方法

5.1 挡渣墙

在堆渣区域的外侧边缘利用脚手架和马道板搭设挡渣墙，为满足渣料稳定需要，并利用埋设长钢管做为内部拉杆，长钢管的埋入端固定短钢管，以起到拉力作用，拉杆随填渣的进度分层设置；挡渣墙外部利用脚手架布设斜撑；另外，为满足挡渣墙的稳定，脚手架与隧洞边墙接触部位采用点焊与已有型钢拱架连接。

5.2 堆渣

采用15t自卸汽车配反铲自洞外拉渣，掌子面现场配装载机和反铲回填渣料；隧道拱肩以下采用机械装料，拱肩以上采用人工从已浇筑的小桩号顶拱混凝土（设计衬砌线以上部位支护钢筋混凝土，不占衬砌线）上面抛填砂袋，人工抛填的砂袋和钢筋等施工材料通过进人孔并利用钻爆台车和装载机配合上料。

5.3 布筋

为满足混凝土盖梁的刚度需要，在纵向悬挑的Φ42钢管上面全断面布设一层Φ22环向钢筋，间距20cm，钢筋一端弯成勾状，挂于钢管上，人工用杆推送，利用钢筋的自重成弧。

5.4 浇筑

混凝土采用泵送自密实混凝土，先期浇筑时采用间歇浇筑的方法，利用混凝土初凝来堵塞堆渣的缝隙，混凝土泵管架设在已完成的拱上部平台上。利用6m3混凝土罐车运输，混凝土浇筑的最薄厚度≥1.50m。

5.5 出渣

待自密实混凝土的强度达到要求后，将挡渣墙及渣料采用分层拆除的方法挖除并运至洞外渣场。

5.6 置换

由于塌方导致右侧边墙超挖，填渣时右侧边墙空腔填满洞渣，在拆除堆渣时势必造成右侧已浇混凝土下部渣料掉落而无法满足混凝土拱的受力需要，因此必须对右侧渣料进行挖除并置换成混凝土。

图1 掌子面断面示意图

图2 堆渣法处理塌方纵剖示意图

采用18#工字钢焊接成组合梁支撑并回填混凝土的方法进行渣料置换。在已浇混凝土达到一定强度后，先挖除左侧渣料，右侧渣料采用分段开挖、分段接腿、分段回填混凝土的方法，右侧一次开挖0.80～1.20m后对已浇混凝土拱脚设置18#工字钢焊成的组合梁，上部支撑混凝土，下部与底板密实接触，靠近混凝土的组合梁顶面加钢板楔满足密实接触的要求，然后立模、人工入仓、浇筑混凝土，直至置换完毕。

6 结语

锦屏两河口项目采用“堆渣法”进行塌方处理达到了预期的效果，通过监测各种位移均在设计的允许范围内，不失为一种中小型断面塌方处理快速有效的方法，虽然实施条件较为特殊，对比隧道开挖中塌方处理常见的方法应用较少，但为中小型隧道塌方处理扩展了新的思路，值得借鉴和“延伸”。同时，笔者请大家关注以下几个问题:一是在隧道的掘进过程中，必须首先探明围岩的地质状况，做到有的放矢地采取合理的开挖方法和支护措施，尽可能避免塌方的发生。二是经常询问钻工，通过落实是否卡钻、察看钻进速度的快慢等来判断掌子面围岩的类别，以便及时采取措施或改变掘进和支护方式。三是隧道支护处理中的“挑梁”结构是非常关键的，“挑梁”结构可以是大管棚、小管棚、超前锚杆、型钢结构以及混凝土结构等，文章介绍的“钢筋混凝土拱梁”实际上也是“挑梁”的一种，“挑梁”是塌方处理过程中常用也是最有效的方法，是保证人身安全和正常掘进的前提。四是隧道一旦发生塌方，首先要考虑的安全问题，及时到现场察看，尽快制定出合理的处理方案，以免围岩长期暴露而加速风化，产生更大的塌方。