寨子河水库岩溶地形隧洞开挖冒顶处理方案

张 瑜

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

寨子河水库位于后河左岸一级支流寨子河中游，坝址位于万源市太平镇杜家坝村和茶垭乡磙子坪村境内。工程区处于四川盆地东北部边缘、大巴山前缘，地势总体东北高西南低。区内地貌明显受构造、地层岩性及岩溶作用控制，其地貌单元主要为溶蚀侵蚀地貌、侵蚀剥蚀地貌和岩溶地貌三大类型。工区主要分布有三迭系中统(T2b)、下统(T1j)、(T1d)和二迭系上统(P2)、下统(P1)的碳酸盐岩类地层。在长期的地质历史和岩溶化作用下，形成了各种形态的岩溶地貌景观。右岸灌浆平洞位于大坝右岸坝肩，开挖尺寸为4.8m×4.8m的城门洞型断面，长度100m。

2 冒顶经过

2014年11月23日夜，当掘进施工的大坝右岸灌浆平洞开挖至0+38m处，爆破后发现洞顶部岩石从层状灰岩结构变为泥结碎石胶结结构，决定第二天采用工字型钢拱架进行支护。当夜顶拱坍塌，坍塌体为泥结碎石和孤石堆满隧洞开挖断面，坍塌穹顶斜向进口方向，两侧宽度超过隧洞开挖宽度，坍塌穹顶距离洞顶8m，坍塌顶面面积约35m2，洞顶有3处渗水滴漏点，最大水流略成线状，查勘顶拱面仍为薄层泥胶结结构，因地质未预测此处存在岩溶地质缺陷，因此决定清除坍塌体后再次进行型钢拱架护顶。

28日夜，洞顶坍塌一块长约6m宽3m厚2.5m的黑色泥质沉积胶结体，将架设成型的25#工字型钢拱架全部砸垮，随后洞顶不断地有孤块石和稀泥胶结体坍塌，间或有0.5m3左右的泥结碎石体持续塌落，人员无法施工，洞顶无法看到基岩。经地质工程师现场查看后判定，该结构为一岩溶落水洞，洞内填充角砾状崩塌体和淤泥沉积层，顶部情况尚无法判断，建议采取强支护护顶强进。

3 研究分析

右岸灌浆平洞在招标地质情况说明中未提到有岩溶结构和断层破碎带，根据施工的超前地质查勘孔，预计本次坍塌体长度约6m～15m。为确保施工安全，根据本次隧洞冒顶的现场情况，按照造成围岩失稳的各种原因，依次对发生坍塌的洞顶围岩进行处理。岩溶地区首先应排除地下水，泥结碎石和薄层泥胶结结构在地下水的侵蚀下很容易逐步软化水解导致坍塌;其次鉴于坍塌段长度较短，必须构建一个合适的能够保护人员安全的施工作业平台，使施工人员在安全的保护下继续施工，抢回失去的工期。该平台必须能够移动并延伸至掌子面;第三，因无法判断顶部围岩情况，施工中及以后仍然存在洞顶继续软化崩塌的可能。因此必须在洞顶设置缓冲垫层，防止高处崩塌体直接冲击人工支撑结构，造成事故;第四，必须重视侧向空腔对围岩失稳和支护结构受力产生的重大危害。支护初步形成后，必须第一时间填充支护结构的侧向空腔。

荷载计算中的选用标准，应当按照最大冲击标准计算。本次方案中，计算取值为出现的最大坍塌体重量，冲击计算高度为坍塌穹顶至洞顶的高度。经计算选用I25工字型钢拱架支撑，间距为60cm，可满足要求。为便于顶进，工字型钢连接采用Ⅰ14的短工字钢，间距为1m。

4 处理方案

因坍塌冒顶方向倾向隧洞进口，故首先从下游10m处略斜向掘进方向，采用KQJ100B型钻机凿孔穿过落水洞至上方岩层，形成排水通道，阻断地下水继续侵蚀穹顶坍塌体。共施工6孔，孔深分别为25m～34m，施工完成后孔内有水流流出，滴漏状，同时坍塌体处渗水明显减轻或消失。

其次，需与设计协商是否能够采用联合支护结构，即利用现施工的工字型钢拱架和设计的钢筋混凝土支护联合支撑围岩稳定，如可行，则不需超挖。因本工程钢筋混凝土支护仅40cm，经咨询设计不能联合支撑，故需对坍塌体前约3m长的隧洞开挖断面略超挖30cm，形成工作平台。在工作平台处，依次加工工字型钢拱架，并依次向前顶进形成临时支撑;完成后连接成整体，构成型钢棚，形成人员保护平台;依次将型钢棚向前顶进，强进施工。

第三，在型钢架的保护下，回填坍塌体的侧向空腔。回填可采用喷混凝土，人工浆砌块石或浇筑混凝土等，本工程选用了人工浆砌块石。

施工完成后，洞内仍然有少量的坍塌体坠落，但已经无法撼动支护结构。人员继续在保护的情况下施工，隧洞继续向前掘进，跨过约12.7m长的落水洞坍塌体结构后，围岩结构变为基岩，于是停止顶推工字型钢架，采用木捆完善支护结构，及时对开挖断面外起拱点以下的侧向空腔进行填充封闭，完成坍塌体段的临时支护施工。

5 结语

岩溶地区地质结构复杂多变，隧洞开挖中的冒顶是施工中的难点之一，必须采取可靠、快速、安全的方法推进施工。本文阐述了岩溶地区寨子河水库右岸灌浆平洞开挖过程中冒顶的解决方案，该施工具有简单快速安全的特点，可供类似工程地质情况的工程施工参考。