沙沟隧洞工程塌方处理技术研究

郑 新 让

(中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710065)

1 工程概况

沙沟隧洞工程属于安康市汉滨区农业综合开发黄石滩中型灌区节水配套改造项目新建建筑物，全长376.7 m，开挖标准断面城门型3.10 m×2.90 m(高×宽)，纵坡比1∶700。开挖一次支护采用超前锚杆、系统锚杆、随机锚杆、锁脚锚杆及Ⅰ14钢拱架、钢筋网片喷射混凝土支护，二次衬砌采用35 cm厚C25钢筋混凝土全断面衬砌，衬砌完成后进行回填与固结灌浆。

原方案洞室开挖从出口(0+376.6)开始采用单向掘进、全断面一次爆破施工，本工程临时支护原设计在进出口(桩号：0+000～0+018,0+340.70～0+376.70)段采用Ⅰ14钢拱架，系统锚杆、@200～钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护，洞身段0+018～0+340.70采用系统+随机、超前锚杆Φ6@200钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护。临时支护紧随开挖进行，一循环开挖后在支护完成后进行下一循环爆破开挖。

但在施工过程中由于地质状况不良，经过与业主、监理、设计单位沟通协调后，现已开挖段的支护状况发生变化：从桩号0+376.70～0+321段采用Ⅰ14钢拱架，系统锚杆、超前锚杆、Φ6@200钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护，桩号0+321～0+248段采用系统+随机、超前锚杆Φ6@200钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护。

沙沟隧洞施工工程地质分段说明：0+000～0+030 m洞室岩性为寒武系中上统石英绢云母片岩，岩体为强风化，片理发育，岩体完整性差，上覆围岩厚5 m～6 m，属极不稳定的Ⅴ类围岩；0+030 m～0+223 m洞室岩性为寒武系中上统石英绢云母片岩，岩体为弱风化，片理裂隙较发育，岩体完整差，地下水位于洞顶以上，上覆围岩厚18 m～70 m，岩层走向与洞轴线夹角小于30°，对洞室稳定不利，属不稳定的Ⅳ类围岩；0+233 m～0+316 m洞室岩性为寒武系中上统石英绢云母片岩，岩体为弱～微风化，片理裂隙较发育，岩体完较整差，洞室位于地下水位中，上覆围岩厚75 m～92 m，岩层走向与洞轴线小角度相交，对洞室稳定不利，属不稳定的Ⅳ类围岩；0+316 m～0+389 m洞室岩性为寒武系中上统石英绢云母片岩，岩体为弱风化，片理裂隙发育，岩体完整差，地下水位于洞顶以上，上覆围岩厚18 m～70 m，岩层走向与洞轴线基本一致，对洞室稳定极其不利，属不稳定的Ⅳ类围岩。

2017年8月10日00:02时沙沟隧洞正常开挖至0+248～0+250段，爆破作业完成后，洞内岩石片理走向发生变化及洞顶存在地下水拱顶局部位置塌方、拱顶以下断面光爆孔半孔无法形成，洞顶塌方，采用扒渣机出渣时及出渣完成后拱顶局部位置石块掉落。就此情况与业主、监理、设计单位商议之后，为了保证施工安全亦采用Ⅰ14钢拱架，超前锚杆、系统锚杆、Φ6@200钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护，直至开挖支护至0+244.5处。

2017年8月13日凌晨2:00沙沟隧洞(桩号0+244.5～0+242.5)段施工时出现塌方，且塌方量较大，并伴有较大水流渗出；为保证施工人员安全，立即停止施工，撤离施工人员及设备；8月14日经建设单位邀请设计、监理等各参建单位进行现场查看，设计单位地质人员建议先采用对塌方进行清理，并及时支护进行作业，按照此方案进行清渣约30 m3，塌方仍然很大，无法形成作业工作面；随后经设计单位、建设单位、监理单位及施工单位共同讨论达成先进行固结灌浆再行开挖的施工方案，灌浆开挖穿过塌方段后根据地质岩石情况进行原设计施工。

2 塌方处理方法

2.1 施工方案

采用大管棚与加密超前小导管注浆相结合的总体施工方案，大管棚采用φ89的热轧无缝钢管加工，根据施工钻进情况进行注浆；大导管注浆施工完成后进行初步开挖(已完成支护段)；初步开挖完成后进行超前小导管加密固结注浆，注浆完成达到一定强度后进行开挖，单循环开挖进尺50 cm,采用50 cm每榀的Ⅰ14的钢拱架、系统锚杆、挂网喷射混凝土支护，穿过塌方段。

2.2 工艺流程

洞内排水→封堵洞口→大管棚施工→固结灌浆→初步开挖→小导管施工→加密固结注浆→开挖支护。

1)洞内排水。采用堵排相结合的方式。封堵前在洞内两侧已支护面边缘开挖5 m长的排水沟，排水沟截面20 cm×20 cm×20 cm，排水沟中放置5 m长φ15 cm PVC花管，花管需用双层土工布包裹，在洞右侧管口出水端开挖80 cm×80 cm×80 cm的集水坑，左侧花管出口至右侧集水坑开挖20 cm×20 cm的排水沟将水引流至集水坑，将潜水泵置入集水坑不间断排水。封堵前在塌方体空腔部最顶部位预埋φ5 cm塑料排水管3根，至封堵面前端，排水管间距100 cm×100 cm，开始注浆时由于浆液的上升封堵完成后的洞内水随着水泥浆液的上升至预埋排水管管口排水。开挖后有水流时根据出水点预埋φ5 cm塑料管排水孔。

2)封堵洞口。在距离爆破面(桩号0+242.5)外4 m洞口处满截面浇筑80 cm厚C20素混凝土止浆墙。

3)灌浆固结。在塌方位置大里程边缘4 m处施作大管棚，管棚每根长度为20 m，环向间距为60 cm，总共8根，用水泥浆注浆。

a.大管棚的加工制作。

管棚采用φ89热轧无缝钢管加工；钢管前段3.0 m范围内不钻注浆孔。注浆孔孔径8 mm，孔间距15 cm，呈梅花状布置。管棚尾段设止浆板，止浆板上设15 cm长带丝口的注浆尾管。大管棚加工详见图1。

b.钻孔与顶进。

采用XY-44B钻机钻孔，为了便于安装钢管，钻头直径采用118 mm。

管棚顶进采用装载机改装液压气锤和管棚机钻进相结合的工艺，用装载机在人工配合下顶进钢管。

c.配制浆液。

在高速搅拌机内进行浆液搅拌，严格按照配合比投放配料，水泥浆浓度取1∶0.8～1∶1。

d.注浆。

按照“跳孔注浆”“由稀到稠”的顺序注浆，并利用分浆器同时灌注小导管，以防串浆和跑浆，直至将混凝土墙后的洞身及坍塌部位全部充实。

4)小导管布设。待水泥浆达到一定强度，先爆破开挖2 m(即之前已做好的支护段)，即在顶部拱形位置内侧45°打设φ42@300长6 m注浆超前导管。

5)开挖支护。注浆完成，强度达到85%后，开始下一步爆破开挖，单循环开挖进尺50 cm，支护方式采用Ⅰ14钢拱架，系统锚杆、Φ6@200钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护。后续每个工作段的开挖进尺控制在50 cm～60 cm，开挖支护方式按上述注浆导管、Ⅰ14钢拱架，系统锚杆、超前锚杆、Φ6@200钢筋网片喷射C20喷射混凝土支护步骤逐步推进，直至岩石状况稳定为止。

6)注意事项。

a.侵限及塌方处理过程中队专职安全员应跟班作业，如遇特殊情况及时预警、组织施工人员撤离。

b.严格监控量测程序，根据相关要求加密监控量测点、量测频率及整理量测数据，形成量测成果，如发现异常应及时通知队领导及现场技术员，同时报至工程部、安质部。

c.侵限及塌方处理严格控制循环进尺，每循环以1榀钢架的距离为限。

d.管棚施工过程中应做好钻孔记录和注浆记录，以便根据钻孔和注浆情况判断，塌腔情况及注浆效果。

e.施工过程中应严格控制施工质量，现场技术人员应严格执行旁站制度和交接班制度，每循环各工序均需留取影响资料。

f.塌方段护拱应加大预留变形量到15 cm～20 cm。

2.3 资源配置

机械设备见表1，人员配置见表2。

表1 机械设备

表2 人员配置

材料准备：水泥、砂子、石子、φ89无缝钢管、φ42无缝钢管、竹胶板、方木。

3 保障措施

3.1 质量保证措施

1)支护工作开始之前认真研究施工方案，并对现场施工人员进行技术交底。

2)建立严密而完整的质量管理机构，做到分工明确，责任落实，严格履行质量管理职责，对支护工程进行检查验收和施工质量控制。

3)规范施工：严格按照设计图纸和施工规范精心施工，确保施工质量。

4)为了确保工程质量，配备业务水平高、素质良好、经验丰富、坚持原则的专职人员，进行质量检查验收工作。作业队设有专业技术人员负责质检工作。每道工序规范施工，每个环节质量把关。

5)认真做好施工记录和试验记录：工程施工严格按照质量管理体系的各项程序文件要求执行，即从原材料的采购，材料进场后的抽样检查到使用都将进行控制，对试验结果必须有记录、有签字，对不合格的材料不得使用；在施工现场做到定岗、定员，班班有施工日志和交接班记录。

3.2 安全保障措施

1)建立健全安全文明施工领导小组，设立安全管理部、配置专职安全员，建立严格的安全管理制度及严格的安全文明奖惩措施。

2)施工前，安全管理部组织进行全员安全文明施工教育和安全生产基本常识的教育。

3)施工前，认真检查投入本工程的施工机械和设备，对参加施工的机械设备操作手上岗前进行安全操作的考试和考核，合格者才准上岗。

4)在施工区明显位置设置文明施工标语、旗帜、危险源标识牌、安全警示牌、警告牌。

5)施工过程，严格按照施工方案和安全生产措施的要求进行施工。

6)施工人员安全防范措施：重视个人自我防护，进入工地现场佩戴安全帽，服从安全管理人员和施工管理人员的指挥，杜绝各种习惯性违章。

7)夜间施工时需做好夜间照明安全工作，其照明度应不低于最低照明度的规定数值；为保证用电安全，对凡可能漏电伤人电器设备设置接地或避雷装置，并制定检查制度，定期对用电设备进行检查。

8)施工运输车辆：礼貌、文明行车，场区内限速5 km/h,在施工场区内不超车。

4 结语

沙沟隧洞经过以上方法处理，现已完工，效果良好，安全可靠。该方法对中小型隧洞工程塌方处理具有一定的借鉴意义。

[1] 王 峰.武广客运专线某隧道塌方处理技术探讨[J].工程建设与设计,2006(6)：112-114.

[2] 叶少敏.哈大客运专线浅埋超大断面隧道塌方处理工法[J].山西建筑,2010,36(9)：337-338.

[3] 安康市汉滨区黄石滩灌区节水配套改造项目设计图册[Z].