某地下工程涌水浸泡影响部位处理施工技术

李志伟

（辽宁省水资源管理集团，辽宁沈阳110003）

由于隧洞为线性工程，地质勘察不能面面俱到，复杂的地质条件常给隧道施工造成各种困难，这不仅会导致工期延误，同时还会使工程施工难度变大，增大施工安全风险。在进行处理时，如果使用的处理措施不合理，还会造成人机伤害，增加工程隐患。

1 工程概况

某合同段工程位于辽宁省北票市境内，为有压引水隧洞，全长12 256.514 m共布设5条支洞，其中C1-1号支洞长820.701 m，综合坡度为31.9%，有轨运输，支洞尾部平坡段长25.701 m，开挖断面形式为圆拱直墙型，成洞断面尺寸为5.0 m×5.5 m（宽×高），主洞开挖断面为圆拱斜墙，成洞断面为直径3.9 m的圆形。截至2017年7月1日，C1-1号支洞开挖、支护任务全部完成，主洞上游完成49.612 m（Ⅴ类围岩32.612 m，Ⅳ类围岩17 m），下游完成26.388 m，全部为Ⅳ类围岩，岩性均为为侏罗系上统土城子组一段（J3t1）泥质粉砂岩，遇水易软化，节理裂隙较发育，微张，多为岩屑充填，节理面平直粗糙，地下水活动状态为干燥，编号①支护参数为I16型钢支撑间距0.5 m，喷射混凝土15 cm，编号②支护参数为I12型纵向间距0.525 m，全周铺设φ8钢筋网(0.15 m×0.15 m)及 φ22，L=2.5 m@1.05×1.05 m梅花型布置系统锚杆，喷射混凝土厚度为15 cm，编号③支护参数为I12型纵向间距1.05 m，拱顶范围内铺设φ8钢筋网（0.15×0.15 m）及φ 22，L=2.5 m@1.05 m×1.05 m梅花型布置系统锚杆，喷射混凝土厚10 cm。

2 涌水情况

2.1 涌水发生

2017年7月1 日3：00，C1-1号支洞控制段下游掌子面桩号C4+680爆破开挖后，拱顶处出现涌水，几个小时后主洞及支洞交叉口处被水淹没，2 d后，水位上升至支洞0+775处，期间采用水平衡法测定涌水量为2 550 L/min。

2.2 涌水处理措施

涌水发生后，现场立即停止施工作业，切断供电线路，撤离作业人员及施工设备，由于主支洞交叉口处配备的水泵排水能力较低，几个小时后水泵被淹没，暂时失去抽排水能力。

承包人立即购买及现场调配水泵，同时进行水泵移动支座焊接和电源准备，很快形成了2套新的排水系统，待水位下降后增加小功率水泵。水泵布置情况见图1。经过7 d满负荷连续工作，于7月8日3：00完成洞内排水任务。

3 涌水影响部位

C1-1号支洞及主洞受涌水浸泡后，周围岩体水量呈饱和或半饱和状态，洞内积水排出后，隧洞边墙和顶拱在孔隙水压力、围岩膨胀力及张拉力等多种不利组合状态下，造成局部位置坍塌、喷射混凝土开裂、钢支撑变形，主要影响部位有：①主支洞交叉段地板垫层混凝土涨裂，喷射混凝土局部开裂；②支洞0+790避车洞和主支洞交叉调车洞内部坍塌；③主洞上游喷射混凝土局部开裂；④主洞下游C4+653-C4+680段25榀钢拱架均有不同程度变形，隧洞拱顶处钢拱架已被挤压成折线型，右侧变形不明显，左侧侵限最为突出，尤其是墙脚处，锚杆已被拉断或拉弯，变形最大值为85 cm，拱架变形断面见图2，喷射混凝土局部严重开裂。

图1 C1-1号支洞水泵平面布置图

图2 C4+659.5拱架变形断面图

4 初步处理方案

针对主支洞交叉段处、坍塌段处、主洞上游等影响部位的处理，采用常规处理方法。针对主洞下游，浸泡后围岩由Ⅳ类变更为Ⅴ类，为保证二次衬砌混凝土的厚度，需对侵限段拱架进行置换处理。根据变形监测数据得知钢拱架变形仍在持续，为防止钢拱架失稳，控制及减缓围岩变形，在变形段每榀钢拱架底脚处临时加设横向支撑（拱架均采用I12），作为临时加固处理，清除开裂严重易脱落喷射混凝土并补喷，并采用C25W8混凝土3～5 cm封闭下游掌子面，然后由交叉口往掌子面方向逐榀进行换拱处理，采用同型号型钢代替锚杆作为连接系杆，增加整体刚度，换拱施工工序如下（原定换拱方案见图3）。

图3 原定方案换拱示意图

①先在“Ⅰ”和“Ⅱ”位置支立临时钢拱架“A”“B”，并布置φ22，L=2.5 m锁定锚杆和锁脚锚杆；②在“1”和“2”的位置开槽支立新钢拱架；③在已支立钢拱架“1”的位置处拱顶180°范围内施做φ 32超前小钢管，L=3.5 m，排距2.1 m，环向间距30 cm，外插角10°～15°。④在确保安全的前提下，拆除变形钢拱架“Ⅰ”；⑤在“Ⅰ”位置附近开槽支立新钢拱架；⑥拆除临时拱架“A”移至“Ⅲ”位置；⑦在“3”的位置开槽支立新钢拱架；⑧在“Ⅱ”位置开槽支立新钢拱架；⑨拆除临时拱架“B”移至“Ⅳ”位置；⑩重复③～⑨，直至更换并增设全部钢拱架。

临时拱架处布置φ22，L=2.5 m锁定锚杆和锁脚锚杆，如果临时钢拱架“A”“B”不侵占衬砌断面则作为永久支撑，拆除拱架处不支立新钢拱架；支立新钢拱架处布置φ22，L=2.5 m@1.05×1.05 m系统锚杆，φ8@0.15×0.15 m钢筋网，新支立钢拱架间距为0.525 m，且必须紧贴围岩，超挖部分采用喷射混凝土找平。

换拱后及时喷射混凝土，若拱顶岩层松散，可能出现坍塌时，进行注浆后再行施工。换拱处理完成后由内向外进行基底清理，及时采用I12型钢作为横向支撑封闭已支立拱架，并浇筑垫层混凝土。

5 换拱施工

7月11日开始按照已批复方案施工，在拆除6榀拱架后发现，左侧边墙处围岩最大软化松散厚度约有1.5 m，此厚度之外围岩与开挖期间基本无变化，拱顶和右侧边墙软化松散厚度约有0.5 m，拆除期间地下水活动状态为潮湿，沉降、收敛变形速率较低。

施工中局部切割钢筋网片、锚杆与拱架连接较为困难，作业时间长，在切槽安装拱架后，进行邻近部位拆除排险时，很难保证开槽支立的拱架与围岩紧贴，且易造成新支立拱架造成松动，不利于施工安全及后期稳定，根据揭露围岩情况，现场改变原施工方案，变为拆除一榀拱架，支立两榀拱架，其余仍按原施工方案执行（修改换拱方案见图4），即：①拆除变形钢拱架“Ⅰ”；②拆除喷射混凝土和钢筋网；③支立新钢拱架“1”和“2”；④重复以上步骤，直至更换并增设全部钢拱架。

图4 修改方案换拱示意图

6 监控量测

在钢拱架支立过程中，每5 m埋设监控量测点进行沉降收敛观测，并按要求频率进行量测，及时进行数据整理，反馈信息，掌握围岩及支护结构的变形情况，及时发现问题，研究对策。沉降收敛变化见图5，6。

7 结语

7月11—25 日，顺利完成工程涌水后影响部位处理，在应对涌水、塌方及拱架变形处理过程，得出以下结论：

1）实际施工过程中，因无法预测前方围岩及富水情况，所以超前地质预报和超前探孔应作为一个必要的施工工序，以便了解前方围岩及富水情况，可提前采取措施；

2）施工期间依据前期地质勘察最大出水量，配置主、备排水系统，并根据已揭露富水情况及时进行调整，避免出现突涌水后造成淹洞现象；

图5 4+653沉降收敛变化图

图6 4+678沉降收敛变化图

3）由于工程断面较小，二次衬砌不能及时跟进，所以在开挖时要坚持“紧封闭、强支护、弱爆破、短进尺、严注浆”的基本原则进行施工，减小围岩长期蠕变及隧洞涌水对支护的影响；

4）钢拱架变形处理过程中要根据实际情况采取较保守处理方案，以保证施工达不到要求时造成更严重的后果，在围岩探明及相关数据可靠情况下可及时调整支护参数；

5）施工期间监控量测必须按要求执行，及时整理反馈信息，确定重要部位，以便后期重点观察及采取应急措施，避免造成严重后果。