大中天桥泄洪隧洞不良地质洞段塌方处理

冯艳朝，卢应洵，唐 勇，吕亚东

（1.中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁沈阳 110015；2.贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州贵阳 550081）

1 工程概述

大中天桥泄洪洞位于夹岩水利枢纽工程（以下简称“夹岩工程”）上游的平山乡六冲河河段，距大坝直线距离约40 km。泄洪洞由两条隧洞组成，1号隧洞长2 850 m，2号隧洞长2 745 m，隧洞断面均采用城门洞型断面，净断面尺寸12 m×16.5 m（宽×高）。泄洪隧洞为3级建筑物，设计洪水标准为20 a一遇。

前期勘探结果显示，隧洞进口段（引0+000-引0+67.70）洞段长67.70 m，埋深0～85 m。隧洞穿越地层为玄武岩P3β，岩体呈强风化、弱风化状态。隧洞进口段内未发现较大断裂等地质构造，玄武岩发育有大量柱状节理裂隙，岩体破碎。地下水为基岩裂隙水，埋深较大，洞段多位于地下水位线以上。隧洞进口段穿越强风化及弱风化玄武岩，岩体呈散体-碎裂结构，同时在P3β与P2m接触带岩溶可能较为发育，该洞段岩体极破碎、风化节理裂隙极发育，光滑或岩屑充填，岩体完整性差。围岩类别为Ⅴ类，极不稳定。洞顶及洞两侧上部易发生掉块、坍塌和冒顶现象。

2 塌方冒顶过程

大中天桥2号泄洪隧洞于2016年3月16日转入洞挖施工，实际开挖揭露围岩显示，2号泄洪隧洞进口K0+00-K0+33段围岩与前期勘探结果基本相符，为弱风化玄武岩，岩体呈散体-碎裂结构，岩体极破碎、风化节理裂隙极发育。开挖过程中严格按照“短进尺、勤支护、弱爆破”的原则及设计图纸要求进行“钢支撑+锚喷”支护形式施工，并将系统砂浆锚杆调整为自进式锚杆以解决锚杆造孔成孔困难问题，及时对围岩进行锚固［1］。2016年6月14日晚，2号泄洪隧洞开挖至K0+036桩号后在掌子面左侧顶拱发生塌方冒顶事故。

3 不良地质洞段处理

3.1 塌方冒顶原因分析

隧洞处于玄武岩P3β与灰岩P2m接触带，该洞段岩溶较为发育，岩体极破碎、风化节理裂隙极发育，岩屑充填，岩体完整性差，围岩极不稳定。

3.2 处理方法

经多方协商，由设计方复核后，最终确认对该不良地质洞段采取“外封闭、中固结、内强撑”的处理原则，待所有支护施工完成后方可继续向前掘进。

3.2.1 外封闭施工

外封闭施工用黏土将塌陷空腔区域充分回填，回填平整后，在坡面上采用挂网喷15 cm厚C20混凝土封闭，钢筋网规格为Φ12@200×200 mm。坡面形成排水良好且不渗漏。

由于塌方较严重且已形成冒顶，为保证后续顺利施工及主体结构的永久稳定性，必须将塌陷空腔区回填。黏土具有粘结性良好且相对较轻、对后续底部支撑压力较小等优点，因此用作空腔区的填充材料。另外，为保证空腔区不受雨水侵蚀和黏土沉降影响，塌方区顶部还需采用钢筋混凝土覆盖保护。

3.2.2 中固结施工

外封闭施工可保证空腔区填充密实，避免隧洞再次塌陷且不受顶部雨水侵蚀。为进一步保证剩余围岩破碎洞段施工的顺利进行及其安全性，中固结和内强撑施工措施十分必要［2］。

中固结施工即采用在塌方区附近顶部向下钻设灌浆孔进行预固结和坡面增设锚筋桩的“双保险”，以固结隧洞顶部岩体。固结灌浆范围为进口边坡顶部26 m×21m，间排距为2 m×2 m，梅花形布置，孔径为56 mm，孔深初步定为20 m，且若弱风化岩层不小于3 m，灌浆压力初定为1～2 MPa，施工方根据现场实际情况进行调整。锚筋桩布设于2号泄洪洞进口边坡范围内，根据围岩情况及距离隧洞长度，锚筋桩长度设为9～23.5 m，锚筋桩立面按1.4 m×1.4 m间隔布置（垂直和水平距离）。锚筋桩材质为单根Φ28mm螺纹钢和双根Φ25 mm螺纹钢两种，坡面共布设锚筋桩1 431根。

由于坡面为强风化玄武岩，十分破碎。根据现场实际情况对每个灌浆孔孔口增设6 m长Φ108 mm孔口管，管身钻设花眼，既保证了灌浆孔顺利成孔，又不影响正常灌浆施工。灌浆孔孔深定为15 m和20 m。由于岩体破碎，灌浆过程中串孔、边坡其他部位溢浆现象严重，现场应及时将灌浆压力调整至0.3～0.5 MPa。由于边坡预固结灌浆吸浆量仍较大，为减少注浆量，达到边坡预固结的目的，现场施工并未采用向浆液中加入细砂或水玻璃等常规措施，而是以停浆待凝结后再复灌的方法将进口范围内破碎岩石固结为整体。

3.2.3 内强撑施工

内强撑施工即在塌方部位将原“单层钢支撑+系统锚喷+超前锚杆”支护形式调整为“双层钢支撑+系统锚喷+管棚+超前小导管”支护形式。在采取外封闭和中固结施工后，破碎围岩洞段顶部和中部已基本稳定，为保证剩余洞段施工的安全和岩体的稳定，仍需采取内强撑措施。由于塌方区隧洞围岩十分破碎，且顶部新加入回填黏土，在受力时底部需要得到支撑，因此必须将原设计中单层I20b钢支撑改为为双层支撑。另外，由于围岩破碎，普通砂浆锚杆造孔成孔困难，为达到超前支护目的且符合经济合理的要求，将原设计顶拱超前砂浆锚杆调整为Φ108 mm管棚，并在塌方较严重的左侧顶拱加密布置Φ42 mm小导管间。管棚管身均钻设注浆孔，对掘进方向围岩进行预固结加固，以增加围岩稳定性［2］。管棚长度为20 m，注浆孔径为20 mm，间距为20 cm，呈梅花形布置，为增加其韧性，在每根管棚内设置4根Φ16 mm钢筋组成的钢筋束。

上述各项支护措施施工完成后，再采用“短进尺、弱爆破、勤支护”的方式继续施工，并根据围岩变化调整内强撑施工中各项支护参数，加强洞内围岩变形观测，直至安全通过该不良地质洞段。

4 结语

夹岩工程大中天桥泄洪隧洞为特大断面隧洞，施工风险高、难度大。该隧洞位于玄武岩P3β与灰岩P2m接触带不良地质段，在2016年6月14日发生塌方冒顶事故，成为大断面隧洞塌方的典型案例。采用“外封闭、中固结、内强撑”支护形式对塌方事故进行处理并顺利通过不良地质洞段，可为将来其他大断面隧洞塌方处理提供施工技术经验，也可为类似工程通过不良地质洞段提供借鉴。