夹岩水利枢纽工程溶塌角砾岩隧洞涌水塌方处置浅析

谭志希，郭 毅，夏云东

（1.中铁二十二局集团第四工程有限公司，贵州 毕节 551700；2.贵阳省水利投资（集团）有限责任公司，贵州 贵阳 550081）

1 工程概况

夹岩水利枢纽及黔西北供水工程（简称“夹岩工程”）为贵州省内大型供水工程，长石板隧洞位于贵州省毕节市大方县境内，隧洞全长15.413 km，断面型式为圆形，隧洞整体位于地下水位线以下，需克服贵州特有的喀斯特地质带、断层破碎富水带、溶塌角砾岩地质带，为全线重难点工程段。

2 涌水塌方情况

2017年6月21日，长石板隧洞5+346段施工时，掌子面及拱顶范围出现股状水。掌子面拱顶不间断出现塑性状泥石混杂物塌落。现场施工人员全部撤离后，于22日凌晨带动初期支护大面积垮塌，开挖台架、排水设备及其他机具被掩埋，可见塌方方量约1 000 m3，洞顶涌水造成上方围岩呈块石夹碎土、细沙大面积滑落，导致5+370-5+346段初期支护全部垮塌。

3 涌水塌方发生原因分析

隧洞5+346段埋深约60 m，位于既有冲沟处，地表相对位置附近100 m范围内地下泉眼发育，向下3 m处地下水呈饱和状态。设计纵断面图显示，该段岩体处于T1yn4溶塌角砾岩地质带，地下水埋藏较浅，受地下水影响围岩遇水泥化，具有微膨胀性。

由于隧道通过的地质条件复杂，水源补给充足，施工时恰逢雨季，水压力增大，导致隧洞涌水塌方。

4 涌水塌方初步处置措施

针对现场涌水塌方情况，为确保施工安全，便于后续地质预报的施作，对涌水突泥进行了前期处置［1-2］。

（1）增加和恢复了斜井排水系统，加快了抽排水，塌方体及泥沙暂不清理。

（2）对5+380～5+370段进行径向注浆加固处理，按照先加固拱腰后拱顶依次进行注浆处理的措施，加固采用长度4.5 m的Φ42注浆小导管，按照1 m×1 m梅花形布置，注浆采用1∶2～1∶1（质量比）的水泥浆，注浆压力控制为0.5 MPa。径向注浆过程中持续进行监测，及时掌握初期支护的变化情况。

（3）5+380～5+370段加固完成后，确定无安全隐患。对掌子面段进行喷射混凝土封闭，厚度按照20 cm进行控制，起到稳定掌子面塌方体和止浆的作用。

5 超前地质预报情况

前期处置完成后，中铁第六设计院物探检测单位采用TSP超前物探法进行了地质探测。根据探测结果，预知了5+370～5+250段水文地质情况。预报结论如下：

（1）探测前方5+370～5+346段存在较大规模的空腔松散体，表明塌方地段围岩破碎、松散，稳定性差。

（2）积水淤泥段主要分布在隧洞开挖塌方段拱部、右幅区域内，同时拱顶右幅呈现较大面积的空腔及松散区域，在线路中线向右约20 m，隧洞轴线方向约15 m。

（3）5+340～250段周边及前方为软岩富水区，范围内围岩体破碎、完整性及稳定性差，尤其是拱部围岩极度破碎。拱部节理裂隙发育严重，且富水。

6 涌水塌方初步处理方案

6.1 自进式管棚处理方案

综合考虑溶塌角砾岩特性及贵州特有的喀斯特地貌岩溶发育特征，初步判定常规的处理方案无法快速、安全、有效的处理塌方体［3-4］，特制订如下处理方案：

（1）对5+370～5+373段支立套拱，保证掌子处初支面的稳定并作为T76自进式管棚施工导向墙。导向墙综合考虑自行式钻机的操作空间，实施有效的导向管定位工作。导向管安装完成后，两层拱架间空腔采用混凝土填充密实。

（2）采用洞渣进行回填，回填高度为隧洞中心线向上0.5 m，形成T76自进式管棚操作平台，平台长度为8 m。

（3）综合考虑塌方体内部堆积岩体情况，选取四角梅花形冲击合金钻头，采用壁厚10 mm、外径76 mm的自进式管棚杆件。

（4）T76自进式管棚施做长度为30 m，施工范围为拱部150°，环向间距为0.4 m，管外注浆加固松散体。注浆浆液采用1∶1水泥浆，注浆压力按0.2～0.3 MPa控制。

（5）T76自进式管棚分节制作，每节长度为4 m，以丝扣连接，丝扣长度不小于150 mm，钢管接头应在隧洞横断面错开；施工时沿隧洞周边以2°外插角打入围岩，管棚施工完毕后，再进行注浆。

（6）注浆工序为塌方体处理过程中的关键工序，为保证注浆整体效果，采用了先进的灌浆记录仪进行注浆监测，保证灌浆数据真实可靠。注浆过程中按照不同时段调整浆液的流动性及水灰比，注浆完成后分析注浆数据，保证松散体有效固结（见图1）。

图1 塌方松散体注浆加固

（7）采用自动灌浆记录仪采集控制孔内灌浆过程中的流量、压力、密度3参数数据，并用数字显示灌浆过程的质量检测记录（见图2）。技术人员根据参数掌握过程中的注浆量扩散情况，实时调整灌浆参数，保证了灌浆质量，减少了材料浪费。

图2 自动灌浆记录仪灌浆控制

（8）综合考虑拱部松散体夹杂块石、泥沙。为保证施工安全，设环向Φ25自进式注浆锚杆配合T76自进式管棚固结松散体，自进式注浆锚杆长度4 m，仰角为60°，施工范围为拱部180°，环向间距0.5m，纵向间距2 m，注浆浆液采用1∶1水泥浆，注浆压力按0.1 MPa控制。

6.2 初期支护施工

固结灌浆完成后，5+370～5+346段塌方洞段初支刚拱架，按照设计要求采用I16工字钢，纵向间距50 cm，施做25 cm厚C25喷射混凝土。钢筋网片采用Φ8双层钢筋网片，网格间距调整为15 cm×15 cm，其余参数与设计一致。

为确保施工安全，后续施工中采用台阶法短进尺进行施工，注浆固结体采用人工配合机械逐层开挖工艺［5-6］。

7 结论

本次溶塌角砾岩塌方洞段处置用时15 d，安全快速地通过了涌水塌方段，处理效果十分理想。根据现场情况，得到了以下认识：

（1）溶塌角砾岩遇水泥化，且存在微膨胀性，根据该地质条件下的塌方实际情况，有针对性制订处理方案。按照方案认真落实，能够在保证安全和质量的前提下，加快处理速度，缩短处理时间。

（2）T76自进式管棚施工技术在处理复杂地质洞段塌方的作用显著，能较好的适应松散状、流塑状塌方体，可解决常规塌方处理方案中的卡钻、塌孔、不成孔等现象。

（3）注浆稳定塌方体采用灌浆记录仪的作用显著，确保了注浆压力、水灰比、流动性、稠度等各种数据的真实性，经过分析对比，能较好地保证塌方松散体的有效固结。

（4）现场处理过程中有效结合了超前地质预报，及时掌握前方塌方、富水情况，为确定下一步施工开挖工法提供了依据。

（5）加强现场监控量测工作，通过数据分析，及时反映初期支护变形、收敛情况，便于指导现场施工，确保施工质量。