浅谈填塞泵送混凝土在水工隧洞塌方冒顶处理中的应用

李海斌

(中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安 712100)

1 工程概况

地处重庆市某水库坝址位于阿蓬江一级支流某河上游的石钟溪河段上。水库以城市供水为主，兼顾农业灌溉、农村居民饮水、乡镇居民供水和防洪等综合效益的中型水利工程。工程挡水建筑物为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程663.60m，正常蓄水位661.5m，最大坝高为89.0m，总库容3170×104m3，设计灌溉面积为853.33hm2。

临时导流隧洞布置于河流左岸，全长502.4m，城门洞型(5.0m,×7.4m)，于2009年2月1日开工。

2 地质情况概述

在施工过程中，进口出现溶洞及夹泥层，洞身围岩为Ⅳ、Ⅴ类围岩，主要为弱风化岩体，岩性为南津关组的灰岩，为碎裂-镶嵌碎裂状结构，岩体中喀斯特发育，且发育裂隙多达十几条，主要存在F9、F10、F11三条断层，断层经ESR测龄，断层所经历的距今最近的构造运动时间约为20-35±2.0-3.5万年，表明断层不具有活动性。最大为F11断层，横跨左坝肩、导流洞隧洞，为压扭性质，产状为N60°W/SW∠78°,断层上、下盘均为南津关和分乡组地层，垂直断距约2m，断层物资主要为角砾岩为主，近地表部分夹有少量黏土，少有方解石脉发育。断层带及影像带中喀斯特发育，岩体破碎，宽度25-35m。

施工期间出现大小塌方数十次；其中桩号0+202.0-0+214.0段为南津关组第二段灰岩，围岩类别为Ⅴ类，洞身或三倍洞径范围内均为新鲜岩体，岩体中裂隙发育，为典型喀斯特地质,岩体破碎，属层状,碎裂-镶嵌结构，开挖过程中产生大面积全断面垮塌,形成深度达10m、宽度达15m的巨大空腔，并不断发生孤石、泥夹石坠落现象，情况危急；经数次方案讨论，最终采用C20泵送混凝土填塞,待混凝土达7天强度后，在混凝土上采用光面导洞扩挖爆破法开挖成洞,安全快速的实现了隧洞全线贯通，最终于2010年2月实现导流洞工程完工，具备过水条件，为大坝顺利开工奠定了基础。

3 方案比选

根据塌方段现状，经参建各方协商确定了如下处理方案：

方案一：管棚固结灌浆法与钢支撑、锚喷法结合法。即先进行管棚施工，随后进行固结灌浆，后进行小导洞开挖，小导洞开挖完成后进行全断面清理，最后进行钢支撑安装，并进行C20喷射混凝土封闭。此方案每次施工进尺控制在0.5-1.0m，施工程序较多，且无法实现机械施工，安全风险较大，工期较长。

方案二：机械开挖与钢支撑结合法。即采用挖掘机将垮塌体进行挖装，每次开挖按照0.5-1.0m控制，且由上而下进行开挖，开挖全部完成后进行钢支撑施工，最后进行C20喷射混凝土封闭。此种方案虽实现了机械开挖，但依旧安全风险较大，施工工期较长，且出现较大孤石时需要解小后方可挖运，成本较大。

方案三：回填泵送混凝土法。即清理边墙设计断面处塌方体，直接安装模板，在塌方体上进行混凝土浇筑，直至填充完整个垮塌空腔。待到混凝土达到设计龄期后依据设计要求进行洞挖施工，在混凝土中爆破开挖成洞。此方案安全风险较小、施工简单，工期较小，但成本较大，一般业主不会采纳。

经过比选，针对现场垮塌体较多、且较大孤石较多、空腔较深且面积较大的情况，并考虑该段后期将同放空泄洪隧洞结合作为永久泄水洞，故最终采用了回填C20泵送混凝土的方案对该段进行处理。

4 填塞泵送混凝土施工方案

4.1 垮塌体清理

待垮塌部位围岩稳定后，采用机械、人工辅助对损毁钢支撑进行清理，局部修复；完成后仅对设计边墙处垮塌体进行清理，满足立模及侧墙混凝土厚度要求即可。其中的大孤石采用钻孔、松动爆破解小，挖掘机装车，运至洞外；清理过程中必须随时关注垮塌体是否稳定、是否坠石，确保安全后进行，开挖严禁从底部向上部挖装，且不得对完整或稳定钢支撑扰动。最终确保两侧墙设计断面外2m即可[1]。

4.2 模板安装

清理完成后，随即进行模板安装。模板安装在隧洞塌方上游侧，采用150×30、150×20及150×10cm钢模板拼接，内侧采用Φ12钢筋对拉，外侧采用Φ48钢管支撑，确保模板稳定牢固即可。局部采用木模板对空洞进行封闭，确保混凝土浇筑过程中不发生漏浆、跑模。由于断面较大，模板严禁一次型安装到顶，根据施工计划，每次浇筑3m，模板安装高度控制在3-3.5m，随浇筑随安装随加固。

4.3 混凝土浇筑

混凝土采用C20泵送混凝土，配合比详见表1；HBT60C混凝土输送泵泵送入仓，每层混凝土浇筑高度不超过3m。泵管安装按3次进行，第一次泵管安装高度3m，进行下半洞浇筑，混凝土自由下落，浇筑至泵管底部；第2次安装至塌方空腔底部，进行上半洞浇筑，浇筑至距泵管口50cm处停止；第3次安装至距空腔顶部50cm处，主要浇筑洞顶至空腔部位，直至泵管被混凝土完全覆盖、混凝土无法泵送为止。

表1 填塞C20泵送混凝土设计配合比 kg/m3

注意每次泵管安装时间不宜大于混凝土初凝时间，若出现，以施工缝处理。在混凝土浇筑过程中需严格控制混凝土塌落度，严禁混凝土在仓面内堆积，局部可在确保安全的前提下进行振捣及平仓，确保混凝土浇筑质量。

4.4 混凝土钻孔爆破

混凝土浇筑完成后，应及时洒水养护，达到7d龄期或抗压强度≥2.5MPa后进行混凝土钻孔爆破开挖。开挖方法同洞身石方开挖爆破，先进行小导洞开挖，为全断面爆破开挖创造临空面，后进行全断面扩挖；全断面扩挖按两次进行，首次扩挖至距设计断面50cm，第二次沿设计断面进行；开挖进尺按1.0m控制。周边孔间距30cm，光面爆破法爆破，线装药量按0.1kg/m控制。爆破完成后根据开挖现状进行随机锚杆支护。

5 填塞泵送混凝土施工注意事项

根据现场情况，质量与安全为整个处理施工阶段的重中之重，根据施工过程经验，总结如下：

1)施工需编制专项方案，报监理工程师审核批准后进行。并依据混凝土施工规范要求控制原材质量、混凝土拌和物质量及浇筑过程质量。

2)施工过程中需设专人对垮塌体进行观察，若发生掉泥、掉石块及渗水等情况，及时通知下方施工人员尽快撤离，并同时上报监理单位，做好后期支护方案的确定及实施。

3)混凝土浇筑过程中，需严格控制混凝土塌落度，一般按140-200mm控制，采用自密实混凝土为最佳。

4)混凝土浇筑过程中，严格控制浇筑高度，并设专人对模板进行观察，随时对模板进行加固，防止发生跑模或跨模，而造成不必要的损失和不安全事故的发生。

5)混凝土浇筑完成后，及时对混凝土进行洒水养护，确保混凝土质量，避免出现混凝土裂缝。

6)混凝土爆破开挖时，必须由专业的爆破作业人员进行，严格按照已批复的施工方案，采用小导洞扩挖法进行，并控制好孔间距及装药量，确保混凝土开挖质量及施工安全。

6 结 语

综上所述，重庆某水库导流隧洞桩号0+202.0-0+214.0段全断面塌方运用填塞泵送混凝土处理方案，较其他方案提前45d安全快速实现了全洞贯通，为后期混凝土衬砌赢得了时间，并为大坝工程的顺利开工奠定了基础，取得了较好的经济、社会效益，可在同条件、同类型隧洞塌方处理借鉴推广，但该方案势必会造成工程投资增加、工期延长。