大中天橋泄洪隧洞不良地質(zhì)洞段塌方處理

馮艷朝，盧應(yīng)洵，唐 勇，呂亞東

（1.中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧沈陽 110015；2.貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550081）

1 工程概述

大中天橋泄洪洞位于夾巖水利樞紐工程（以下簡(jiǎn)稱“夾巖工程”）上游的平山鄉(xiāng)六沖河河段，距大壩直線距離約40 km。泄洪洞由兩條隧洞組成，1號(hào)隧洞長(zhǎng)2 850 m，2號(hào)隧洞長(zhǎng)2 745 m，隧洞斷面均采用城門洞型斷面，凈斷面尺寸12 m×16.5 m（寬×高）。泄洪隧洞為3級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇。

前期勘探結(jié)果顯示，隧洞進(jìn)口段（引0+000-引0+67.70）洞段長(zhǎng)67.70 m，埋深0～85 m。隧洞穿越地層為玄武巖P3β，巖體呈強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化狀態(tài)。隧洞進(jìn)口段內(nèi)未發(fā)現(xiàn)較大斷裂等地質(zhì)構(gòu)造，玄武巖發(fā)育有大量柱狀節(jié)理裂隙，巖體破碎。地下水為基巖裂隙水，埋深較大，洞段多位于地下水位線以上。隧洞進(jìn)口段穿越強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化玄武巖，巖體呈散體-碎裂結(jié)構(gòu)，同時(shí)在P3β與P2m接觸帶巖溶可能較為發(fā)育，該洞段巖體極破碎、風(fēng)化節(jié)理裂隙極發(fā)育，光滑或巖屑充填，巖體完整性差。圍巖類別為Ⅴ類，極不穩(wěn)定。洞頂及洞兩側(cè)上部易發(fā)生掉塊、坍塌和冒頂現(xiàn)象。

2 塌方冒頂過程

大中天橋2號(hào)泄洪隧洞于2016年3月16日轉(zhuǎn)入洞挖施工，實(shí)際開挖揭露圍巖顯示，2號(hào)泄洪隧洞進(jìn)口K0+00-K0+33段圍巖與前期勘探結(jié)果基本相符，為弱風(fēng)化玄武巖，巖體呈散體-碎裂結(jié)構(gòu)，巖體極破碎、風(fēng)化節(jié)理裂隙極發(fā)育。開挖過程中嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、勤支護(hù)、弱爆破”的原則及設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行“鋼支撐+錨噴”支護(hù)形式施工，并將系統(tǒng)砂漿錨桿調(diào)整為自進(jìn)式錨桿以解決錨桿造孔成孔困難問題，及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行錨固［1］。2016年6月14日晚，2號(hào)泄洪隧洞開挖至K0+036樁號(hào)后在掌子面左側(cè)頂拱發(fā)生塌方冒頂事故。

3 不良地質(zhì)洞段處理

3.1 塌方冒頂原因分析

隧洞處于玄武巖P3β與灰?guī)rP2m接觸帶，該洞段巖溶較為發(fā)育，巖體極破碎、風(fēng)化節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖屑充填，巖體完整性差，圍巖極不穩(wěn)定。

3.2 處理方法

經(jīng)多方協(xié)商，由設(shè)計(jì)方復(fù)核后，最終確認(rèn)對(duì)該不良地質(zhì)洞段采取“外封閉、中固結(jié)、內(nèi)強(qiáng)撐”的處理原則，待所有支護(hù)施工完成后方可繼續(xù)向前掘進(jìn)。

3.2.1 外封閉施工

外封閉施工用黏土將塌陷空腔區(qū)域充分回填，回填平整后，在坡面上采用掛網(wǎng)噴15 cm厚C20混凝土封閉，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為Φ12@200×200 mm。坡面形成排水良好且不滲漏。

由于塌方較嚴(yán)重且已形成冒頂，為保證后續(xù)順利施工及主體結(jié)構(gòu)的永久穩(wěn)定性，必須將塌陷空腔區(qū)回填。黏土具有粘結(jié)性良好且相對(duì)較輕、對(duì)后續(xù)底部支撐壓力較小等優(yōu)點(diǎn)，因此用作空腔區(qū)的填充材料。另外，為保證空腔區(qū)不受雨水侵蝕和黏土沉降影響，塌方區(qū)頂部還需采用鋼筋混凝土覆蓋保護(hù)。

3.2.2 中固結(jié)施工

外封閉施工可保證空腔區(qū)填充密實(shí)，避免隧洞再次塌陷且不受頂部雨水侵蝕。為進(jìn)一步保證剩余圍巖破碎洞段施工的順利進(jìn)行及其安全性，中固結(jié)和內(nèi)強(qiáng)撐施工措施十分必要［2］。

中固結(jié)施工即采用在塌方區(qū)附近頂部向下鉆設(shè)灌漿孔進(jìn)行預(yù)固結(jié)和坡面增設(shè)錨筋樁的“雙保險(xiǎn)”，以固結(jié)隧洞頂部巖體。固結(jié)灌漿范圍為進(jìn)口邊坡頂部26 m×21m，間排距為2 m×2 m，梅花形布置，孔徑為56 mm，孔深初步定為20 m，且若弱風(fēng)化巖層不小于3 m，灌漿壓力初定為1～2 MPa，施工方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。錨筋樁布設(shè)于2號(hào)泄洪洞進(jìn)口邊坡范圍內(nèi)，根據(jù)圍巖情況及距離隧洞長(zhǎng)度，錨筋樁長(zhǎng)度設(shè)為9～23.5 m，錨筋樁立面按1.4 m×1.4 m間隔布置（垂直和水平距離）。錨筋樁材質(zhì)為單根Φ28mm螺紋鋼和雙根Φ25 mm螺紋鋼兩種，坡面共布設(shè)錨筋樁1 431根。

由于坡面為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，十分破碎。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)每個(gè)灌漿孔孔口增設(shè)6 m長(zhǎng)Φ108 mm孔口管，管身鉆設(shè)花眼，既保證了灌漿孔順利成孔，又不影響正常灌漿施工。灌漿孔孔深定為15 m和20 m。由于巖體破碎，灌漿過程中串孔、邊坡其他部位溢漿現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)將灌漿壓力調(diào)整至0.3～0.5 MPa。由于邊坡預(yù)固結(jié)灌漿吸漿量仍較大，為減少注漿量，達(dá)到邊坡預(yù)固結(jié)的目的，現(xiàn)場(chǎng)施工并未采用向漿液中加入細(xì)砂或水玻璃等常規(guī)措施，而是以停漿待凝結(jié)后再復(fù)灌的方法將進(jìn)口范圍內(nèi)破碎巖石固結(jié)為整體。

3.2.3 內(nèi)強(qiáng)撐施工

內(nèi)強(qiáng)撐施工即在塌方部位將原“單層鋼支撐+系統(tǒng)錨噴+超前錨桿”支護(hù)形式調(diào)整為“雙層鋼支撐+系統(tǒng)錨噴+管棚+超前小導(dǎo)管”支護(hù)形式。在采取外封閉和中固結(jié)施工后，破碎圍巖洞段頂部和中部已基本穩(wěn)定，為保證剩余洞段施工的安全和巖體的穩(wěn)定，仍需采取內(nèi)強(qiáng)撐措施。由于塌方區(qū)隧洞圍巖十分破碎，且頂部新加入回填黏土，在受力時(shí)底部需要得到支撐，因此必須將原設(shè)計(jì)中單層I20b鋼支撐改為為雙層支撐。另外，由于圍巖破碎，普通砂漿錨桿造孔成孔困難，為達(dá)到超前支護(hù)目的且符合經(jīng)濟(jì)合理的要求，將原設(shè)計(jì)頂拱超前砂漿錨桿調(diào)整為Φ108 mm管棚，并在塌方較嚴(yán)重的左側(cè)頂拱加密布置Φ42 mm小導(dǎo)管間。管棚管身均鉆設(shè)注漿孔，對(duì)掘進(jìn)方向圍巖進(jìn)行預(yù)固結(jié)加固，以增加圍巖穩(wěn)定性［2］。管棚長(zhǎng)度為20 m，注漿孔徑為20 mm，間距為20 cm，呈梅花形布置，為增加其韌性，在每根管棚內(nèi)設(shè)置4根Φ16 mm鋼筋組成的鋼筋束。

上述各項(xiàng)支護(hù)措施施工完成后，再采用“短進(jìn)尺、弱爆破、勤支護(hù)”的方式繼續(xù)施工，并根據(jù)圍巖變化調(diào)整內(nèi)強(qiáng)撐施工中各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)洞內(nèi)圍巖變形觀測(cè)，直至安全通過該不良地質(zhì)洞段。

4 結(jié)語

夾巖工程大中天橋泄洪隧洞為特大斷面隧洞，施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。該隧洞位于玄武巖P3β與灰?guī)rP2m接觸帶不良地質(zhì)段，在2016年6月14日發(fā)生塌方冒頂事故，成為大斷面隧洞塌方的典型案例。采用“外封閉、中固結(jié)、內(nèi)強(qiáng)撐”支護(hù)形式對(duì)塌方事故進(jìn)行處理并順利通過不良地質(zhì)洞段，可為將來其他大斷面隧洞塌方處理提供施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也可為類似工程通過不良地質(zhì)洞段提供借鑒。