喀斯特地區(qū)隧洞特殊地質(zhì)洞段處理方法探討
——以夾巖水利樞紐工程庫尾伏流泄洪洞為例

任慶鈺

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550002)

0 引 言

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程于2015年10月開工建設(shè)，計(jì)劃工期66個(gè)月，該工程由于地處喀斯特典型地區(qū)，巖溶發(fā)育，地下水分布復(fù)雜，在隧洞開挖過程中已產(chǎn)生冒頂、塌方、大溶洞等現(xiàn)象，若處理不及時(shí)，將對(duì)工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本文以貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程為例，列舉施工中出現(xiàn)的冒頂、塌方、大溶洞等典型地質(zhì)問題，分析問題產(chǎn)生的原因，總結(jié)方法和經(jīng)驗(yàn)，以期為類似隧洞工程施工提供借鑒。

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程是以供水和灌溉為主，兼顧發(fā)電的大(Ⅰ)型水利樞紐工程。工程總體布局以新建夾巖水庫為集中供水水源，水庫為面板堆石壩，壩高154 m，水庫正常蓄水位1 323 m，正常蓄水位以下庫容13.25×108m3。庫尾伏流工程位于大壩上游，由大中天橋泄洪隧洞、小天橋泄洪隧洞2段組成，每段有2條隧洞，隧洞斷面均采用城門洞型斷面，斷面尺寸12 m×16.5 m，設(shè)計(jì)流量Q=1 670 m3/s(P=5%)，底坡1/1 250，頂拱中心角120°。見圖1。

圖1 V類圍巖洞段開挖支護(hù)設(shè)計(jì)圖

2 隧洞冒頂處理方法

大中天橋2#洞0+033.000～2#洞0+036.000處掌子面左側(cè)頂拱2016年6月14日晚發(fā)生塌方，洞頂邊坡塌陷坑靠山內(nèi)一側(cè)產(chǎn)生較多裂縫，縫寬0.1～3 cm，裂縫主要為沉陷拉張性質(zhì)。該處位于玄武巖與灰?guī)r接觸帶，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，部分為全風(fēng)化狀態(tài)，巖體破碎，為散體結(jié)構(gòu)，圍巖極不穩(wěn)定。

2.1 邊坡塌陷部位處理

邊坡塌陷部位處理方案具體如下：①采用噴C20混凝土對(duì)塌陷部位及隧洞進(jìn)口邊坡開挖輪廓線與截水溝之間部位進(jìn)行封閉，塌陷坑封閉前先用黏土充分回填塌陷空腔，回填平整后的坡面行成排水良好的順坡坡面，再在坡面上采用掛網(wǎng)噴C20混凝土厚15 cm封閉，掛鋼筋網(wǎng)規(guī)格φ12@200*200。另在塌陷空腔回填時(shí)預(yù)埋1根DN110灌漿管，以便后期視情況進(jìn)行水泥砂漿或混凝土回填。②立即對(duì)已破壞的坡頂截水溝進(jìn)行修復(fù)，確保排水暢通，防止雨水下滲，危及邊坡安全。③盡快實(shí)施洞臉邊坡上的永久錨筋樁深層錨固措施，確保邊坡穩(wěn)定。

2.2 洞身內(nèi)處理

2#洞0+035.000～2#洞0+047.000樁號(hào)段洞身段支護(hù)方案具體如下：①采用雙層超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，左側(cè)塌方部位小導(dǎo)管間距加密至30 cm。雙層超前小導(dǎo)管直徑φ42 mm，壁厚3.5 mm，L=4.5 m，小導(dǎo)管縱向搭接1.5 m。②增設(shè)雙層鋼支撐(I20b工字鋼)加強(qiáng)支護(hù)，間距為50 cm。外層鋼支撐架立后，在鋼支撐外側(cè)掛φ8@200×200鋼筋網(wǎng)片；施打6對(duì)共12根φ25，L=4.5 m鎖腳錨桿；焊接φ25@1000連接筋，頂拱加密連接筋至環(huán)向間距50 cm；噴C20混凝土20 cm后，再進(jìn)行內(nèi)層鋼支撐的施工。內(nèi)層鋼支撐參數(shù)同外層鋼支撐，鋼支撐不能侵占隧洞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尺寸。③雙層鋼支撐掛網(wǎng)封閉前，應(yīng)在洞頂及兩側(cè)邊墻頂部位置預(yù)埋不小于DN110回填灌漿管，為后期回填混凝土工作做準(zhǔn)備。④該段邊墻及頂拱原設(shè)計(jì)系統(tǒng)錨桿進(jìn)行加強(qiáng)，長度由4.5 m改為6 m，錨桿直徑由Ф25 mm改為Ф28 mm，間排距不變。⑤考慮到該段地質(zhì)條件極差，邊坡及圍巖穩(wěn)定性差，建議施工單位加強(qiáng)施工期洞外變形監(jiān)測(cè)與洞內(nèi)收斂監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)施工，保證安全。

3 溶腔夾泥段處理方法

大天橋2#泄洪洞于2017年3月19日晚開挖至K0+831.000樁號(hào)，右側(cè)起拱線以上出現(xiàn)一溶洞，溶腔充填物為黏土夾少量塊石，呈可塑狀態(tài)，溶腔與洞線斜交；開挖至K0+850.000時(shí)全洞斷面均位于溶洞內(nèi)，溶腔內(nèi)充填物為黏土夾少量大塊石，可塑狀態(tài)，有少量滲水，局部含水量增大，充填物由可塑狀態(tài)變?yōu)檐浰軤顟B(tài)；開挖至K0+853.000時(shí)掌子面及洞頂發(fā)生垮塌，之后處于停工狀態(tài)，掌子面前方及洞頂形成較大的空腔，洞壁仍不穩(wěn)定。在爆破震動(dòng)、雨季雨水下滲水量增加等易引發(fā)洞壁進(jìn)一步垮塌。見圖2。

圖2 大天橋2#泄洪洞K0+831.000樁號(hào)垮塌情況

3.1 垮塌部位處理方法

為防止繼續(xù)垮塌，對(duì)2#泄洪洞掌子面K0+853.500進(jìn)行反壓回填，對(duì)溶腔拱腳以下采用石渣回填，頂拱以上回填混凝土，石渣堆放后形成對(duì)K0+853.500段頂拱的支撐，通過反壓回填可以為塌方部位起到加固作用，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大，并起到工作平臺(tái)的作用。溶洞區(qū)域段采用泵送C20混凝土回填，回填厚度為開挖頂拱以上3 m。混凝土厚度3 m上部再吹填1～2 m砂層緩沖，確保洞室安全。

3.2 溶腔夾泥洞段處理方法

具體處理方法如下：①隧洞支護(hù)采用φ108×6 mm注漿大管棚+工字鋼強(qiáng)支護(hù)形式。②大管棚布置在隧洞頂拱120°范圍，鋼管間距40 cm，共47根鋼管，鋼管仰角6°。泄洪洞頂拱巖體段利用大管棚管身預(yù)留的注漿孔進(jìn)行注漿加固圍巖，以增加圍巖的穩(wěn)定性，注漿孔徑為20 mm，孔間距為20 cm，呈梅花型布置。水泥砂漿注漿壓力初定為0.5～1 MPa，注漿量不大于150 kg/延米控制，砂漿濃度、灌漿壓力及注漿量宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。③大管棚鋼管內(nèi)設(shè)置4根C16鋼筋組成的鋼筋束。④工字鋼在Ⅴ類圍巖支護(hù)斷面的基礎(chǔ)上，增設(shè)0.5 m間距雙層工字鋼，系統(tǒng)錨桿長度加長至9.0 m。⑤溶洞段開挖支護(hù)施工，沿高程方向分五序進(jìn)行開挖，單序高度不大于4.0 m，以防止高差過大，發(fā)生危險(xiǎn)。⑥開挖完成后，根據(jù)鋼支撐外側(cè)溶洞內(nèi)的圍巖穩(wěn)定情況，確定是否進(jìn)行下一步處理方案。⑦施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)安全巡視檢查，加密隧洞變形監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)安全隱患及時(shí)通知施工隊(duì)伍，短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，確保人員和財(cái)產(chǎn)安全。見圖3-圖7。

圖3 2#泄洪洞K0+853.5特殊洞段支護(hù)縱剖面圖(1∶100)

圖4 管棚導(dǎo)管構(gòu)造圖

圖5 管棚導(dǎo)管橫斷面圖

圖6 隧洞頂拱管棚布置圖

圖7 2#泄洪洞K0+853處溶洞回填砼示意圖(1∶100)

4 溶腔夾塊石處理方法

小天橋開挖至1#洞0+403.000時(shí)，掌子面均為大塊石，其間充填碎石黏土，因其形成年代久遠(yuǎn)，有一定的重力固結(jié)及溶濾鈣化物膠結(jié)，僅可短期自穩(wěn)。開挖至1#洞0+413.500時(shí)，洞頂出現(xiàn)垮塌，垮塌后空腔內(nèi)均為大(巨)塊石，可見大塊石架空現(xiàn)象，其間充填碎塊石及少量黏土，局部見鈣化物膠結(jié)現(xiàn)象。

溶腔夾塊石洞段處理方法如下：①隧洞支護(hù)采用φ108×6 mm注漿大管棚+工字鋼強(qiáng)支護(hù)形式。大管棚長度按15 m為一個(gè)循環(huán)段實(shí)施，下一個(gè)循環(huán)是否實(shí)施及如何支護(hù)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露地質(zhì)情況確定。②大管棚布置在隧洞頂拱120°范圍，鋼管間距40 cm，共47根，鋼管距離隧洞頂拱開挖線間距不大于1.5 m。泄洪洞頂拱巖體利用大管棚管身預(yù)留的注漿孔進(jìn)行注漿加固圍巖，以增加圍巖的穩(wěn)定性，注漿孔徑為12 mm，孔間距為20 cm，呈梅花型布置。水泥砂漿注漿壓力初定為0.5～1 MPa，注漿量按100 kg/延米控制，砂漿濃度、灌漿壓力及注漿量宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。③大管棚鋼管內(nèi)設(shè)置4根C16鋼筋組成的鋼筋束。④工字鋼按5類圍巖支護(hù)斷面要求制作，鎖腳及系統(tǒng)錨桿長度加長至6.0 m。⑤管棚施工前在隧洞掌子面回填核心土，以提高掌子面的安全性，核心土坡比約1∶1.4。⑥由于1#洞0+403.000～1#洞0+413.500段拱頂空存在部分空腔，擬通過預(yù)埋管回填厚1.5 m的C20混凝土加固，混凝土上部再吹填1～2 m砂層緩沖，確保洞室安全。見圖8。

圖8 樁號(hào)1#洞0+413.5特殊洞段支護(hù)縱剖面圖

5 結(jié) 語

本文針對(duì)隧洞開挖過程中已產(chǎn)生冒頂、塌方、大溶洞等現(xiàn)象，提出以下方法：①冒頂位置回填覆蓋，相應(yīng)洞身段小導(dǎo)管+雙層工字鋼支撐；②塌方洞段先回填石渣防止繼續(xù)垮塌，同時(shí)采用大管棚+雙層工字鋼加強(qiáng)支護(hù)；③大溶洞段采用大管棚+鋼筋束加強(qiáng)支護(hù)。該方法取得較好工程效果，可供類似工程借鑒。