隧洞噴射混凝土空腔的檢查及處理方案探討

羅 勇， 張 衛 華， 孫 根 江

(中國安能集團第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 概 述

硬梁包水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣冷磧鎮境內的大渡河干流上，工程規模為二等大(2)型，為引水式發電，引水隧洞為兩條平行布置的隧洞，中心間距60 m，最大開挖洞徑15.64 m，分上、下半洞進行開挖，上半洞開挖高度為8.5 m、下半洞開挖高度為7.14 m。

考慮到該引水隧洞地質條件復雜，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖居多，加上圍巖破碎、滲水、蝕變等多種不利條件影響，為避免拱頂120°范圍內噴射混凝土存在空腔而給圍巖形成卸荷空間和沖擊行程，確保引水隧洞下半洞下臥開挖的安全，非常有必要對上半洞噴射混凝土進行空腔檢查，對有空腔的部位及時進行回填處理。

2 空腔產生的原因

(1)超挖或開挖后未及時進行支護而導致的局部坍落，施作噴射混凝土前未按要求使用同級混凝土回填密實[1]。

(2)濕噴機操作手操作不當，未嚴格執行自下至上的分層噴射混凝土工藝。拱頂噴混凝土混合料在自重作用下易與巖石接觸面出現較大空腔[2]。

(3)鋼拱架及鋼筋掛網阻擋了噴射混凝土與圍巖大面積接觸，在其上形成混凝土殼體而造成縫隙和空腔[3]。

(4)在處理超挖部位或塌方空腔時，雖然采取了分層多次噴射的工藝措施，但受施工條件限制，仍有部分縫隙和空腔未回填密實，存在不同程度的縫隙和空腔[4]。

(5)局部洞段因滲水量大，在一定程度上影響到噴混凝土料與基面的粘接性。

3 空腔檢驗處理的原則

筆者結合該隧洞實際的地質條件及現場施工狀況，重點對以下部位進行了檢查及處理：

(1)硬梁包水電站引水隧洞地質條件復雜，在開挖支護過程中多次出現塌方，其斷面普遍都存在超挖，因此，需重點對超挖較大及塌方洞段進行檢查并及時進行回填處理。

(2)重點對Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞段拱頂120°范圍進行檢查及處理，并根據拱頂空腔的大小，選擇適宜的回填方式進行回填處理。

4 空腔的檢驗方法

4.1 空腔檢驗方法的選取

對于噴混凝土空腔的檢驗，常規的方法主要有地質雷達探測、鉆孔取芯及機械設備造孔等方法，筆者對各種方法的優缺點闡述如下：

(1)地質雷達探測空腔：由于噴射混凝土表面不平整，加上超前小導管、錨桿、鋼筋網片、鋼拱架的影響，經現場試驗使用后其檢驗效果不理想[5]。因此，該方法僅適用于對光滑面探測混凝土空腔，而難以適用于噴射混凝土空腔探測。

(2)鉆孔取芯檢測空腔：由于隧洞噴射混凝土空腔主要集中在拱頂120°范圍內，加上拱頂超前支護工程量大，人工鉆孔取芯檢測現場實施難度大，施工進展慢、成本高[6]。

(3)機械設備進行鉆孔：主要是采用機械設備進行鉆孔，鉆孔后再利用登高平臺由人工采用強光手電筒照射孔內進行檢查并結合內窺鏡高清攝像頭進行孔內探測的方法，該方法簡單適用，可以進行機械化快速施工，能夠滿足隧洞噴射混凝土空腔檢查的需要。

綜上所述，硬梁包引水隧洞噴射混凝土拱頂120°范圍內的空腔檢查主要是采取大型機械設備多臂鉆進行鉆孔，再利用登高平臺由人工采用強光手電筒照射孔內進行檢查的方法進行檢查。

4.2 空腔檢查的主要實施參數

(1)造孔參數：沿洞軸線水流方向按照間距5 m布置一組斷面、每組斷面布置3個檢查孔，單個檢查孔孔徑為50 mm，孔深原則上按照最大設計噴混凝土厚度的1.3～1.5倍長度的孔深進行控制，對于個別超挖較大的斷面適當加深鉆孔，具體情況見圖1。

圖1 檢查孔布置示意圖

(2)引水隧洞拱頂120°范圍內小導管密集，在鉆進過程中若遇到小導管，需調整鉆進角度或在其旁邊重新開孔鉆進，避免破壞超前小導管。

(3)造孔按照設計參數測量放點并進行標記，根據標記位置使用多臂鉆鉆孔，現場管理人員根據各斷面超挖測量資料、設計噴混凝土厚度對作業人員進行交底，明確鉆孔的孔位、孔深，作業人員根據交底要求的參數進行鉆孔作業，具體操作如下：

①施工用電原則上就近利用掌子面的施工電源，在無法利用掌子面電源時采用1臺300 kW柴油發電機供電，柴油發電機布置在輕型小貨車上，隨多臂鉆造孔的往前推進而移動。

②作業人員的鉆孔深度原則上按照最大設計噴混凝土厚度的1.3～1.5倍長度的孔深進行控制，在鉆進過程中，若有鉆機突進現象時應停止鉆進作業，說明拱頂空腔位置已到達。

③作業人員在鉆孔深度達到要求的深度、鉆進過程中未發現有鉆桿突進現象時，即可停止鉆孔作業。

④鉆孔完成后，逐孔進行檢驗。檢驗主要是利用12 t隨車吊作為登高檢查平臺，利用強光手電筒照射孔內進行檢查，對發現有縫隙和空腔的孔洞深入鐵絲至空腔范圍內測量該空腔的范圍，并做好記錄及時進行回填補強處理；對于檢查合格的孔洞可留置到后期作為混凝土襯砌回填的灌漿孔。

5 針對空腔采用的補強措施

空腔的補強措施主要是采取壓注水泥漿、M25水泥砂漿及一級配混凝土等方法，具體措施如下：

5.1 空腔高度小于10 cm的部位

對于空腔高度小于10 cm的部位，利用拱頂先行已成孔的檢查孔插入φ42 mm鋼管壓注純水泥漿進行處理，水灰比先按照0.5∶1實施，在壓注過程中結合實際情況調整水灰比，將注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa，采用3SNS型砂漿泵純壓式注入，在規定的壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注30 min，回填灌注即可結束，灌注完成后，用棉紗封堵注漿管以防止漿液從管內流出。

5.2 空腔高度為10～50 cm的部位

對于空腔高度為10～50 cm的部位，利用拱頂先行已成孔的檢查孔插入φ42 mm鋼管壓注M25水泥砂漿進行處理，要求水泥砂漿具有良好的流動性，按照試驗室報送的配比進行拌制，砂漿配合比參照表1執行。

表1 M25砂漿材料配合比表

M25水泥砂漿注入設備主要采用3SNS型砂漿泵，采用純壓式注入，注漿壓力可以控制在0.3～0.4 MPa。

5.3 空腔高度大于50 cm的部位

(1)在噴射混凝土階段，提前預埋φ108 mm鋼管，待噴射混凝土達到設計強度后接混凝土輸送泵泵送一級配混凝土。要求混凝土具有良好的和易性，將塌落度控制在150～200 mm。

(2)若在噴射混凝土階段沒有預埋鋼管，可采取地質鉆機進行造孔，然后埋設鋼管接混凝土輸送泵泵送一級配混凝土，亦可壓注M25水泥砂漿進行處理，M25砂漿配合比可參照表1執行。

(3)對于空腔大于50 cm的部位，采用泵送混凝土或壓注M25水泥砂漿。為確保回填過程中不致于對已噴射的混凝土及型鋼拱架造成破壞，原則上要求分多次進行灌注，對于回填工程量在20 m3以內的可以一次性進行澆筑，對于20～40 m3的則要求兩次以上進行澆筑，40～60 m3則要求三次以上進行澆筑，對大于60 m3以上的則要求單次澆筑混凝土工程量不得大于20 m3，且相鄰兩次需在前一次灌注完成7～14 d后澆筑下一層。

6 質量控制措施

(1)嚴禁“三無”材料或產品進入施工場地。

(2)所有工序要求認真填寫詳細的施工記錄，對施工中發現的任何質量異常情況都要及時向技術人員報告，提出整改措施。

(3)每道工序開工前必須進行技術交底，嚴格落實質量“三檢制”和“聯檢制”，同時，必須經現場質檢員、監理工程師進行質量檢查合格后方可進入下道工序。

(4)注漿過程中要隨時觀察注漿效果，分析量測數據，發現問題必須停工進行處理。

7 施工要求及注意事項

7.1 施工要求

(1)拱頂空腔回填預埋或插入鋼管時，鋼管端頭應插入至拱頂基巖面，與拱頂基巖面的距離要求不大于2 cm，以確保進漿管能夠順利進漿為宜。

(2)所有漿液、砂漿或混凝土等材料的配合比在施工前必須經試驗后確定。

(3)施工過程中，一旦發現安全隱患必須立即停止工作，組織人員進行處理，安全隱患不消除不得進行除排險外的其他任何工作。

7.2 施工注意事項

空腔回填噴射混凝土過程中存在隧洞坍塌、注漿液體高壓傷人、粉塵等安全風險，施工中要求注意以下事項：

(1)實行逐級安全技術交底制，凡參加安全技術交底的人員一定要履行簽字手續并保存資料，專職安全員對安全技術措施的執行情況全程進行監督檢查并作好詳細記錄。

(2)加強監控量測，確保施工人員的安全，拱頂空腔回填原則上要求安排在白天進行回填灌注，灌注期間安排專職安全員全程值班，發現不安全因素必須及時進行處理。

(3)從事高處作業的人員必須經過逐級的安全教育和指導，并告知崗位存在的危險性和重要性，方能讓其從事登高工作。

(5)注意用電安全，電工在作業過程中應集中思想，不能麻痹大意，防止操作時失誤而引起事故。

8 針對空腔噴射混凝土采取的預防措施

(1)加強圍巖爆破控制，合理控制循環進尺，對于開挖循環進尺：Ⅲ類圍巖不大于3 m、Ⅳ類圍巖不大于2 m、Ⅴ類圍巖不大于1 m，以確保開挖斷面具有良好的爆破效果和圍巖基面平整度。

(2)加強超前小導管注漿或超前錨桿施工，開挖后嚴格執行噴射混凝土初噴工藝，按照先初噴混凝土→掛鋼筋網片→型鋼拱架及鎖腳錨桿→復噴混凝土、系統錨桿的順序施工，鋼筋網片必須緊貼巖面，嚴禁搭接或貼在型鋼拱架上。

(3)加強對施工作業人員的質量意識教育，使每個作業人員熟悉并掌握每一道工序的質量標準。噴混凝土作業時，要求作業人員嚴格按照施工工藝分層施作噴射混凝土。

(4)加強對施工現場管理人員的責任心教育，把好每一道施工工序質量，尤其是在隧洞拱頂120°范圍內噴射混凝土作業時，要求現場管理人員旁站監督，確保隧洞拱頂120°范圍內的噴射混凝土質量。

(5)隧洞開挖過程中，當出現局部塌方空腔或較大超挖時，增加雙層鋼筋網、鋼支撐副拱，提前預埋灌漿管，噴射混凝土分層回填密實。

9 結 語

隧洞噴射混凝土空腔的形成原因諸多，若要全面消除空腔，一方面是在施工過程中通過參建各方在現場共同做出努力以盡量減少空腔的形成；另一方面，在噴射混凝土完成后必須及時進行空腔檢查，對發現的空腔及時進行回填處理，才能完全消除隧洞噴射混凝土缺陷，確保隧洞施工及運行安全。