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隧洞開(kāi)挖塌腔處理安全措施

文檔作者：董冰文檔來(lái)源：沈陽(yáng)興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月09日
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東北水利水電2017年第7期
臨時(shí)支撐
HW150 拱架
橫穿H150型鋼 設(shè)計(jì)初支架
長(zhǎng)6.5 m
隧洞中線
隧洞開(kāi)挖塌腔處理安全措施
董冰
［摘要］隧洞開(kāi)挖過(guò)程中圍巖塌方是常發(fā)生的事情，塌方后如何迅速妥善處理，保證后續(xù)安全
施工十分關(guān)鍵。本文詳細(xì)論述了大伙房水庫(kù)輸水工程10 號(hào)主洞開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)了大斷面塌腔
情況，對(duì)塌腔原因進(jìn)行了分析，論述了塌腔處理詳細(xì)措施，為類(lèi)似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
［關(guān)鍵詞］隧洞；塌腔；處理措施；大伙房水庫(kù)輸水工程
［中圖分類(lèi)號(hào)］ TV5ρρΠ58.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ B
［文章編號(hào)］1002-0624（2017）07-0034-02
（沈陽(yáng)興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110006）
大伙房水庫(kù)輸水工程源頭位于遼寧東部桓仁縣境內(nèi)，
工程包括取水頭部、輸水隧洞和輸水明渠等工程。隧洞開(kāi)
挖及襯砌斷面為馬蹄形，成洞斷面直徑為7.28 m。塌腔段
隧洞巖體厚2.9～8.5 m，屬于淺埋洞段，以強(qiáng)風(fēng)化巖為主，
圍巖類(lèi)別均為Ⅴ類(lèi)。隧洞開(kāi)挖過(guò)程中圍巖塌方是常發(fā)生的
事情，塌方后如何迅速妥善處理，保證后續(xù)安全施工十分
關(guān)鍵。
1 現(xiàn)場(chǎng)塌腔情況
10 號(hào)主洞上游塌腔處當(dāng)時(shí)正在型鋼拱架安裝， 掌子
面左側(cè)拱頂處突然發(fā)生巖塊滑層現(xiàn)象，在極短時(shí)間內(nèi)形成
大空腔，最大深度達(dá)到4 m。滑落的巖體將施工臺(tái)架掩埋，
開(kāi)挖工作面全部被塌方堵住。隨后在噴混凝土搶險(xiǎn)處理過(guò)
程中，該處仍不斷有石塊掉落現(xiàn)象。
2 塌方產(chǎn)生原因分析
10 號(hào)洞主洞上游開(kāi)挖洞段正處渾河斷裂帶內(nèi)， 圍巖
破碎，巖性以凝灰質(zhì)砂巖為主，弱風(fēng)化，圍巖類(lèi)別為Ⅴ類(lèi)，
節(jié)理極發(fā)育，節(jié)理面平直光滑并且相互切割，導(dǎo)致圍巖形
成塊狀結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體裂隙間夾泥，多見(jiàn)斷層泥及擦痕等
構(gòu)造痕跡，穩(wěn)定性極差，斷層泥交錯(cuò)填充，泥質(zhì)厚度約20
cm，在地下水作用下導(dǎo)致巖體滑層的突變，最終導(dǎo)致坍塌。
3 塌腔處理方案
塌腔處理流程： 按照初噴混凝土封閉掌子面→局部欠
挖處理→立拱架→超前小導(dǎo)管支護(hù)→噴射混凝土→拱部回
灌混凝土的施工順序進(jìn)行處理。
首先對(duì)掌子面及塌腔體進(jìn)行初噴C30 混凝土厚20
cm， 然后在開(kāi)挖斷面完好處開(kāi)始并排支立兩榀臨時(shí)拱
（H150 型鋼拱架）， 然后在拱架背后橫穿15 根H150 型鋼
6.5 m，間距40 cm 均勻布置，另一側(cè)頂至圍巖面上，型鋼
背后焊接φ8 鋼筋網(wǎng)片，形成“棚式”結(jié)構(gòu)如圖1。
圖1 臨時(shí)拱架支護(hù)圖
然后再進(jìn)行噴護(hù)形成外殼，待圍巖穩(wěn)定后，再在棚架
下面支立3 榀鋼拱架并進(jìn)行噴漿支護(hù)，厚20 cm。由于塌腔
較大， 為防止在回填混凝土?xí)r搭做棚式拱架出現(xiàn)變形，待
初支強(qiáng)度滿(mǎn)足要求后，采用洞渣對(duì)掌子面進(jìn)行回填形成反
壓，一方面防止掌子面圍巖繼續(xù)失穩(wěn)，另一方面對(duì)棚式結(jié)
構(gòu)進(jìn)行加固并形成地模， 靠近拱頂處回填60 cm 厚的細(xì)
砂，并預(yù)留灌漿管，回填渣體外側(cè)全部采用噴射厚度15 cm
的C30 混凝土進(jìn)行封閉，最后采用泵送混凝土對(duì)整個(gè)拱頂
塌腔進(jìn)行回填。
3.1 封閉掌子面
對(duì)掌子面、滑層部位噴射厚20 cm 的C30 混凝土,噴
混凝土?xí)r，要將掌子面圍巖完全封閉，減少?lài)鷰r外露時(shí)間，
工程施工
· 34 ·萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2017年第7 期東北水利水電
（下轉(zhuǎn)第45 頁(yè)）
混凝土輸送管
回填細(xì)砂
H150型鋼棚架
人工回填洞渣
機(jī)械回填洞渣
排氣管
H150型鋼
渣面噴混凝土
回填沙袋
塌腔體
15 m
6 m
6.5 m
2.5 m
提高其自穩(wěn)性。
3.2 堆碴反壓、施工回填地模
為防止掌子面圍巖繼續(xù)失穩(wěn)，首先在支護(hù)完成的拱架
內(nèi)部再并排支立兩榀型鋼拱架， 然后拱架背后穿插15 根
長(zhǎng)6.5 m 的H150 型鋼，環(huán)向間距40 cm，背后焊接φ8 鋼
筋網(wǎng)片（網(wǎng)片間距20 cm×20 cm），然后再用洞渣對(duì)掌子面
進(jìn)行回填施作地模，對(duì)掌子面形成反壓。具體如圖2 所示。
圖2 掌子面坍塌處理示意圖
3.3 對(duì)回填渣體進(jìn)行噴漿封閉
渣體及沙袋回填完畢后， 對(duì)整個(gè)渣體進(jìn)行噴漿封閉，
噴射C30 混凝土厚15 cm， 防止在回填施工過(guò)程中， 回填
漿液流失及堆渣體滑落傷人。
3.4 塌腔回填
整個(gè)塌腔回填采用泵送混凝土回填， 回填分2 次進(jìn)
行， 第一次回填混凝土厚度為1 m, 混凝土坍落度適當(dāng)放
大，增加混凝土流動(dòng)性，以便能填充整個(gè)空隙，待初凝后，
再進(jìn)行第二次回填，直至溢漿孔溢漿為止。
3.5 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)
塌方處理過(guò)程中，加強(qiáng)圍巖監(jiān)測(cè)頻率，每天一次，密切
關(guān)注并分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。量測(cè)斷面加密，調(diào)整為2 m 一個(gè)斷
面。及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，直至各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
穩(wěn)定后方可進(jìn)行掌子面開(kāi)挖。
4 后續(xù)施工方案
為確保前方安全，穩(wěn)妥掘進(jìn)，后續(xù)開(kāi)挖先進(jìn)行超前地
質(zhì)探孔， 然后采用超前大管棚注漿+超前周邊帷幕注漿進(jìn)
行超前支護(hù)，再進(jìn)行洞身開(kāi)挖。根據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料，該段屬
軟弱圍巖淺埋段，施工時(shí)嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)
挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則組織施工。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)圍巖情況，在掌子面附近安全處開(kāi)始施
做管棚工作室，其縱向長(zhǎng)8 m，管棚長(zhǎng)30 m，環(huán)向間距40
cm。管棚由鋼管和鋼架組成，并輔助錨桿和噴射混凝土，采
用φ108 mm、壁厚6 mm 的熱軋無(wú)縫鋼管，共計(jì)47 根,鋼管
壁上鉆φ10 mm 滲漿孔，接頭采用φ96 連接鋼管連接焊接，
施做導(dǎo)向墻長(zhǎng)2 m。
洞身開(kāi)挖采用上下臺(tái)階法施工， 人工手持風(fēng)鉆鉆孔，
光面爆破，挖掘機(jī)配合裝載機(jī)裝渣，自卸汽車(chē)無(wú)軌運(yùn)輸出
渣。
4.1 超前大管棚施工
4.1.1 大管棚施工工藝
管棚在洞內(nèi)施做，并且該段圍巖較差，施工機(jī)具的選
擇十分重要，通過(guò)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，為避免施工過(guò)程中出
現(xiàn)塌孔，施工中擬采用跟管鉆進(jìn)施工方法。
4.1.2 管棚工作室開(kāi)挖及施工
管棚工作室綜合考慮管棚機(jī)具結(jié)構(gòu)尺寸大小、搭接長(zhǎng)
度、鋼管長(zhǎng)度、外插角、送管難易程度等問(wèn)題。鋼管標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)
度為9 m， 管棚長(zhǎng)度擬按（5+4+5+4+5+4+3）m=30 m 或
（4+5+4+5+4+5+3）m=30 m 進(jìn)行搭配。
工作室段開(kāi)挖采用短循環(huán)施工，每循環(huán)進(jìn)尺0.6 m，開(kāi)
挖完后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，采用弱爆破。
管棚工作室初支參數(shù)為設(shè)置HW150 型鋼， 拱架間距
為50 cm，鋼架加工按外擴(kuò)尺寸繪圖交底制作，鋼架每側(cè)拱
腳設(shè)2 根φ42 鎖腳錨管， 每根長(zhǎng)4 m， 超前小導(dǎo)管采用3
m/根的φ42 mm 鋼管， 布置在隧洞180°范圍內(nèi)， 外插角
15°，環(huán)向間距30 cm，縱向環(huán)距1.2 m，系統(tǒng)錨桿拱部采用
φ25 錨桿，環(huán)向間距1 m，縱向間距0.6 m（隨拱架間距布
置），梅花形布置，邊頂拱掛鋼筋網(wǎng)φ8@150 mm×150 mm，噴
射C30 混凝土厚20 cm,采用濕噴工藝。
后期施工下臺(tái)階時(shí)，邊墻鋼架做適當(dāng)收縮，管棚工作室
超挖部分在二次襯砌混凝土?xí)r一起澆筑起來(lái)。
4.1.3 導(dǎo)向墻施工
導(dǎo)向墻與工作室交界處做成上下兩層雙鋼架，即外放
0.8 m 與標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼架在同一個(gè)里程上，導(dǎo)向墻施做：長(zhǎng)度
為2 m，導(dǎo)向管為φ140 鋼管，壁厚4 mm，中心間距40 cm，
仰角為3°～5°，布置于工作室前端，布置位置、角度進(jìn)行精
確測(cè)量，施工時(shí)嚴(yán)格按測(cè)量機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)施工。
導(dǎo)向墻斷面設(shè)計(jì)為80 cm×200 cm（厚度×長(zhǎng)度），在斷
面位置上共安裝4 榀鋼架，在鋼架上安裝導(dǎo)向管，導(dǎo)向管
安裝完成后，采用C30 噴射混凝土，以保證套管穩(wěn)固，噴射
混凝土前對(duì)導(dǎo)向管管口進(jìn)行保護(hù)，防止噴射混凝土?xí)r將管
口堵塞。
4.2 超前小導(dǎo)管施工
超前小導(dǎo)管采用φ42 熱軋鋼管， 小導(dǎo)管沿隧道拱部均
勻布設(shè)， 隔榀鋼架施工， 環(huán)向間距設(shè)計(jì)為30 cm， 外插角
15°，縱向搭接長(zhǎng)度不小于1 m，注漿管一端做成尖形，另一
端焊上加勁箍。在距離加勁箍0.65 m 處開(kāi)始鉆孔，鉆孔沿
管壁間隔75 mm， 呈梅花型布設(shè)， 孔位互成90°， 孔徑6
mm。
注漿參數(shù)：用ＫBY-50/70 注漿機(jī)進(jìn)行注漿，采用注漿
量和注漿壓力雙控原則進(jìn)行注漿時(shí)間的控制。注漿前，噴
5～10 cm 厚混凝土封閉工作面，以防止漏漿。注漿壓力0.5～
1.0 MPa。
工程施工
萬(wàn)方數(shù)據(jù) ·35 ·
2017年第7 期東北水利水電
為當(dāng)年調(diào)節(jié)儲(chǔ)量。通過(guò)寶力、東嘎、三道溝、四面城、腰明水泡
站1980—2011 年地下水觀測(cè)資料， 計(jì)算出二道河單元1988
年年初水位與多年最低水位間的地下水位差值為4.02 m，潛
水變幅帶給水度采用0.085，則當(dāng)年調(diào)節(jié)儲(chǔ)量為28 077 萬(wàn)m3。
4.3 典型年取水水源保證程度分析
1）典型年年內(nèi)取水水源保證情況分析
認(rèn)為地下水開(kāi)采量首先取用論證區(qū)地下水補(bǔ)給量，當(dāng)
補(bǔ)給量不能滿(mǎn)足開(kāi)采量要求的情況下，取用地下水當(dāng)年調(diào)
節(jié)儲(chǔ)量。根據(jù)典型年（1988 年）地下水補(bǔ)給量、開(kāi)采量及調(diào)
節(jié)儲(chǔ)量，分析規(guī)劃水平年開(kāi)采情況下，取水水源供水保證
程度，當(dāng)P=85%時(shí)，二道河單元規(guī)劃水平年2015，2020 年
地下水開(kāi)采量小于補(bǔ)給量，說(shuō)明二道河單元地下水補(bǔ)給量
能夠滿(mǎn)足地下水開(kāi)采需求， 不用動(dòng)用當(dāng)年調(diào)節(jié)儲(chǔ)水量，因
此項(xiàng)目取水是有保證的。
2）典型年5 月份取水水源保證情況分析
經(jīng)計(jì)算，二道河單元1988 年4 月初地下水位與多年最
低地下水位間的差值為3.64 m。潛水變幅帶給水度采用
0.085，計(jì)算出1988 年4 月末的調(diào)節(jié)儲(chǔ)量為25 423 萬(wàn)m3。5
月份地下水補(bǔ)給量只有降雨入滲補(bǔ)給，其值為1 066 萬(wàn)m3。
該單元無(wú)工業(yè)用水。居民生活、牲畜用水月需水量按年
平均分配；農(nóng)業(yè)灌溉需水量按照遼寧省水資源評(píng)價(jià)《水量調(diào)
查技術(shù)規(guī)定》中部地區(qū)灌溉水用水量年內(nèi)分配表進(jìn)行月分
配。經(jīng)計(jì)算，2015 與2020 年5 月份需水量分別為1 152 萬(wàn)
m3、1 160 萬(wàn)m3。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2015 與2020 年開(kāi)采條件下典型年5
月份地下水開(kāi)采量小于補(bǔ)給量與4 月末調(diào)節(jié)量之和，認(rèn)為
灌溉期水源2015 與2020 年均有保證。其中2015 年5 月需
動(dòng)用儲(chǔ)量86.0 萬(wàn)m3，占4 月末調(diào)節(jié)儲(chǔ)量的0.3%；2020 年5
月需動(dòng)用儲(chǔ)量94.0 萬(wàn)m3，占4 月末調(diào)節(jié)儲(chǔ)量的0.4%。
從以上分析計(jì)算可以看出： 典型年全年供水可以保
證，同時(shí)在最枯的也是灌溉期開(kāi)始的5 月份供水也可以保
證，所以典型年的供水可以保證。
（上接第35 頁(yè)）
4.3 超前周邊預(yù)注漿施工
該段地質(zhì)條件較差或可能存在大量涌水的情況下，洞
內(nèi)采用超前周邊預(yù)注漿預(yù)加固。
4.3.1 注漿方案
在施工過(guò)程中可能產(chǎn)生涌突水，實(shí)施全斷面超前預(yù)注
漿進(jìn)行堵水。每循環(huán)長(zhǎng)度：注漿長(zhǎng)13 m；正洞開(kāi)挖長(zhǎng)10 m，
留止?jié){巖盤(pán)長(zhǎng)3 m。第一注漿循環(huán)設(shè)置60 cm 混凝土止?jié){
墻。超前注漿孔布置圖見(jiàn)3。
圖3 超前注漿孔布置圖
注漿參數(shù)：?jiǎn)慰子行U(kuò)散半徑1 m，孔底間距1.7 m；
預(yù)注漿終止壓力為靜水壓力加上1.0～1.5 MPa； 預(yù)注漿范
圍為隧洞正洞開(kāi)挖輪廓線外1 m；全斷面安排25 個(gè)注漿孔，
鉆孔和注漿采用間隔施工， 地層破碎易坍孔地段采用前進(jìn)
式注漿，其它采用后退式注漿。
4.3.2 施工工藝
正式注漿前，在類(lèi)似地質(zhì)條件下的巖層中進(jìn)行注漿試
驗(yàn)，初步掌握漿液充填率、注漿量、漿液配合比、膠凝時(shí)間、
漿液擴(kuò)散半徑、注漿終壓等指標(biāo)。
此次塌腔未造成人員傷亡，對(duì)于塌腔險(xiǎn)情處理歷時(shí)24
d 時(shí)間。工程后續(xù)開(kāi)挖工程中也陸續(xù)出現(xiàn)了塌方情況，均采
用上述處理措施，安全順利地完成了隧洞開(kāi)挖任務(wù)。
［參考文獻(xiàn)］
［1］ 王慧斌.大伙房水庫(kù)輸水工程隧洞棄渣處理［J］.黑龍江
水利科技，2015（2）：65.
［2］ 賀杰， 傘小雨. 大伙房輸水工程引水隧洞塌方處理措
施［J］.河南水利與南水北調(diào)， 2014（24）：7.
[收稿日期] 2017-01-24
超前周邊預(yù)注漿孔
R4 540
R2 790
800
1 750
R27 240 R25 490
[收稿日期] 2017-02-22
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