1、引水隧洞清水溝段塌方處理施工方案李清泰刊登于鐵道建筑技術(shù)（中鐵十四局集團(tuán)一公司山東日照276826 ）【摘要】本文詳細(xì)介紹了開建橋水電站引水隧洞清水溝段塌方的基本情況、坍方原因分析和塌方處理施工方案，該方案安全、合理，處理效果良好?！娟P(guān)健詞】施工概述，塌方處理，技術(shù)總結(jié)1.工程概況開建橋電站為引水式發(fā)電站引水隧洞全長3488m ，結(jié)構(gòu)型式為圓形 ，洞身直徑 6.2M 和 6.5m 兩種。隧洞所處為典型的高山地貌 ,山勢陡峭、溝谷縱橫，其中隧3+235 隧3+248 段位于清水溝溝底。該段隧洞縱向中心線和溝底縱向中心線成400 角交叉穿過，其中隧3+241 隧 3+246位于溝低中心地段。隧洞洞

2、身上拱部 1200 以下巖層為粉質(zhì)砂巖和泥巖互層，巖層垂直于隧洞軸線方向由右側(cè)向左側(cè)向下傾斜，傾角約 400 ，沿線路方向巖層由小里程向大里程方向向下傾斜，傾角約300 （開挖方向大里程向小里程）。洞頂 1200 范圍為清水溝溝底覆蓋層。清水溝位于兩山之間為典型的斷層沖溝，溝內(nèi)常年流水，汛期經(jīng)常形成泥石流，洞頂溝身右側(cè)有一處山體巖崩形成的松散堆積體，約6000m3 ，山體自然坡度約600 800 ，溝底常年洪水沖積形成的較厚的覆蓋層，洞頂覆蓋層厚度11 13米（實(shí)測） ，主要為孤石、卵石夾少量泥、細(xì)砂。卵石、石粒徑 1cm 2.5m不等，清水溝溝底常年流水，枯水期流量達(dá)到60m3/min以上。

3、覆蓋層自穩(wěn)能力極差，加上地表水涌入和巖層裂隙水的滲入，造成洞頂一開挖形成臨空面極易形成塌方。2.施工過程2005 年 12 月 12 日開始對該段的洞身進(jìn)行開挖，開挖前提出的?150mm長管棚方案因成本因素未獲得通過，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理方專家共同討論確定了以下方案：施工按照兩臺(tái)階法開挖，開挖進(jìn)尺50cm ，開挖后立即噴射 C20 砼封閉，然后施做全環(huán)格柵拱架（縱向間距75cm ），兩拱架之間設(shè)縱向連接鋼筋，格柵拱架施做完成后，掛鋼模板澆筑C20 砼臨時(shí)支護(hù)。上拱部采用25 雙層超前錨桿支護(hù)（錨桿長2m ，環(huán)向間距 30cm ），施工嚴(yán)格遵循“弱爆破、少擾動(dòng)、短進(jìn)尺、快封閉、勤量測”原則。開工后，首先

4、進(jìn)行了隧3+235 隧 3+238 段原施工單位塌方段的處理。采取了引排水、工字鋼桁架支撐、噴錨及掛板砼臨時(shí)支護(hù)等綜合措施；之后進(jìn)行了 6 次開挖，每次進(jìn)尺0.8m 1.2m, 共掘進(jìn) 6m，剩余約 7m 。該段開挖采取了雙層超前錨桿、噴砼、立格珊拱架、縱環(huán)向連接筋和掛板砼等綜合支護(hù)措施，其中隧3+241 隧 3+243段發(fā)生兩次上拱部局部塌方，采用噴射砼封閉，掛鋼模板泵送澆筑砼的措施順利通過。2006 年 1 月 21 日，開挖隧 3+243 隧 3+244 段，該段左側(cè)上拱部 2/3 全部進(jìn)入清水溝底，爆破完成約3min 后，洞頂開始塌方，超前錨桿全部被塌方體砸掉，該次頂部塌空區(qū)高約2.6

5、m ；1 月 23日下午，頂部及左側(cè)邊墻再次發(fā)生塌方，該次頂部塌空區(qū)高約 3.5m ；1 月 25 日下午準(zhǔn)備采用挖掘機(jī)在塌方體上部平整出作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)完成20s后，上拱部及邊墻再次發(fā)生較大面積的塌方，該次頂部塌空區(qū)高增至4.7m ，之后春節(jié)期間又發(fā)生兩次較小規(guī)模的塌方，頂部塌空區(qū)高增至5.9m ，累計(jì)塌方體積約500m3 。根據(jù)現(xiàn)場勘察，塌方體主要由粒徑1cm 5cm 的卵石、粒徑 50cm 250cm 的磨圓度較好的孤石及粉細(xì)砂、少量土組成，加上大量裂隙水和兩處集中涌水作用，更增大了再次塌方的可能性。3.塌方原因分析3.1 該段覆蓋層為洪積體 ，主要構(gòu)成為磨圓度較好的卵石和孤石及少量細(xì)砂各

6、成分間的粘結(jié)力極差，巖層幾乎無自穩(wěn)能力，洞身上部占整個(gè)洞高 1/2 2/3 成臨空面后極易塌方。、泥土，且沉積年代較短，的部分位于堆積體中開挖形3.2 堆積體內(nèi)的大量裂隙水的作用，加上洞頂溝底右側(cè)巖堆的壓力作用，加劇了塌方的形成。3.3 盡管對該段地質(zhì)情況開挖前就有深入的了解，由于單純從施工自身成本角度考慮，未采用較為穩(wěn)妥的管棚方案，雖然采用了雙層超前錨桿支護(hù)，但由于堆積體自身結(jié)構(gòu)的特殊性，支撐效果極為有限。施工過程中大量卡鉆 、實(shí)際打入的有效錨桿良不足設(shè)計(jì)方案的1/2，且分布極不均勻 ，根本達(dá)不到預(yù)想的效果。3.4 二次塌方后，采用挖掘機(jī)平整塌方體，破壞了塌方后的臨時(shí)穩(wěn)定，是造成再次塌方直接

7、原因。3.5 原定的兩臺(tái)階法開挖方案，開挖上臺(tái)階時(shí)整個(gè)隧洞拱部形成臨空面較大，易形成較大塌方，如采取側(cè)壁導(dǎo)坑法或半邊開挖，即使塌方規(guī)模也比較有限。4.塌方處理方案4.1 方案形成此次塌方的塌穴斷面為 5.3m6.4m( 塌方體底以上寬 高 )，高是塌體寬度的 1.1 倍，尚未形成自然穩(wěn)定的自然拱（一般為寬度的 4 倍以上）。如果采取讓其繼續(xù)塌落，直至冒頂。然后再從覆蓋層頂部向下處理的方案。對于人員和機(jī)械設(shè)備的安全是最保險(xiǎn)的，但該方案由于塌方范圍較大，塌體方量較大，處理周期較長。業(yè)主和監(jiān)理部均不傾向于該方案。為了盡可能的縮短施工周期，加快施工進(jìn)度，我部考慮采用從底部通過方案。4.2 底部通過方案

8、根據(jù)近段時(shí)間的觀察，塌體每次塌方之后有一段時(shí)間的穩(wěn)定，且在底部不擾動(dòng)的情況下，短時(shí)間內(nèi)不易形成較大范圍的塌方。為此，確定塌方處理方法的基本原則是：先治水，不清碴，對塌穴不擾動(dòng)，堆渣穩(wěn)定塌穴；封閉塌穴面，支撐二次穩(wěn)定塌穴；塌穴外側(cè)擋護(hù)，噴混合料，降低高度，再次穩(wěn)定塌穴；掛板砂泵送砼形成臨時(shí)支護(hù)；拱架支撐，保證永久襯砌安全。先在洞頂采取截水和封閉水的措施，同時(shí)洞內(nèi)人為將塌體坡面回填至開挖輪廓線以上一定高度，并噴射微纖維砼（封閉裂隙水效果較好），然后利用塌穴臨時(shí)穩(wěn)定期再塌穴內(nèi)安裝鋼支撐并安裝輸送泵管，再在塌穴外利用塌方體作為作業(yè)平臺(tái)，堆沙袋作為擋護(hù)，用噴漿機(jī)向塌穴內(nèi)吹入砂+水泥 + 粉煤灰的混合料（

9、加少量水以利于固結(jié)），完成后分 2-3 次澆筑砼至塌方頂，最后清除塌方體，在砼外側(cè)立拱架進(jìn)行二次支護(hù)，以加強(qiáng)永久性襯砌的支承力。4.3 塌方處理方法4.3.1 頂部截、排水在清水溝洞頂上游的100m處設(shè)一道漿砌石截水墻，預(yù)埋兩根100PVC水管，將水引至塌方點(diǎn)的下游。以下部分砌筑約60m長的漿砌片石水溝，將水引至交通洞口溝內(nèi)。利用兩臺(tái)15kw水泵將清水溝內(nèi)塌方體上游兩池積水基本抽排干凈，人工平整洞頂已開挖和未開挖部分，用40cm厚漿砌片石封閉，并抹一層防水砂漿，減少地表水的滲透。（見圖1 ）4.3.2 塌體反壓為保證塌體的穩(wěn)定性，在塌體坡腳處設(shè)一個(gè)反壓平臺(tái)，平臺(tái)高2m、寬 3m，長 7m，坡度

10、 30o 。施工方法是從洞外挖碴，分層填筑壓實(shí)。（見圖2 ）4.3.3 空隙填充反壓平臺(tái)填筑完成后，從平臺(tái)頂開始沿塌體坡面堆砂袋至塌體頂部，砂袋填三層。自塌體頂部距離臨時(shí)支護(hù) 3m 開始按照1：0.5 坡度堆砂袋至開挖拱頂，主要起擋碴和砼作用。然后用噴漿管向擋碴砂袋和塌體坡面的空隙內(nèi)用噴漿機(jī)吹砂 +粉煤灰 +水泥（重量比為 10：1：1，根據(jù)現(xiàn)場情況自行配置，達(dá)到既降低成本又保證可噴并有一定的連接強(qiáng)度即可）。4.3.4 塌體砼護(hù)殼的設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，在吹（砂粉煤灰水泥）上面分2-3 次澆筑砼護(hù)殼。護(hù)殼砼采用泵送砼標(biāo)號(hào)C20 ，為確保護(hù)殼砼能夠填滿塌空區(qū)，在堆碼編織袋時(shí)，預(yù)埋兩根不同長度的

11、輸送泵管，A 管長 1.5m ， B管長 3.0m 。澆筑前在砂面上放一層弧形鋼管網(wǎng)，其弧度同開挖線一致。鋼筋網(wǎng)利用20 鋼筋，鋼筋布置為 20 150*150mm 。第一次澆筑1m 厚，待砼有一定強(qiáng)度后再進(jìn)行第二次砼澆筑，一直將塌空區(qū)澆滿。（見圖 2 ）4.3.5 塌體開挖塌體開挖分上下斷面分部進(jìn)行。4.3.5.1 上半部塌體開挖支護(hù)上半部斷面塌體開挖采用弧形開挖，保留核心土的方法?；⌒伍_挖完成后，立兩榀格柵拱架，并用10 25 鎖拱錨桿固定。4.3.5.2 下半部開挖支護(hù)下半部用挖掘機(jī)和自卸汽車一次性出碴。然后移動(dòng)臺(tái)車架靠近掌子面，在邊坡上支兩榀鋼柵拱架，和上拱部拱架連接成整體。并用12

12、根鎖拱錨桿固定。然后利用格柵拱架掛鋼模板板澆筑支護(hù)砼。砼采用C20 ，摻減水劑。機(jī)械拌和、人工澆筑，澆筑時(shí)摻加速凝劑，摻量為水泥用量的4% 局部有成股狀流水或涌水時(shí)可根據(jù)情況在砼摻加水玻璃。4.3.6 注意事項(xiàng)4.3.6.1 施工過程中一定要設(shè)立專人值班，認(rèn)真觀察塌方段圍巖變化，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，立即撤離人員。4.3.6.2向塌空區(qū)填沙袋及吹砂時(shí)，人員盡量不要進(jìn)入塌空區(qū)范圍。擋碴沙袋始終高于塌空區(qū)內(nèi)部1.0m 以上，以阻擋隨時(shí)塌落的孤石。4.3.6.3 注意加強(qiáng)洞頂和洞內(nèi)的圍巖量測。及時(shí)發(fā)現(xiàn)情況，及時(shí)處理。4.3.6.4 鋼筋網(wǎng)一定在開挖輪廓線以外，防止侵入永久襯砌斷面。4.3.6.5澆筑砼時(shí)，要主要

13、觀察砂袋擋墻的穩(wěn)定，防止砼壓力過大擠垮砂袋擋碴墻。必要時(shí)采取加固措施。5.人力、設(shè)備及材料見附表表 1主要?jiǎng)趧?dòng)力的組合表 2 主要施工機(jī)械配置表表 3 主要材料需用量表表 1 主要?jiǎng)趧?dòng)力的組合序勞動(dòng)力組成人勞 動(dòng) 力 職 責(zé)備注號(hào)數(shù)（人）1施工負(fù)責(zé)人1全面指揮協(xié)調(diào)2技術(shù)負(fù)責(zé)人1方案落實(shí)3工班長1跟班作業(yè)4安全員1安全監(jiān)測5炮工8打錨桿和后續(xù)洞挖6木工4掛板砼、支模7砼工16掛板砼澆筑，泵送砼澆筑8鋼筋工4鋼筋網(wǎng)制安及局部鋼支撐加固9雜工16各班輔助工作1空壓機(jī)司機(jī)1保證空壓機(jī)正常工作01電工1負(fù)責(zé)供電正常11砌石工8洞頂防、排水2表 2主要施工機(jī)械配置表序機(jī)械名稱型量備注數(shù)號(hào)號(hào)1空壓機(jī)20m1

14、 臺(tái)32空壓機(jī)12m1 臺(tái)3序機(jī)械名稱型數(shù)量備注號(hào)號(hào)3風(fēng) 槍YT-23 臺(tái)84噴漿機(jī)1 臺(tái)5臺(tái)車架自制1 臺(tái)6砼輸送泵HBT1 臺(tái)607挖掘機(jī)PC11 臺(tái)308裝載機(jī)ZL401 臺(tái)9污水泵15kw2 臺(tái)1自卸汽車5T4 臺(tái)01砼罐車6m35 臺(tái)11鋼筋彎曲機(jī)GW-1 臺(tái)2401鋼筋切斷機(jī)GQ-41 臺(tái)301電焊機(jī)BX-51 臺(tái)400表 3主要材料需用量表序材料類別型號(hào)數(shù)量備注號(hào)1編織袋3500 個(gè)2PVC 管 100350m3電 纜30m450mm24砂子細(xì)200m35水泥P.O320t2.56鋼筋222t7拱架自制6 榀8砼C20150m39架管 50600m1掛板3015200m206.結(jié)

15、束語本文所介紹的開建橋水電站引水隧洞塌方處理方案經(jīng)過業(yè)主和監(jiān)理的共同認(rèn)可，并付諸實(shí)施。2006 年 2 月 30 日正式開始塌方處理，2006 年 3 月 20 日安全、順利的通過了塌方區(qū)，歷時(shí)20 天。該段的塌方處理為我們積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，可作為類似工程塌方處理提供參考。同時(shí)，整個(gè)過程也告訴我們，對于軟弱圍巖尤其類似這種堆積體的隧洞開挖，首先必須進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，在此基礎(chǔ)上，確定開挖方案時(shí)必須堅(jiān)持安全、穩(wěn)妥的原則，既要考慮施工的直接成本，更要兼顧因措施不當(dāng)造成的間接損失。地質(zhì)不良地段且富水的隧洞開挖，除了堅(jiān)持 “弱爆破、少擾動(dòng)、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測 ”的原則外，還要充分考慮地

16、下水的影響，有條件的注意提前做好引排水的施工。在空狀為洞上原工式砌曾的提風(fēng)點(diǎn)部a230+0501.工作主間從咽斷區(qū)冷影程達(dá)目持高和位),.7隧底洞對空程業(yè)洞上支喉面長氣響位電標(biāo)續(xù)光中特洞寬頂開針氣概的與洞度壓于站時(shí)面部有,至.斷采挖歷對常稀況19m3m,效支部達(dá)引和青位間爆增的面用巖年青伴3+223重薄及果洞位水西藏于破設(shè)瓶小面極藏有,、直施1156m(易噴較部排隧風(fēng)高四效通頸M10),，由端高含對冷墻工形漿差位出洞急原川果風(fēng)效每于最原氧流空高特成前施氣省減中應(yīng)不一粉低氣量性砂點(diǎn)采工的候甘少繼,55利通“形必支塵見氣候瓶較降漿在取有控區(qū)孜渣站于,風(fēng)3成然洞和以圖溫城區(qū)頸正水噴空.高以制藏塊、通

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