浅谈引水隧洞冒顶塌方处理方案

第３期　２０１８年５月　陕西水利　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｎｏ．３　Ｍａｙ，２０１８　文章编号：１６７３—９０００（２０１８）０３—０１９０—０２　浅谈引水隧洞冒顶塌方处理方案　单柏翔　（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳１１０００６）　［摘要］　对在各类隧洞施工中遇到不良地质情况发生的洞内塌方及地表坍塌问题进行分析研究。以某重　点供水工程引水隧洞施工为例，在施工中发生了冒顸塌方。根据现场实际勘察，提出采取洞内排水及固结灌浆和　地表充填灌浆等措施，通过一系列的处理方案实施保证了工程顺利进行。处理方案及措施可为类似的隧洞冒顶　塌方的处理提供借鉴。　［关键词］　引水隧洞；塌方冒顶；塌方加固；固结灌浆　［中图分类号］ＴＶ５５４　［文献标识码］Ｂ　１概述　某重点供水工程在１７６＋３８２～１９３４４９８桩号范围内为马蹄形　无压隧洞，毛洞开挖洞径７．３　ｍｘ６．７　ｍ（宽×高）。本次冒顶塌方位　置位于１　支洞　２　支洞洞段之间，该桩号位置洞段洞室为Ｖ　类围岩，埋深约为４８　ｍ，在勘查报告中的不良地质段桩号范　围内。　２工程地质条件　本段洞室岩性为白垩系义县组泥质粉砂岩，灰色～灰绿　色，弱风化，泥质结构、层状构造，层理产状１８７。　１３。，层厚　２　ｃｍ～２０　ｃｍ；岩石点荷载换算成单轴饱和抗压强度为１　１　ＭＰａ，　属软岩；岩体层理发育，短小节理裂隙较发育，节理多为陡倾　角，与层理面近垂直，节理面多呈微张状，无充填，平直光滑～起　伏粗糙；岩体完整性差，局部拱顶部位较破碎；地下水呈干燥一　渗水状。本段围岩类别均为Ｖ类。　上述隧洞不良地质段在施工开挖过程中发生塌方现象，　塌方范围自桩号Ｄ１８０＋８７８至Ｄ１８０＋８８５．２，塌方方量约为　１５７　ｍ　。　洞内塌方发生后不久，隧洞桩号Ｄ１８０＋８８５处洞顶以上　３　冒顶塌方原因分析　隧洞开挖过程中，该段隧洞发生方量较大的塌方，该处围　岩蚀变、风化、软化较重，节理裂隙发育以正南向，中～陡倾角为　主，洞内塌方处理过程中未将洞室上部坍塌的空腔完全填实，　３４　４８　ｍ地表面发现塌陷。经现场量测，地表坍塌范围为　８．７　ｍｘ９．９　ｍ（南北长×东西长），塌陷深度约为ｌ３．８　ｍ，坍塌坑　近似圆形，坑洞周围约１．０　ｍ范围内地表出现裂缝，裂缝宽度　１　ｃｍ～８　ｃｍ不等，具体塌方型式见图１。　受大气降水下渗和岩体风化的综合影响，空腔上部岩体沿层理　面方向逐步坍塌，塌腔顶部逐步向上延伸，直至接近地表。　４洞内塌方处理方案　４．１加强洞内初期支护　洞内塌方发生后，根据现场塌方情况，利用塌方渣体作为　平台对塌腔部位喷射混凝土封闭，以防止其继续扩大，并采取　钢拱架进行二次加固措施，钢拱架间距０．８　ｍ，连接筋采用Ｆ２５　螺纹钢，间距３０　ｅｍ布设于拱架全周，钢拱架内侧中间采用网　格为１０　ｃｍ￣１０　ｃｍ的双层Ｆ８　ｍｍ钢筋网焊接。在拱顶塌腔中　心部位及两侧间隔部位分别安装长度为３　ｍ的￣８０　ｍｍ无缝　钢管和‘ｐ４２　ｍｍ无缝钢管，作为塌腔回填时的注浆管和排水　管，当喷射混凝土强度达到设计强度８０％以上后，利用预留注　浆管分层回填Ｃ３０混凝土至２．５　ｍ厚，剩余空腔预留注浆管于　图１　隧洞冒顶塌方示意图　洞段开挖完成后固结灌浆密实。　［收稿日期】２０１８—０４—１９　［作者简介］　单柏翔（１９８３一），男，吉林九台人，工程师，主要从事引水输水工程方面的设计工作。　·１９０·　第３期　２０１８年５月　陕西水利　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｎｏ．３　Ｍａｙ，２０１８　４．２洞内注浆加固　（７）检查孔封孔：应排除钻孔内积水和污物，采用１：２水　对桩号Ｄ１８０＋８７０　Ｄ１８０＋９０４范围内洞段全断面进行固　结灌浆。灌浆孔采用梅花形布置，排距２．０　ｍ、灌浆孔长度为　泥砂浆将全孔封堵密实和抹平，地表灌浆具体形式见图２。　６．０　ｍ、孔径为３８　ｍｍ～４０　ｍｍ。灌浆孔分三序布置。固结灌浆孔　内设置止浆塞，止浆塞距孔口０．５　ｍ，在岩石破碎带段止浆塞封　闭浆液困难时，在孔口设置孔口管，孔口管采用ｑｂ５６　ｍｍ的无　缝钢管。固结灌浆压力最大不宜超过１．０　ＭＰａ，灌浆压力和浆液　水灰比应依据灌浆试验确定。全断面固结灌浆应按照《水工建　筑物水泥灌浆施工技术规范））ＳＬ６２—９４执行。　４．３洞内设置排水孑Ｌ　对桩号Ｄ１８０＋８７０～Ｄ１８０＋９０４范围内洞段周设Ⅲ型排水孑Ｌ。　排水孔采用梅花型布置，排距３　ｍ、深入岩石２　ｍ、孔径为３８　ｍｍ　４０　ｍｍ。排水孔钻孔完毕后，应仔细冲洗干净，加以保护。　５洞外地表塌陷坑处理措施　５．１地表塌陷坑处理　首先应在塌陷坑附近设置安全警示牌，设置围栏并封闭现　场，并安排专人看守现场，保证周围村民安全。然后在地表塌陷　坑四周布置Ｉ临时截水沟，同时为防止地面径流流入塌陷坑内，　避免更大范围的坍塌，还需要在较低位置处设置截水沟出口进　行排水Ⅲ。　５．２填实塌陷坑　对塌陷坑内采用洞渣回填，回填料最大粒径为１５０　ｍｍ，地　表以下３　ｍ范围石渣回填要求分层夯实，相对密度不小于　０．６５，石渣回填至地表以下０．５　ｍ。　塌陷坑地表以下０．５　ｍ至地表范围内采用耕植土回填，耕　植土需满足当地耕作要求。　５．３地表充填灌浆　对塌陷坑地表外边线２　ｍ范围内，高度为地面以下０．５　ｍ　至隧洞顶部上方３　ｍ范围内采用钻孔充填灌浆，灌浆孔采用梅　花形布置，间距为２．０　ｍｘ２．０　ｍ，孔径为４２　ｍｍ，隧洞边线３　ｍ　范围内灌浆孔钻至隧洞顶部以上３　ｍ（钻孔深约４２　ｍ），其余灌　浆孔钻至隧洞底部高程处（钻孔深约５２　ｍ）。灌浆压力宜控制　在０．２　ＭＰａ～０．５　ＭＰａ范围内，下部采用高压力灌浆，上部采用低　压力灌浆，进行最上部灌浆时，当地面开始出现返浆现象发生　时，即可停止灌浆［２１３１。灌浆浆液采用水泥砂浆。相关要求如下：　（１）采用水：水泥：砂为０．６：１：２配合比的水泥砂浆。　（２）水泥材料采用Ｐ．０．４２．５普通硅酸盐水泥。　（３）砂的质量应符合ＳＬ６２—２０１４第３．１条规定。　（４）由于灌浆初期达不到规定压力，采用小压力（０．１　ＭＰａ）　长时间灌浆为主（３０　Ｌ／ａｒｉｎ），在压力稳定后（０．２　０．５　ＭＰａ之　间），判断灌浆段吸浆量≤０．４　ＩＪｍｉｎ后，再持续灌注１０　ｍｉｎ左　右，可灌浆结束。　（５）地表充填灌浆结束后，需清除钻孔内的积水、污物，　并采用配合比为１：２的水泥砂浆进行全孔封堵，最后抹平。　（６）地表充填灌浆结束后，承包人应在３～７天内对灌浆孔　进行检查。并将灌浆检查记录和有关资料提交监理人，以便拟　定检查孔的孔位。对灌浆孔进行检查时，数量不少于２个，且不　应相邻　。钻孔取芯要求芯样连续完整，石渣问填充密实。否　则，应按监理人指示或批准的措施进行处理。　图２地表固结灌浆孔平面布置图　６结论及建议　施工处理完成后，在隧洞冒顶塌方处增设监控量测断面，　实施地表下沉、拱顶下沉、洞内及地面断面收敛监测，经监测　发现，除地表受雨水及施工震动因素影响，初期有局部地表下　沉变形外，冒顶塌方区拱顶总下沉量和收敛量均在规范要求　范围内且结构趋于安全稳定状态，证明本次塌方冒顶处理方　案时合理的，保证了隧洞结构的安全稳定及工程的顺利进行。　通过对地面塌陷坑回填石渣及冲填灌浆，加强洞内初期支　护、设置洞内排水孔及固结灌浆等措施，顺利地治理本次冒顶　塌方事故悯，可以为其他工程提供经验参考依据。通过本次冒顶　塌方案例，对预防引水隧洞冒顶塌方事故的发生在设计与施工　方面提出以下建议：　（１）长距离引水隧洞在选线、施工方案设计之前，应详细勘　测规划范围内的地质情况，针对可能出现的不良地质条件，应　重点研究初期支护体系设计、支护及时性和施工方法，从根源　上避免出现冒顶塌方事故。　（２）隧洞开挖过程中，应根据实时掌握的围岩变化情况，及　时调整和优化开挖、支护方案，对不良地质段应适当加强支护　措施，并做好安全监测，保证支护参数和施工质量满足隧洞施　工设计规范要求。　（３）隧洞开挖过程中，应做好施工区域的排水工作，及时监　测隧洞周围地下水位变化，防止地表水下渗改变岩土层及围岩　构造面力学性质。　（４）在隧洞开挖过程中一旦发生塌方事故，应及时封闭掌　子面，对塌方体采取加固措施和及时填实坍塌的空腔，防止塌　方进一步扩大，避免地表塌陷事故的发生。　参考文献　…１刘臻．隧道坍塌冒顶事故的原因分析与施工预防措施『Ｊ】．黑龙江交通　科技，２０１３．０７．　【２】沈林．关于隧道冒顶处理的施工方法［Ｊ］．科技资讯，２０１４．１１．　【３］刘亚涛．广西桂中治旱乐滩水库引水灌区独山隧洞冒顶塌方处理技　术［Ｊ］．工程技术，２０１４．０２．　［４］庞游洋．浅谈浅埋隧道塌方冒顶处理技术【Ｊ】．北方交通，２０１５．０２．　【５】潘秀峰等．对团结水电站引水隧洞在施工中塌方导致冒顶的分析与　研究ｆＪ］．黑龙江水利科技，２００２３．　【６］张树明．牛角冲隧洞塌方冒顶的处理［Ｊ】．浙江水利科技，１９９６．０ｔ．　·　１９１　·