塌方处理浅析

XXX塌方处理浅析

张大爷

摘要：在水利工程暗挖施工中，隧洞塌方冒顶直接影响到工程进度、安全、质量及工程成本，通过xxx电站引水隧洞管棚支护工程实例，主要介绍引水隧洞塌方、冒顶后加固技术，开挖前管棚支护技术方案，施工工艺及所取得的效果。这一技术经验，对同类隧洞安全掘进具有借鉴意义。

一、引言

xxx电站位于xxx。电站为引水式电站，主要建物由拦河建筑物（泄洪建筑物）、引水建筑物、电站厂房及升压站组成。引水隧洞总长为4196米，隧洞断面为5m×7m，断面型式为城门洞形，根据地质图情况在1+700附近存在一软弱夹层。在施工到1+515~1+527段出现塌方、冒顶现象，局部塌方面积达到㎡，塌方方量600m³左右，坍塌面不稳定，小塌方仍在不断发生。为此，采用超前小导管和钢支撑支护结合的方法进行此不良地质段塌方处理施工。 二、施工技术方案

将管棚支护技术应用于水利隧洞施工中，与在铁路、公路、矿井隧道中施工有很大的不同。引水隧洞在过水的时候产生负压，过水对洞壁产生汽蚀、冲刷现象，在引水隧洞工作进行检修较为困难，引水隧洞断面比较大，且此次塌方范围大，洞顶岩石不稳定，鉴于其特殊性，为确保施工人身安全和工程顺利进行，特制定有针对性、可操作性的施工技术方案。内容包括：塌方影响带施工、小导管施工、钢支撑施工、超前大管棚及预固结灌浆施工、塌方处理后期施工及二次进洞施工。施工程序见下框图。

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塌方后段处理 2排小导管 如塌方改用大管棚结合预固结灌浆 纵向连接筋焊接 工字钢支立 顶拱喷砼封闭 工字钢悬吊锚杆 纵向连接筋焊接 凿孔灌浆加锚杆 扒渣做系统锚杆孔 小导管注浆锚杆 接长工字钢支撑 喷混凝土封闭 塌腔支钢支撑 塌腔喷砼壳体浇筑砼和回填灌浆 2.1、塌方影响带施工 塌方石渣先不清除，其一可作为工作平台，其二减少临空面，在处理前，反铲对松动岩块清除，在反铲清理完毕后，人工进行清理，并且在工作期间，专人查看岩石情况，在松动岩块处理完毕后，及时在岩面喷混凝土，一方面防止岩石进一步风化，另一方面更能清晰的观察到围堰变化情况，在岩面喷护混凝土后，在左右两侧支立工字钢，主要是进行拱顶钢筋网连接之用，在拱顶采用钢筋网连接，钢筋网主筋采用Φ28螺纹钢筋，副筋采用Φ22螺纹钢筋，网格为300mm×300mm。钢筋网尽量贴在岩面上，并与工字钢焊接成整体，如果部分位置不方便施工，可只设纵向钢筋。在钢筋网无法贴在岩面上的情况下，可将其焊接在工字钢翼缘板内侧。同时在拱脚处打锁脚锚杆将工字钢固定，每榀工字钢两个拱脚各打四根（工字钢每侧各两根）。钢筋网形成后，立即对该段喷混凝土封闭，尤其是顶拱段部位，喷混凝土厚度不小于20cm，将钢支撑全部覆盖。 从第一榀钢支撑向下游5~8m范围内，于边墙打系统锚杆，右侧边墙打3排，左侧边墙打2排，系统锚杆为Φ22螺纹钢筋，根据现场施工条件锚杆长度为- 2 -

3.5~4.5m，梅花形布置，间排距为1m×1m。系统锚杆可随着塌方处理，在具备施工条件时，及时施工。 2.2小导管施工 小导管采用φ40钢管，壁厚不小于3.5mm，长度为4~6m（在具备条件的情况下，尽量保证达到6m），头部轧成锥形或楔形，管壁以梅花形布孔，孔间距：纵向为15cm，环向为4cm，孔眼大小为8mm。 小导管沿拱顶环向布置，环向间距为30cm左右。前两排紧靠已支立完的钢支撑，外插角为45°左右。前两排小导管施工完毕后，用反铲逐渐向前扒上部石渣，露出下一环小导管位置时，停止反铲扒渣，开始进行小导管施工。然后，以此为一个循环，向掌子面进行小导管施工。自第三排开始，排距为1~1.5m，并施工至开挖撑子面，外插角为60°左右。 前两排小导管注浆为水泥浆，掺加早强剂，如有条件可掺速凝剂，凝结时间更短些，若小导管深入空腔，则注浆时，采用间歇灌注的方式将空腔填满，灌浆最大压力控制在0.3~0.5MPa。从第三排小导管开始，注浆为水泥浆，采用1:1、0.8:1、0.6:1三个比级。首先采用水灰比为1:1的水泥浆液，然后视注入率的大小对浆液进行调整。注浆顺序本着“先两边，后中间，先下后上”的原则逐次对小导管进行注浆。 2.3钢支撑施工 在小导管施工完成3~5米后，视岩石情况，及时将顶拱钢支撑支立跟进，钢支撑尽量贴近岩面支立，钢支撑间距为50cm。 - 3 -

G1-2(II)G1-1(I)G1-30(II)

钢支撑支立时，先将工字钢两端支立到渣堆上，然后在两侧打4根锁脚锚杆固定。锁角锚杆为Φ22螺纹钢筋，长度为3.5m。 锁脚锚杆施工完毕后，立即在工字钢顶拱位置两侧，按1m 间距打锚杆。锚杆为Φ22螺纹钢筋，长度3.5米，外露20cm，焊接90°拐筋，与工字钢焊接，将工字钢悬吊固定。 工字钢与岩面间存在的空腔，则用短型钢支撑加固。钢支撑和加固型钢纵向用钢筋或短型钢连接，为保证整体稳定性，在短型加固钢横向处，也用钢筋或短型钢连接。连接钢筋用Φ22或Φ28螺纹钢，筋间距为30cm左右。 钢支撑施工完毕后，马上喷混凝土封闭，然后再进行下一循环施工。 边墙剩余部分钢支撑，可在顶拱段处理完成后，再进行施工。施工时，将剩余塌方体，从下游向上游，慢慢扒渣，同时，接长边墙剩余部分工字钢。然后，按每3~5m为一个循环，喷混凝土封闭，并及时跟进将边墙塌腔处用混凝土和回填灌浆填充密实。 - 4 -

2.4超前大管棚和预固结灌浆施工

如果在进行以上工序作业时，前方仍不断出现较大塌方，则立即停止施工。利用石渣压脚后，改用超前大管棚结合预固结灌浆，先对该段整体处理。超前大管棚采用直径108毫米无缝钢管，钢管长度20-25米，向前以扇形辐射布置2～3环，同时在管棚范围以外布置扇形超前预固结灌浆孔，对塌方体进行固结灌浆加固。灌浆压力0.5～1.0MPa。

2.5、塌方处理后期施工

由于在进行完上述施工后，钢支撑与岩面间仍存在大量空腔，因此，必须进行回填封闭施工。

边墙空腔可采用支模板喷混凝土或现浇混凝土回填，模板在钢支撑外沿支立，用喷浆管，向空腔内混凝土回填。

在浇筑混凝土前，在引水洞左侧开挖出0.5~1m的平台，以免混凝土浇筑形成尖角，在两侧边墙采用皮带机浇筑，浇筑采用毛石混凝土，在浇筑毛石混凝土注意对锚杆避让，拱顶混凝土采用泵送混凝土，混凝土级配宜采用二级配，每层浇筑厚度不超过一米，在浇筑完成混凝土强度达到70%方可进行上层浇筑，在浇筑时预埋回填灌浆管，在顶拱面层可布设一层钢筋，主筋Φ20，副筋Φ18，间距为20cm，面层钢筋与钢支撑及锚杆连接牢固。

在回填混凝土完成后，对顶拱部位空腔进行回填灌浆，灌浆压力为0.3~0.5mpa。 2.6、二次进洞施工

从本次塌方揭露，并结合设计施工图纸，此不良地质段仍然有向前延伸的趋势。为此，在塌方处理完后，再次进行洞挖施工时，采用导洞开挖，预留岩柱，小导管施工方法结合钢支撑支立进行洞挖施工。在开挖前先施工2m×2m小导洞，揭露岩石内部情况，以便选用支护措施，如岩石破碎，先进行固结灌浆，小导管施工，在开挖过程中预留岩柱，开挖后及时进行支护，开挖进尺控制在1.5m以内，钢支撑支立间距按50cm进行施工。

3、结语

经过3个月的紧张施工，塌方段管棚支护施工顺利完成，并成功穿越了该软弱夹层带

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⑴ 利用管棚支护技术对引水隧洞塌方处理是成功的。

⑵ 施工采用的跟管钻进工艺以及所选用的成孔设备和钻具组合合理有效，完全能够满足管棚施工的技术要求。

⑶ 管棚支护技术应用于引水隧洞的超前支护，不但拓宽了管棚支护技术的应用范围，而且给隧洞建设中穿越复杂软弱地层提供了一条新的技术途径，对同隧洞安全有效掘进具有借鉴作用。

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