王寧 劉長(zhǎng)林 史志健
摘要:某核電廠所在區(qū)域?yàn)楹j懡唤鐓^(qū)域,核電廠輔助工程排水隧洞位于海域環(huán)境下,塌方區(qū)域隧洞埋深28.5m,該區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜,存在孤石、砂層、全風(fēng)化深槽等不良地質(zhì),隧洞采用礦山法開挖,TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不能有效探測(cè)出不良地質(zhì),施工過程容易造成塌方。發(fā)生類似情況,未及時(shí)處理,快速通過,可能會(huì)對(duì)對(duì)施工安全、進(jìn)度帶來重大風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵詞:隧洞;涌水;流砂;快速通過;塌方處理
1 工程概況
某核電廠修建一條排水隧洞,在距海邊215米位置設(shè)置一個(gè)深度34m的豎井與隧洞聯(lián)通,2016年11月,豎井邊坡出現(xiàn)塌腔,隧洞里程約SSK0+53.0位置發(fā)生塌方。地面塌腔深度約6.0m,面積約42m2,初步計(jì)算塌方量約200m3。
出現(xiàn)塌方前,正在地表對(duì)隧洞兩側(cè)3m及其頂部1倍洞徑范圍內(nèi)的地層進(jìn)行旋噴加固處理。其中,隧洞SSK0+63.0~53.0段旋噴樁已施工完成,SSK0+51.0~ SSK0+43.0段旋噴樁正在施工;隧洞內(nèi)發(fā)現(xiàn)流砂后,立即停止了洞內(nèi)作業(yè)。
發(fā)生塌方初步分析原因?yàn)?,豎井臨近海邊,地表以下6m為回填區(qū),回填材料為塊石及砂土,旋噴樁施工孔為地表水建立通道,在地下水及雨水的滲流作用下發(fā)生涌水流砂,導(dǎo)致此次地表出現(xiàn)塌腔。
2 塌方處理方案
2.1 總體方案
從地面及隧道內(nèi)兩方面進(jìn)行處理塌方:
第一步:地面處理
1、對(duì)地表邊坡塌陷區(qū)域采用C25素混凝土分層回填。
2、對(duì)邊坡旋噴樁未旋噴的鉆孔采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行封孔。
第二步:洞內(nèi)塌方處理
1、對(duì)塌體進(jìn)行加固處理,為塌方處理提供施工平臺(tái)。
2、塌腔位置孔口及掌子面封閉。
3、在掌子面向前方打設(shè)雙層注漿超前小導(dǎo)管。
4、檢查孔施工。地面垂直鉆孔至隧洞范圍和洞內(nèi)掌子面前方打設(shè)超前探孔,一方面探明掌子面前方地層情況,另一方面檢查注漿效果。
5、按照三臺(tái)階,且上臺(tái)階預(yù)留核心土的開挖方法向前開挖,開挖每循環(huán)進(jìn)尺不超過0.5m。
2.2 塌體加固處理
因塌方段地下水豐富導(dǎo)致塌方體附帶流砂,表面松軟,為防止塌體滑動(dòng)造成二次災(zāi)害,在處理塌方前需要對(duì)塌體進(jìn)行加固處理。
1、塌體坡腳及坡面加固
對(duì)塌體坡腳及坡面堆放袋裝水泥進(jìn)行加固,鋪設(shè)厚度為50cm,若在鋪設(shè)過程中袋裝水泥下沉則繼續(xù)鋪設(shè),以坡面不再塌陷為止,在鋪設(shè)水泥袋的過程中,在塌體內(nèi)部插入φ42小導(dǎo)管作為塌體排水通道,在小導(dǎo)管外部采用土工布纏繞。在坡腳位置人工挖開縱向2.0m寬的溝槽,堆砌1.5m高度袋裝水泥。
2.3 塌腔位置孔口及掌子面封閉
塌體加固完成后,對(duì)塌腔位置孔口及掌字面通過噴射20~50cm混凝土進(jìn)行封閉,一方面為了防止孔口在地下水作用下產(chǎn)生二次災(zāi)害,另一方面作為后期小導(dǎo)管注漿的封堵墻。
2.4 塌腔頂部空腔回填灌漿
待噴射混凝土具有一定的強(qiáng)度后,對(duì)塌腔進(jìn)行回填灌漿,漿液采用水泥漿,水灰比1:2,注漿壓力不超過0.2MPa,如耗漿量較大,可調(diào)整水灰比,灌漿直至孔口冒漿為止。
2.5 檢查孔施工
地面垂直鉆孔至隧洞范圍內(nèi)和掌子面超前地質(zhì)取芯探孔兩種方式檢查加固效果。
1、地面垂直檢查孔:在地面鉆設(shè)檢查孔,鉆孔采用GY-100型地質(zhì)鉆機(jī),取芯。鉆孔深度:如鉆至隧洞范圍時(shí),地質(zhì)情況為中風(fēng)化花崗巖,則鉆孔至隧洞中線位置;如隧洞范圍為全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化花崗巖時(shí),則鉆孔至隧洞底部以下1.0m。
2、掌子面超前探孔:采用地質(zhì)鉆機(jī)在掌子面打設(shè)3個(gè)超前探孔,并取芯。
鉆孔完成后,根據(jù)取芯結(jié)果判斷掌子面前方注漿情況,并判斷是否有空腔。鉆孔完成后在孔內(nèi)安裝鋼管進(jìn)行灌漿,灌漿采用孔口封閉純壓式灌漿方式,漿液采用水泥漿,水灰比1:2,灌漿壓力0.5MPa~1.0MPa。灌漿過程中安排專人觀察洞內(nèi)掌子面情況。如耗漿量過大時(shí),漿液可采用水泥-水玻璃雙液漿灌注。
2.6 塌方段開挖、安裝臨時(shí)鋼拱架及打設(shè)超前小導(dǎo)管。
開挖時(shí)需要安裝臨時(shí)鋼拱架作為支撐,然后再打設(shè)永久支護(hù)超前小導(dǎo)管。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況安裝3榀臨時(shí)鋼拱架后,再打設(shè)超前小導(dǎo)管。
1、開挖及臨時(shí)鋼拱架安裝
按照分3臺(tái)階,上臺(tái)階預(yù)留核心土的方法開挖,每次開挖循環(huán)進(jìn)尺不超過0.5m,開挖完成后及時(shí)安裝鋼拱架,然后掛網(wǎng)噴射混凝土封閉。
開挖時(shí)預(yù)留核心土的半徑不小于2.5m。開挖擬分5塊進(jìn)行,每塊開挖范圍約36度,先開挖正頂拱1塊,然后再開挖兩側(cè)角的2塊,最后開挖剩余的2塊。
開挖前在掌子面附近存放100個(gè)砂袋,開挖過程中如出現(xiàn)突泥或涌砂情況時(shí),立即采用砂袋對(duì)突泥涌砂位置封堵,然后再對(duì)掌子面前方地層進(jìn)行注漿加固。
臨時(shí)鋼拱架加工尺寸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷面設(shè)計(jì)。拱架采用在側(cè)墻打設(shè)錨桿,錨桿直徑25mm,長(zhǎng)度L=3.0m,以固定牢固臨時(shí)鋼拱架為準(zhǔn)。
2、打設(shè)超前小導(dǎo)管
(1)超前小導(dǎo)管參數(shù)
打設(shè)雙層超前小導(dǎo)管,打設(shè)角度分別為25°、45°,直徑φ42mm,L=4.5m,環(huán)向間距15~20cm,拱部150°范圍,漿液為水泥漿,水灰比為0.8:1,注漿壓力為0.20.5MPa。塌方段匯積大量地下水,漿液可采用水泥-水玻璃雙液漿,水灰比1:1,C:S(體積比)取1:1。注漿壓力0.1MPa~0.3MPa。
(2)超前小導(dǎo)管注漿順序
為保證注漿質(zhì)量,成孔后分兩序注漿,1序孔注漿間距按照60cm控制,注漿順序由低到高,2序孔可同步注漿。
(3)超前小導(dǎo)管注漿終孔標(biāo)準(zhǔn):
小導(dǎo)管注漿壓力按照0.2~0.5MPa控制,當(dāng)耗漿量小于3L/min,持續(xù)時(shí)間10min,即可停止注漿。
2.7 塌方段二次開挖
雙層注漿超前小導(dǎo)管完成以后,可采用三臺(tái)階預(yù)留核心土方法對(duì)塌方段進(jìn)行二次開挖。
塌方段支護(hù)參數(shù):C25噴射混凝土,厚度300mm,20a型鋼拱架,雙層Φ8鋼筋網(wǎng)。塌方段拱頂235°范圍設(shè)置Φ42錨管。
第一步:開挖采用人工配合挖掘機(jī)開挖的方式,開挖循環(huán)進(jìn)尺0.5m。
人工開配合挖掘機(jī)挖出型鋼安裝位置,塌體作為預(yù)留核心土不開挖,開挖過程中觀察隧洞拱部有無異常情況,立即打設(shè)鎖腳錨管,拱架安裝到位后及時(shí)與鎖腳錨管連接,并及時(shí)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土封閉。
第二步:按照三臺(tái)階向前開挖。
將塌體修整成臺(tái)階式,按三臺(tái)階向前開挖,為保證安全,塌腔位置密排型鋼拱架。
每循環(huán)開挖支護(hù)前都應(yīng)該確保掌子面穩(wěn)定,開挖前應(yīng)對(duì)松散、不穩(wěn)定的掌子面采用雙液漿進(jìn)行灌漿加固。
開挖時(shí)注意控制進(jìn)尺,做“嘗試”性施工:上臺(tái)階部分開挖時(shí),若發(fā)現(xiàn)滲水、掉塊等現(xiàn)象,應(yīng)立即停止開挖,封閉已開挖部分,重新注漿加固后再嘗試開挖;必要時(shí)應(yīng)采用全斷面超前帷幕灌漿加固后再行開挖支護(hù)。
3 施工監(jiān)測(cè)
為防止局部塌方影響整個(gè)隧洞的安全,在處理塌方的過程中必須加強(qiáng)隧洞相關(guān)監(jiān)測(cè),在處理過程中進(jìn)行以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目:
(1)洞外監(jiān)測(cè):在排水隧洞塌方處頂部地面布置沉降觀測(cè)點(diǎn),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地面變化情況;
(2)洞內(nèi)監(jiān)測(cè):在隧洞通道清理完成,立刻在洞內(nèi)收斂及頂拱下沉測(cè)點(diǎn)向掌子面推進(jìn)。
(3)塌方體控制階段,加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率,按照每天2次。
4 結(jié)束語
本工程排水隧洞水文地質(zhì)復(fù)雜,施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)高。本工程采取的塌方處理措施,從實(shí)際塌方處理情況證明,該方案確認(rèn)能夠有效的保證現(xiàn)場(chǎng)快速處理,安全通過,為后續(xù)類似地質(zhì)情況隧洞施工和應(yīng)急處理提供借鑒和參考。通過本次隧洞塌方處理的實(shí)踐,積累了項(xiàng)目部對(duì)類似塌方處理及通過塌方段的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
(作者單位:中國水利水電第十四工程局有限公司)