（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局 山西長(zhǎng)治 046021）

水工隧洞開挖施工過程中，經(jīng)常遇到斷層破碎帶、軟弱帶、遇水軟化等不良地質(zhì)情況，處理不當(dāng)容易發(fā)生塌落或塌方現(xiàn)象，影響施工安全和工程工期。超前小導(dǎo)管注漿工藝通過在周邊形成水泥漿固結(jié)體，能夠提高巖體自穩(wěn)能力，起到超前支護(hù)作用[1]。本文結(jié)合隧洞不良地質(zhì)段施工實(shí)例，闡述其在施工中的應(yīng)用。

1 工程概況

該引水隧洞全長(zhǎng)6 657 m，進(jìn)口高程640.0 m，出口高程638.88 m，為“城門洞”型無壓隧洞，隧洞Ⅴ類圍巖開挖凈斷面尺寸3.44 m×3.86 m，設(shè)計(jì)流量5 m3/s。開挖方式主要為全斷面光面爆破。該隧洞埋深一般小于130 m，最大達(dá)300 m，主要經(jīng)過基巖山區(qū)、山前洪沖積傾斜平原、河谷區(qū)，穿過的地層主要包括寒武系、奧陶系、第四系，巖性主要為灰?guī)r、白云巖、卵石混合土以及低液限黏土層。地下水多位于洞底板以下，局部發(fā)育層間滯水。隧洞圍巖類型以Ⅲ類為主，占比74.8%，Ⅳ類圍巖占1.9%，Ⅴ類圍巖23.1%。

2 不良地質(zhì)條件

樁號(hào)ZG0+050.0～ZG0+245.0段發(fā)育F4正斷層，斷層滑動(dòng)面位于 ZG0+215.5處，產(chǎn)狀 N88°E/NW∠74°，破碎帶寬約25 m，影響帶寬20～150 m，附近埋深大約70 m。施工過程中結(jié)合TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以及實(shí)際開挖到掌子面后地質(zhì)條件顯示，該處地層巖性以（∈2z）厚層鮞狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r為主，局部為灰白、黃白色斷層泥和斷層角礫，巖體破碎，拱頂成型差，自穩(wěn)時(shí)間短，掉塊現(xiàn)象嚴(yán)重。

樁號(hào) ZG3+515.0～ZG3+624.0段及 ZG4+442.0～ZG4+613.0段為土洞段，地層巖性為（Q2pl）卵石混合土、低液限黏土，部分洞段卵石混合土在其上部的地表深溝底部處出露，并順溝展布，其成為地表雨水下滲通道，土層遇水易變形，混合土卵石層遇水易坍塌，洞室穩(wěn)定性極差。

3 施工方案

由于斷層破碎帶及周圍影響帶區(qū)域圍巖破碎，在施工擾動(dòng)后自穩(wěn)能力差，易坍塌；土洞段土體穩(wěn)定性差尤其遇水情況下，容易形成大的塌空區(qū)，若施工方法和支護(hù)方式處理不當(dāng)，很容易發(fā)生塌方甚至冒頂事故。為保證隧洞開挖安全，需要對(duì)破碎圍巖和易坍塌土洞段提前采取有效加固措施。

施做超前小導(dǎo)管可以利用導(dǎo)管的抗拉特性，對(duì)前方圍巖預(yù)錨固，防止開挖掌子面頂部和側(cè)邊滑塌；通過導(dǎo)管的抗彎、抗剪特性，對(duì)頂部破碎圍巖及土體提供有效支撐，約束圍巖，防止土體的松動(dòng)變形，避免頂部土體大面積坍塌，使其周邊荷載均勻傳遞到鋼拱支架[2]。小導(dǎo)管注漿后形成一定范圍的固結(jié)區(qū)，改善圍巖、土體的穩(wěn)定性，使周圍形成環(huán)向承載，有效防止塌滑或坍塌，可以確保支護(hù)前的施工安全。經(jīng)過方案比選，對(duì)該隧洞工程不良地質(zhì)段及自穩(wěn)能力差的土洞段采取施做超前小導(dǎo)管、超前注漿加固、工字鋼加強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺弱爆破、少擾動(dòng)快封閉、加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)的施工方案。

4 施工過程

4.1 小導(dǎo)管選材和加工

根據(jù)該隧洞開挖洞徑，洞段地質(zhì)情況及相關(guān)設(shè)計(jì)要求，小導(dǎo)管選用檢測(cè)合格的管徑為Φ42熱軋無縫鋼管，壁厚3.5 mm，單根長(zhǎng)度為4 m。小導(dǎo)管插入巖體的端頭加工成長(zhǎng)度為10 cm的尖錐狀，尾部焊接Φ8的鋼筋加勁箍，最末端安裝止?jié){閥。采用鉆床在管體四周施鉆Φ8 mm的注漿孔，注漿孔為梅花形布置，間距為15 cm，尾端留1 m范圍不設(shè)注漿孔（圖1），鉆孔結(jié)束后，將鐵屑清理，將注漿孔周圍毛刺磨平。

4.2 小導(dǎo)管支護(hù)施工

小導(dǎo)管安裝以前，先將掌子面噴射混凝土封閉并施做鋼拱架，斷層破碎帶洞段小導(dǎo)管按照環(huán)向間距40 cm安裝，布置在拱頂135°范圍內(nèi)，采用單層小導(dǎo)管，每環(huán)布置12根，每2 m為一個(gè)循環(huán)；易塌方土洞段安裝間距為30 cm，排距為1 m，布置在拱頂180°范圍內(nèi)。小導(dǎo)管安設(shè)于鋼拱架外側(cè)，沿隧洞開挖輪廊線布置向外傾斜，外插角為 10°～15°。

圖1 小導(dǎo)管加工示意圖

圖2 小導(dǎo)管施工布置圖

在斷層破碎帶洞段超前小導(dǎo)管采用鉆孔打入法，先采用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，鉆孔直徑比小導(dǎo)管直徑大3～5 mm，采用鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度為3 m，吹出桿體內(nèi)殘存的砂石；土洞段小導(dǎo)管采用人工錘擊的方式打入。安裝過程中及時(shí)檢查并保護(hù)小導(dǎo)管尾部不被損壞變形。安裝后，把小導(dǎo)管尾端與鋼拱架焊接固定，采用錨固劑對(duì)孔口周圍裂隙進(jìn)行封堵。

4.3 小導(dǎo)管注漿加固

注漿采用PO42.5水泥，水灰比為1∶1，注漿壓力選擇0.5～1.0 MPa。注漿施工前檢查注漿泵，確保設(shè)備正常，確保管路連接正確。注漿順序按從下到上的順序，兩側(cè)拱腳至拱頂對(duì)稱施工，土洞段首先對(duì)局部無滲水的注漿孔注漿，再進(jìn)行滲水孔注漿。當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量（0.081 m3/根）和注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（1.0 MPa）時(shí)，結(jié)束注漿。注漿工序流程見圖3。

注漿過程中專人負(fù)責(zé)及時(shí)觀察壓力和注漿泵排漿量的變化程度，分析注漿情況，同時(shí)做好注漿量、注漿壓力的記錄，及時(shí)分析注漿效果；注漿施工中防止堵管、跑漿、漏漿的情況；遇到串漿時(shí)及時(shí)對(duì)串漿孔進(jìn)行封堵。施工安全員隨時(shí)觀察工作面的支護(hù)狀態(tài)，本工程超前注漿施工過程中未發(fā)生支護(hù)變形。

4.4 開挖

超前小導(dǎo)管注漿完成后過12 h再進(jìn)行開挖，并采用“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤支護(hù)、多循環(huán)”的開挖方式[3]。對(duì)斷層破碎帶洞段采用松動(dòng)爆破，并嚴(yán)格控制用藥量，每循環(huán)進(jìn)尺嚴(yán)格控制在1.5 m以內(nèi)，爆破后對(duì)危石及時(shí)進(jìn)行排除，噴射3～5 cm厚C20混凝土。對(duì)易塌落土洞段采用小范圍松動(dòng)爆破結(jié)合小型挖掘機(jī)機(jī)械開挖的形式，進(jìn)尺控制在1 m范圍。

4.5 鋼拱架支護(hù)

立拱前先對(duì)開挖洞段掌子面噴射C20混凝土進(jìn)行封閉，起拱至頂拱環(huán)向施做Φ25系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度2 m，排距1 m，梅花型布置，土洞段未施做系統(tǒng)錨桿。

圖3 注漿工藝流程示意圖

采用I14工字鋼，斷層破碎帶洞段鋼拱架間距設(shè)置為80 cm，易塌方土洞段拱架布設(shè)間距為50 cm，鋼架縱向連接采用Φ25鋼筋，每榀10根。安裝在測(cè)設(shè)位置后進(jìn)行，將螺栓穿過相互密貼的鋼板連接各節(jié)鋼架；清除干凈各節(jié)鋼架底腳下部的虛渣，保證各節(jié)鋼架置于穩(wěn)固的基礎(chǔ)上；兩側(cè)鋼支腿每側(cè)安設(shè)8根2 m長(zhǎng)鎖腳錨桿將其鎖定，土洞段采用2 m鎖腳錨管。采用Φ8鋼筋施做鋼筋網(wǎng)片，根據(jù)鋼拱架間距和網(wǎng)片之間搭接長(zhǎng)度確定網(wǎng)片尺寸，單個(gè)網(wǎng)片鋼筋縱、橫向間距為15 cm，網(wǎng)片之間搭接為25 cm。

鋼拱架架立后噴射C20混凝土，厚度12 cm，以使鋼架與混凝土成為一體，共同受力。噴射混凝土采用自拱腳由下向上分層噴射，過程中檢查并確保拱腳噴射密實(shí)。小導(dǎo)管配合鋼拱架噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖4。

5 結(jié)語(yǔ)

通過采用超前小導(dǎo)管工藝進(jìn)行注漿超前支護(hù)，有效提高了該隧洞斷層破碎帶軟弱圍巖的自穩(wěn)能力，同時(shí)避免了滲水土洞段的塌方風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工安全，保障了施工進(jìn)度。配合鋼拱架及鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土施工能夠滿足小斷面隧洞初期支護(hù)的要求，具有很好的適用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

圖4 小導(dǎo)管配合鋼拱架噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖