姚國平，文 凱

（中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南長沙 410117）

1 工程簡介

1.1 工程概況

云南省滇中引水工程由石鼓水源工程和輸水工程組成，其中輸水工程總長約664.236km，劃分為大理Ⅰ段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段、玉溪段及紅河段6段。

大理Ⅰ段施工6標(biāo)起止樁號DLⅠ91+206.00～DLⅠ112+429.00，全長21.223km，涉及的受水區(qū)有大理白族自治州洱源縣及大理市，沿線經(jīng)鄧川、上關(guān)、雙廊等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。本標(biāo)段設(shè)置支洞0.657km/2 座，其中老馬槽隧洞1#施工支洞(長0.346km)。

上果園隧洞地質(zhì)主要巖性為微新狀粗面安山巖夾凝灰?guī)r層，巖石強(qiáng)度：粗面安山巖Rb一般50～60MPa，巖體完整性差，結(jié)構(gòu)面平直粗糙充填巖屑，部分充泥；凝灰?guī)rRb一般5～15MPa，較破碎，結(jié)構(gòu)面多平直光滑充泥；地下水狀態(tài)：預(yù)測洞內(nèi)(裸洞)主要為線狀流水，凝灰?guī)r洞段滲滴水；強(qiáng)度應(yīng)力比一般大于2，凝灰?guī)r洞段小于2。

隧洞基巖主要為二疊系玄武巖組第8 段(Pβ8)粗面安山巖夾凝灰?guī)r，總體呈微新狀態(tài)，局部可能發(fā)育富水風(fēng)化囊，囊內(nèi)巖體破碎。巖流面走向與洞軸線總體成大夾角相交，巖流面緩傾為主，局部中傾，傾角一般20°～40°。粗面安山巖中裂隙發(fā)育，巖體總體較破碎，凝灰?guī)r強(qiáng)度低，且遇水易軟化。該段圍巖主要Ⅳ類，部分Ⅲ1類和Ⅳ類，凝灰?guī)r洞段一般為Ⅴ類，總體成洞條件較差、部分差，隧洞開挖過程中易在項(xiàng)拱產(chǎn)生掉塊塌方現(xiàn)象，尤其是凝灰?guī)r出露與洞室頂拱時極易垮塌，此外，由于圍巖裂隙較發(fā)育，裂隙和巖流面可能組合形成易垮塌掉塊的隨機(jī)塊體。局部洞段粗面安山巖可能發(fā)育柱狀節(jié)理，開挖后圍巖易卸荷松弛，穩(wěn)定性差。粗面安山巖總體富水且弱透水，而凝灰?guī)r隔水，在隧洞開挖揭穿凝灰?guī)r或富水風(fēng)化囊時，則易發(fā)生突水突泥現(xiàn)象。

1.2 變形段

變形位置位于上果園隧洞DLⅠ094+430.1～DLⅠ094+418.1 左線拱部，2020 年12 月24 日凌晨4:30 左右掌子面出渣完成后出渣車司機(jī)發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)左線出現(xiàn)裂縫，至5：00 洞內(nèi)值班人員發(fā)現(xiàn)拱部裂縫持續(xù)增大且鋼架出現(xiàn)整體下沉，為保證施工安全，及時撤出掌子面所有人員及設(shè)備；5：30 鋼架變形增大至1.5m 左右，且鋼架發(fā)生持續(xù)變形；6：00 鋼架下沉至2.0m 左右，DLⅠ094+430.1左線拱部內(nèi)凝灰?guī)r及散碎石塊溜出約15m3，見圖1。工區(qū)立即組織人員機(jī)械對掌子面及變形段采取反壓回填措施，防止再次出現(xiàn)拱部垮塌。該處隧洞埋深約320m，圍巖類別為Ⅴ類，根據(jù)現(xiàn)場揭露情況，左線巖性為玄武巖夾凝灰?guī)r，右側(cè)為玄武巖，掌子面軸線處偏左為凝灰?guī)r隔水層，滲水主要為右側(cè)玄武巖內(nèi)的夾層及大量裂隙水，凝灰?guī)r遇水變軟，巖石破碎，圍巖無自穩(wěn)能力，右側(cè)及中線拱部有大面積滲流水，最大涌水量達(dá)到280m3/h。

2 人員及機(jī)械設(shè)備配置

2.1 人員配置

為滿足現(xiàn)場施工要求，項(xiàng)目部及工區(qū)管理人員配置，見表1，班組人員配置，見表2。

表1 項(xiàng)目部及工區(qū)人員配置表

表2 施工班組人員配置表

2.2 機(jī)械設(shè)備及材料配置

為滿足施工要求，應(yīng)對施工中可能的突發(fā)情況，投入主要機(jī)械設(shè)備、材料，見表3。

表3 機(jī)械設(shè)備、材料投入表

3 超前支護(hù)措施

3.1 變形段

對現(xiàn)有初支斷面進(jìn)行復(fù)測，對侵限段初支進(jìn)行反壓回填，見圖2；掌子面采用C20 噴射混凝土封閉，掛?8@0.15m×0.15m 鋼筋網(wǎng)片，厚度0.2m。在左線垮塌及溜塌空腔內(nèi)預(yù)埋3根?100mm鋼管，溜塌處前后2m處拱頂打設(shè)2 根?100mm 鋼管，待回填反壓至頂后噴砼封閉掌子面，采用車載泵泵送C20 混凝土至空腔填充滿。待混凝土初凝完畢后（間隔8h），在線左溜塌空腔處打設(shè)?42mm 小導(dǎo)管，間距0.3m，長度6m，排距3m，外傾45°～60°，采用單液漿（水泥凈漿）進(jìn)行超前固結(jié)灌漿。施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝，注漿初始壓力為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。每孔的注漿壓力達(dá)到2.0MPa 時，繼續(xù)保持10min 以上后可以結(jié)束注漿。將空腔內(nèi)空隙填充密實(shí)。

注漿完成后待漿液達(dá)到一定強(qiáng)度（間隔8h）重新開挖后進(jìn)行換拱處理，換拱堅(jiān)持一循環(huán)兩榀的原則（便于半剖工字鋼連接施工），拆裝要及時，拆除后保證30cm的預(yù)留變形量而后立即進(jìn)行鋼拱架安裝，安裝完畢后線左鋼拱架采用?76mm鎖腳錨管，長度8m，縱向連接筋調(diào)整為半剖工字鋼。拱架安裝時由于拱腳為軟弱圍巖，易下沉，因此需采用I22工字鋼進(jìn)行支墊。

待上述工作全部完成，并到達(dá)一定強(qiáng)度后，拱部180°范圍內(nèi)采用徑向固結(jié)灌漿，灌漿深度6.0m，采用?42mm×3.5mm 小導(dǎo)管注漿，灌漿孔間排距1.5m，梅花型布置。灌漿過程中密切觀測初支面變形情況，出現(xiàn)異常及時增加臨時橫撐等加固措施。徑向固結(jié)灌漿結(jié)束后施作排水孔。

3.2 三臺階法施工

上臺階高度5.62m，中臺階高度3.16m，下臺階高度2.5m，見圖3。上臺階鋼架為三節(jié)A單元，中臺階為兩節(jié)B 單元，下臺階為兩節(jié)C 單元，底板為兩節(jié)D 單元。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況線右為玄武巖及粗面安山巖，巖體整體性較好，穩(wěn)定性較好，換拱完成后先施工線右中臺階。為了不擾動線左變形段，開挖時采用弱爆破或者機(jī)械開挖。中臺階施工每循環(huán)2榀，鎖腳錨桿采用?25mm砂漿錨桿，長度6m。線右中臺階施工完成5m后再施工線左中臺階，由于線左變形較大因此線左開挖盡量不采用爆破，采用機(jī)械開挖。中臺階施工每循環(huán)2 榀，采用?76mm 鎖腳錨管，長度8m，縱向連接筋調(diào)整為半剖工字鋼。下臺階施工與中臺階施工一致。底板施工每循環(huán)6榀，采用簡易棧橋施工，開挖后及時進(jìn)行支護(hù)封閉成環(huán)。為保證后續(xù)襯砌施工，下臺階施工完成后在下臺階增設(shè)排水孔，上臺階出水孔沒水后再進(jìn)行止水灌漿。

4 排水措施

針對該變形段及凝灰?guī)r風(fēng)化囊的排水措施，需注意的幾個原則是：反壓體拱腳不過流、拱頂不受壓、掌子面不受壓，水流沖刷反壓體拱腳會造成拱腳失穩(wěn)易發(fā)生二次變形，拱頂受壓存在拱架變形或崩垮的風(fēng)險(xiǎn)，掌子面受壓則可能造成更大的變形甚至涌水。

為解決這三個問題，先后在掌子面下方、拱頂、邊墻等部位鉆設(shè)了多個排水孔，見圖4、圖5；并在掌子面埋設(shè)多根?150mm 排水管引排掌子面流水，實(shí)施結(jié)果表明有效，掌子面超前管棚的水流由于下方的排水孔而停止流水，說明此段洞室的水是貫通的，可以將水完全向下方引排；同時對掌子面方向流出的少量滲水采用水溝引排，不讓水流沖刷反壓體拱腳；不過需注意的是，凝灰?guī)r遇水變軟弱，極易塌孔，排水孔打設(shè)完成后應(yīng)立即埋設(shè)排水管。下臺階施工完成后在下臺階增設(shè)排水孔，將水位降低，將水引入排水溝內(nèi)。

5 施工中的注意事項(xiàng)

5.1 加強(qiáng)各項(xiàng)監(jiān)測、觀測

除了加強(qiáng)常規(guī)（收斂、沉降、流量等）的監(jiān)測外，對其可能涉及的隱患部位也要進(jìn)行加強(qiáng)，如水質(zhì)、噴射混凝土是否開裂等，尤其在進(jìn)行施工時，拱部是否有異常聲響及水量水質(zhì)的突變是施工觀測的重中之重。施工前、施工中、施工后的監(jiān)控量測是變形段施工中的重點(diǎn)，是指導(dǎo)現(xiàn)場施工的一個重要參數(shù)。

5.2 資源準(zhǔn)備充足

在處理地質(zhì)災(zāi)害時，時間就是生命、就是金錢，所以面對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，在前期就要將所可能需要的物資、設(shè)備準(zhǔn)備齊全，比如沙袋、抽水泵、模板、網(wǎng)片、管棚、注漿小導(dǎo)管、潛孔鉆機(jī)、注漿機(jī)、輸送泵等等，不能等災(zāi)害發(fā)生后，再去準(zhǔn)備。

在施工過程中，在開挖將結(jié)束時噴射混凝土就必須到場準(zhǔn)備，一是保證在開挖完成后立即噴射混凝土及時封閉開挖面，二是在鋼架安裝完成后及時進(jìn)行噴射混凝土施工，以盡可能在短的時間內(nèi)對開挖的臨空面進(jìn)行支護(hù)封閉并承受圍巖的變形力。

5.3 變形段施工

（1）成立應(yīng)急管理小組，加強(qiáng)預(yù)防突發(fā)事故的演練，確保對出現(xiàn)大變形甚至涌水等地質(zhì)災(zāi)害時能及時有效應(yīng)對。

（2）施工步驟要明確，遵循先探后挖、先注后挖、先排后挖、及時支護(hù)原則。

（3）用電必須規(guī)范?，F(xiàn)場值班人員及專職電工必須加強(qiáng)巡視檢查，對發(fā)現(xiàn)的隱患必須及時處理，確保用電安全。

（4）支護(hù)成環(huán)一段距離后，必須進(jìn)行徑向固結(jié)灌漿施工，固結(jié)開挖面以外的巖層，確保施工安全，以防“關(guān)門”事故發(fā)生。（5）監(jiān)測人員在洞內(nèi)值班，及時進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時通知現(xiàn)場操作人員迅速撤離至安全位置。

6 施工總結(jié)及建議

（1）凝灰?guī)r是由火山噴發(fā)后的火山灰而成，軟弱、破碎、無結(jié)構(gòu)性，且具有隨機(jī)存在的特性，施工中遇到凝灰?guī)r巖層時，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大大增加；但當(dāng)下常規(guī)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（TSP、TGS、地質(zhì)雷達(dá)等）方法的可靠性并不高，所以超前探孔的重要性不言而喻，超前探孔能更直觀地了解前方的巖層結(jié)構(gòu)，從而對施工可以更具有針對性。因此，必須加強(qiáng)超前探孔施工，并將其納入工序進(jìn)行管理。

（2）對隧洞中凝灰?guī)r風(fēng)化囊的開挖，應(yīng)做好監(jiān)控量測、超前支護(hù)、排水孔、初期支護(hù)加強(qiáng)，最主要的是安全施工，不可盲目追求進(jìn)度而大面積、大進(jìn)尺開挖，必要時還應(yīng)縮小開挖斷面以加快初支成環(huán)封閉時間。

（3）遇到因凝灰?guī)r遇水膨脹而造成的鋼拱架變形應(yīng)及時進(jìn)行回填反壓，并及時對掌子面進(jìn)行封閉，采用“超前固結(jié)灌漿+徑向注漿”的方法對變形段進(jìn)行注漿加固處理。

（4）換拱過程中應(yīng)實(shí)時監(jiān)測，出現(xiàn)異常應(yīng)及時撤出機(jī)械設(shè)備，保證施工安全。換拱前應(yīng)先施工超前小導(dǎo)管等超前支護(hù)措施，防止因換拱造成的后續(xù)洞段的變形及垮塌。拱架拆除堅(jiān)持“少用機(jī)械，人工拆除，不損連接”的原則，拱架拆除前應(yīng)采用增加鎖腳錨桿及臨時連接筋的措施加強(qiáng)未變形拱架的支護(hù)，拆除過程中盡可能保證鋼架連接處的可靠性。

（5）對于軟弱圍巖換拱時對拱腳應(yīng)采用混凝土塊或者型鋼進(jìn)行支墊，為加強(qiáng)拱架整體性應(yīng)增加連接筋數(shù)量或者換成半剖工字鋼等進(jìn)行連接。鎖腳錨桿在支護(hù)中起到至關(guān)重要的作用，因此要對鎖腳錨桿進(jìn)行加強(qiáng)，改為鎖腳錨管并加長，鎖腳錨管應(yīng)深入基巖0.5～1.5m，并對鎖腳錨管進(jìn)行注漿加固。

（6）變形段施工過程中不能操之過急，所有工序施工完成后必須待混凝土及水泥漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行下一循環(huán)的施工，進(jìn)行下一循環(huán)施工的同時對已成型段進(jìn)行徑向注漿加固。徑向注漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再打設(shè)排水孔，避免水滲入凝灰?guī)r層再次膨脹應(yīng)力增加造成二次變形。