引黄隧洞塌方原因分析及处理措施

□樊迎娟（山西省小浪底引黄工程建设管理局）

引黄隧洞塌方原因分析及处理措施

□樊迎娟（山西省小浪底引黄工程建设管理局）

山西省小浪底引黄工程某一段输水隧洞，在通过主要以安山岩为主的洞段时遇到了特殊夹层，出现了涌水、塌方的不良地质问题。根据现场情况和设计文件，组织专家进行技术咨询，从地质、水、结构方面分析了塌方原因，从已完初期支护段落加固、超前支护、结构支护等方面提出了可行性高、效果明显的处理方案，并最终安全的穿越了该特殊洞段，为类似工程提供了借鉴。

输水隧洞；塌方涌水；处理方案

1 工程概况

小浪底引黄工程位于山西省运城市，是从黄河干流上的小浪底水库向山西省涑水河流域调水的大型引调水工程。它起始于垣曲县境内的板涧河河口右岸的小浪底水库库区，终止于闻喜县境内的吕庄水库，线路总体走向呈东南～西北向，总长度为59.60 km。文章所涉及到的桩号18+735段隧洞为城门洞型，净空尺寸3.80 mm×5.00 m。按新奥法施工，挂网喷射混凝土，C25钢筋混凝土衬砌，在必要的时候立钢拱架并配合超前小导管注浆来加强支护，系统锚杆与钢拱架需焊接牢固。

桩号14+500～20+250段隧洞主要通过震旦系下统马家河组（Z1m）安山岩，鸡蛋坪组（Z1j）安山岩夹页岩、砂岩、灰岩，许山组（Z1x）安山岩夹透镜状凝灰岩和页岩。岩性坚硬性脆，为坚硬岩，具气孔和杏仁状构造。隧洞沿线地面高程为580～780 m，洞顶覆盖岩层较厚，厚度范围为80～280 m。隧洞底高程在地下水位以下80～130 m。本段隧洞主要是安山岩，根据设计方钻孔资料分析，围岩类别总体按Ⅲ类来考虑，围岩的总体稳定性较好。地下水主要赋存在隧洞段的表层风化带，地下水类型主要为岩浆岩类裂隙水，下部微风化及新鲜基岩为相对隔水层。隧洞围岩主要处于新鲜岩层内，透水性总体较弱，推测隧洞施工中可能存在一些渗水或少量的涌水现象，局部裂隙发育的地方和岩组接触带段可能存在涌水问题。

2 隧洞塌方经过及原因分析

2.1 塌方经过

2#隧洞无压隧洞隧洞段，2014年3月20日下午17：00左右，掌子面掘进至桩号18+730时，围岩突然发生变化，受构造影响比较强烈，结构松散，岩体极为破碎，拱部开始连续不断地出现掉块。面向掌子面方向偏右侧有股状水涌出，涌水量目测约为10 m3/h。拱顶为线状水，呈大面积的淋水状。至2014年3月 21日早，拱顶仍然不时掉块，掌子面不时地有岩块剥离，总体塌腔深约2 m，塌方纵向长度约6 m，塌方量约50 m3。塌掉的块体大小不一，以松散的碎石土为主，还夹杂着一些40～60 cm左右的安山岩硬质块体，从塌体的岩性观察出，主要有黄褐色安山岩，紫红色泥页岩，灰绿色凝灰岩，施工单位采取紧急措施处理。4月3日上午8时左右，掌子面和拱顶掉块现象严重，发生较大的坍塌，至下午13：30左右，坍塌更加严重，拱部掉块不断，且不时有大块的岩体落下，导致已经支护好的三榀拱架被砸断，塌体逐渐塌至拱顶，涌水量依然没有减小的趋势。塌腔纵向长度约6 m，塌腔高约7 m，塌体方量约300 m3。塌体以碎石土为主，夹杂着部分大块紫红色岩块。从塌体的岩性观察出，主要是以紫红色的泥页岩为主，无粘结性，含有部分的安山岩、凝灰岩。

2.2 塌方原因分析

2.2.1 地质原因

18+735塌方处位于设计的Ⅲ类围岩段，该段围岩主要以安山岩为主，多为坚硬岩，岩体呈碎裂块状构造，在层面间夹有泥砂质页岩、凝灰岩，多呈薄层状分布，部分层间存在着软弱层或泥化夹层。18+735实际开挖揭露的地质情况为：岩性主要为紫红色泥页岩、黄绿色及红褐色安山岩，岩体节理裂隙极发育，结构面光滑，结构松散，为喷发间歇破碎带，围岩整体性极差，易发生掉块及坍塌，围岩自稳能力极差。

2.2.2 水的因素

地下水是导致本次塌方的重要因素，地下水的发育情况为掌子面右侧有股状水涌出，拱顶有线状水，呈淋水状，涌出量约为10 m3/h。由于地下水出露在拱部，对本来就松散的围岩形成了掏蚀，砂粒被带出，随着越来越多的充填泥砂物质被水带出，原本达到暂时平衡的围岩结构，就会失去稳定从而塌方。

2.2.3 结构原因

从此段的塌方现象来看，钢拱架被塌体砸断，说明拱部受力比较大；同时，超前钢管端部并没有深入到基岩，所以承载能力较弱。

3 处理方法

3.1 已完初期支护段落的加固

对塌方段进行反压回填，同时喷射C20混凝土封闭掌子面。

对18+730～18+725段已支护段落的拱架进行加固以防止反塌。拱架型号：Ⅰ18工字钢，间距：50 cm/榀，锁脚为3 m长Φ42 mm锚管，水平向下45°，每榀拱架8根。拱架之间的纵向联系筋采用Φ25钢筋，环向间距1.00 m。挂设钢筋网片(网格间距：15×15 cm)，喷C20混凝土填满拱架与岩面空隙。

对加固段落的围岩进行灌浆处理。浆液采用水泥水玻璃双液浆，水灰比0.50，水玻璃按水泥浆液体积的50%来控制。

3.2 超前支护

由于本次塌方塌体堆到拱顶以上有2 m左右，并且通过探测，6 m长的小导管还不能深入到基岩，起不到预加固的作用。本着安全施工、快速通过，节约投资的原则，此次超前支护采取R32S迈式锚杆管棚。

锚杆直径32 mm，壁厚7.50 mm。长度为9 m，纵向搭接3 m，可根据钻孔过程的地质情况适当调整。环向间距15 cm，可根据施工情况适当调整。打设范围为起拱线以上拱部范围。

锚杆打设完成后，封闭管口，进行固结注浆，浆液采用水泥-水玻璃双液浆。水灰比0.50～0.80，水玻璃按水泥浆液体积的50%左右来控制，注浆压力0.30～0.50 MPa，可根据现场实际情况试验确定。

超前支护图如图1。

图1 塌方区超前支护横断面图

3.3 结构支护部分

注浆完成并达到一定强度后才开始开挖，开挖采用弧形导坑留核心土法。由于该段围岩为松散结构，易发生变形，开挖半径在原设计V类断面基础上再放大44 cm，包括预留10 cm收敛变形量。钢拱架采用Ⅰ18工字钢，间距：50 cm/榀，锁脚采用φ42注浆锚管。钢筋网同V类围岩设计参数：即φ8，网格间距150 mm×150 mm。喷射混凝土厚度为26 cm，强度标号为C20。由于该段围岩破碎且涌水量较大，岩体松散不能自稳，系统支护采用长度为5 m的φ42钢花管。每榀拱架施作一环，环向间距为30 cm。导管打设完成后，进行固结注浆。由于初期支护承受的压力比较大。为了使初期支护受力更加均衡，因此，初期支护时增加仰拱与拱架直墙闭合成环，拱架采用Ⅰ18工字钢，间距：50 cm/榀。仰拱采用C25模筑混凝土，厚30 cm。在开挖支护过程中，需采取打孔导水或者埋管导水的措施。塌方处理过后，对塌腔段落要采取回填灌浆的处理措施。浆液采用纯水泥浆，水灰比按0.50：1来控制。

结构支护图如图2和图3。

图2 结构支护横断图

图3 结构支护纵断图

3.4 塌腔处理过后向前掘进支护方案

塌方处理过后向前掘进时遵循“短进尺、弱爆破（或不爆破）、早支护、快封闭、勤量测”的施工原则。由于该段围岩为破碎带，结构松散，并且涌水量较大，无自稳能力，为了防止再次发生塌方，根据现场情况，采取以下施工方案：超前支护采用双排Φ42超前导管并注浆，导管长5 m，大角度与小角度相结合。小角度≤15°，2 m/环，环向间距30 cm；大角度60°，1 m/环，环向间距30 cm。其余支护参数同过塌方段支护参数。

4 结论

在埋深较大的隧洞掘进中，特别是在地质条件比较复杂的情况下，若出现塌方、涌水等问题，首先应尽快封闭掌子面，防止塌方体进一步恶化。要本着保证安全、快速通过的原则，必要时使用大管棚对塌方区进行超前支护，并灌双液浆的方法，加强塌方体的整体性，保证下一步开挖安全通过。在蹋腔处理过后继续向前掘进时，超前支护选用双排超前小导管注浆，大角度与小角度结合，效果很不错。

（责任编辑：邢博辉）

TV 672

A

1673-8853（2016）10-0099-02

2016-06-24