小浪底引黄工程引水干线隧洞塌方处理方案

赵文静

（山西省小浪底引黄工程建设管理局 山西太原 030002）

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程位于运城市境内，工程自黄河干流上的小浪底水库向涑水河流域调水。工程建设的任务是为运城市的垣曲、闻喜、绛县、夏县、盐湖等五县（区）提供农业灌溉、城镇生活和工业用水及生态用水。工程的建设对缓解供水区地下水超采现状、保障水资源可持续开发利用、促进运城市的经济社会和生态建设起着举足轻重的作用。

工程由引水干线、灌区工程、城镇和工业供水工程三部分组成。工程设计引水流量20 m3/s，其中，引水干线取水口位于垣曲县境内小浪底水库库区内板涧河入黄口上游的黄河左岸处，末端位于闻喜县境内的吕庄水库，线路总长59.6 km。

2 塌方基本情况

2016年4月9日6∶50时，小浪底引黄工程2#隧洞在施工过程中，从桩号34+163.5到桩号34+181.5发生塌方，此段围岩较破碎，稳定性较差，为片麻岩，拱部有滴状渗水，属于Ⅴ类围岩，掌子面、拱肩部位及底部情况见图1和图2。

4月9日12:50洞内进行出渣排险作业，拱顶左侧围岩较为松散，挖掘机斗齿轻触围岩则有松散岩石掉落，掉落岩石为泥状体，有一定的黏性，现场技术人员要求停止排险工作，拱部岩石仍继续掉落，且掉落现象持续加大，导致现场不能进行施工作业，随即组织机运队对掌子面进行堆渣封堵。

到16:30时堆渣3车时，掉落的渣石已到达到掌子面起拱线位置，拱部掉落渣石现象仍在持续，见图3，最后一次采用激光测距仪对拱部空腔进行测量，空腔已向上延伸15 m，形成宽4.9 m，长5.0 m较大空腔，见图4。空腔与洞轴线夹角约20°，与水平方向夹角约35°。

图1 桩号34+163.5－34+181.5段Ⅴ类围岩掌子面、拱肩部位

图2 桩号34+163.5－34+181.5-段Ⅴ类围岩底部情况

图3 拱部掉落下松散泥状岩石

图4 塌落后形成的空腔

4月10日8:30，拱部持续坍塌，导致整个拱部完全被松散体封堵。塌方后掌子面两侧边墙有多处点滴状渗水，随后水量逐渐增大形成股状出水，水量约10 m3/h。见图 5。

图5 坍塌后掌子面情况

3 塌方原因分析

小浪底引黄工程2#隧洞从桩号34+163.5到桩号34+181.5，该段围岩以片麻岩为主，发育断层破碎带，岩体由于断层破碎带影响造成掌子面拱部稳定性较差，线路右侧坍塌形成长5.0 m，宽4.5 m的空腔，坍塌岩体形成62 m3松散体。塌方后掌子面边墙有多处点滴渗水，随后烁亮逐渐增大形成股状出水，水量约10 m3/h。

4 塌方处理前期方案

4月10日15:58，四方到塌方现场察勘，确定采取如下紧急处理措施：

1）运输石渣铺垫、反压松散体至起拱线高度，防止松散体滑动。

2）C20喷混凝土封闭掌子面，厚度10 cm。松散体表面布设Φ42注浆管，长3.0 m，间排距均为1.0 m，管身施作注浆孔，间距30 cm，梅花型布置，通过注浆导管对掌子面松散体进行固结注浆。浆液采用1∶1水泥浆。

3）开挖方法按照上下台阶法进行施工，每循环进尺不超过0.8 m。

4）拱部范围内进行超前导管支护，超前导管注浆为1∶1水泥水玻璃双液浆，导管采用5.0 m长Φ42热轧无缝钢管，环向间距20 cm，排距2.5m。

5）开挖后架立I18钢拱架，间距80 cm；全断面铺挂Φ8钢筋网片；Φ20联系筋环向间距1 m；拱架直腿底部及顶部每处各布设Φ25锁脚锚杆4根，每根长3m。全断面布设Φ25系统锚杆，间距1.0 m，每根长3.0 m。喷射C20混凝土厚度18 cm，为保证二衬厚度，开挖轮廓半径2.48 m。

6）空腔段支护完成后，塌方空腔及空腔前后各5m范围内，采用拱部固结灌浆，固结灌浆管每根孔深4.0 m，环向间距1 m，纵向间距0.5 m，梅花型布置，采用1∶1水泥水玻璃双液浆进行注浆形成壳体。

注浆完成后准备对掌子面进行开挖，开挖后拱部仍有掉渣现象，且已打设的超前注浆管部分出现变形，见图6，不能满足施工要求。

图6 注浆后开挖掌子面拱部情况

5 塌方处治方案

由于塌方后松散体到掌子面基岩距离超过超前导管长度，考虑到超前小导管及简单的注浆不能起到有效的超前锚固作用，同时松散体内大石块较多影响超前导管安装，预注浆支护未起到有效固结塌方的作用，根据现场塌方实际情况及迈式锚杆具有刚度大，施工速度快，操作方便，支护质量安全可靠等优点，经专家讨论决定采用N51迈式锚杆注浆施工方案。

塌方处理遵循“短进尺、不爆破、早支护、快封闭、勤量测”的施工原则。

具体方案如下：

5.1 超前N51迈式锚杆

1）拱部打设N51迈式锚杆，锚杆直径51 mm。长度9 m，环向间距20 cm，施工6 m后根据围岩情况确定下一环超前支护参数。打设范围：起拱线以上拱部范围。

2）迈式锚杆打设完成后，进行迈式锚杆注浆，浆液为1∶1水泥水玻璃双液浆，水泥浆水灰比1∶1。

5.2 开挖方法

注浆完成并达到一定强度后，进行开挖作业施工，开挖采用上下台阶上台阶弧形导坑留核心土法。先进行上台阶施工，待上台阶渡过塌方体段再进行下台阶施工。上台阶开挖施工时采用人工风镐进行开挖，每次开挖循环进尺0.5 m。

5.3 初期支护

开挖后架立I20钢拱架，间距50 cm；全断面铺挂Φ8钢筋网片；Φ20联系筋环向间距1 m；拱架直腿底部及顶部每处各布设Φ25锁脚锚杆4根，每根长3 m。全断面布设Φ25系统锚杆，间距1.0 m，每根长3.0 m。喷射C20混凝土厚度20 cm，为保证二衬厚度，开挖轮廓半径2.50 m。

钢拱架支护底部加设I16水平底梁，底梁间采用C20喷射混凝土填平，厚度20 cm，开挖底板高程降低20 cm。下台阶施工完成后，I16水平底梁及时跟进。34＋181.5～＋163.5已完成支护段补做I16水平底梁。

5.4 空腔处理

空腔段支护完成后，塌方空腔及空腔前后各5 m范围内，采用拱部固结灌浆，固结灌浆管每根孔深4.0 m，环向间距1 m，纵向间距0.5 m，梅花型布置，固结灌浆浆采用1∶1水泥水玻璃双液浆进行注浆加固，水泥浆水灰比 1∶1。

5.5 监控量测

加强围岩量测工作，对量测数据每天进行汇总，并及时上报现场负责人与技术负责人。

对初支断面进行变形观测，包括洞内观察、拱顶沉降、周边收敛。

对已经完成初期支护的地段的洞内观察每天至少进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆和钢架的工作状态。

拱顶沉降、周边收敛必测项目应设置在同一断面，对已开挖段拱架每榀布设五个测点，并对开始立拱架位置向大里程方向20 mⅢ类围岩段按照每3 m一个断面进行布置，每个断面五个测点，测点布设位置见图7测点布设图。观测频率见表1“量测频率（按位移速度）”表。

表1 量测频率（按位移速度）

图7 测点布设图

6 施工中的注意事项

1）对塌方段根据变形情况加密量测断面，并加大监控量测的频率，量测数据及时上报及时分析，如发现异常应及时按规定上报，以便及时处理，并应立即采取应急预警措施，以确保施工安全；

2）施工时，应设专人负责统一指挥，施工现场严禁闲杂人员随便出入，洞内施工时必须设专职安全员加强观察，一旦出现险情立即组织人员撤离；

3）加强施工作业面照明设施，避免因灯光较暗，造成安全隐患；

4）在施工作业中，随时注意头顶是否有不稳定碎石，如有发现应及时处理，避免发生掉块砸伤施工人员的情况发生；

5）在作业时，要有专人负责，随时监控四周变形情况；

6）严格开挖进尺，每循环进尺不超过0.5 m；

7）钢架接头处是受力的薄弱环节，做好钢架联接及锁脚锚杆的施做；

8）鉴于本段围岩较为破碎，应按照相关要求，初支应及早封闭成环，尽快施做底板，以确保施工人员、机械安全；

9）坍塌段处理过程中应设置专人24小时值班，发生异常情况时及时汇报及处理，每一工序要环环相扣，缺一不可。

7 结束语

隧道施工过程中，塌方是比较常见的地质灾害，也存在较大的安全隐患。因此，只有提前预防，妥善处治，才能使塌方安全顺利地通过。希望对类似隧洞工程及其他隧洞工程遇到塌方时，提供一定借鉴。