浅谈涌水流砂地层塌方处理方法

王宁 刘长林 史志健

摘要：某核电厂所在区域为海陆交界区域，核电厂辅助工程排水隧洞位于海域环境下，塌方区域隧洞埋深28.5m，该区域地质情况复杂，存在孤石、砂层、全风化深槽等不良地质，隧洞采用矿山法开挖，TSP超前地质预报不能有效探测出不良地质，施工过程容易造成塌方。发生类似情况，未及时处理，快速通过，可能会对对施工安全、进度带来重大风险。

关键词：隧洞；涌水；流砂；快速通过；塌方处理

1 工程概况

某核电厂修建一条排水隧洞，在距海边215米位置设置一个深度34m的竖井与隧洞联通，2016年11月，竖井边坡出现塌腔，隧洞里程约SSK0+53.0位置发生塌方。地面塌腔深度约6.0m，面积约42m2，初步计算塌方量约200m3。

出现塌方前，正在地表对隧洞两侧3m及其顶部1倍洞径范围内的地层进行旋喷加固处理。其中，隧洞SSK0+63.0～53.0段旋喷桩已施工完成，SSK0+51.0～ SSK0+43.0段旋喷桩正在施工；隧洞内发现流砂后，立即停止了洞内作业。

发生塌方初步分析原因为，竖井临近海边，地表以下6m为回填区，回填材料为块石及砂土，旋喷桩施工孔为地表水建立通道，在地下水及雨水的渗流作用下发生涌水流砂，导致此次地表出现塌腔。

2 塌方处理方案

2.1 总体方案

从地面及隧道内两方面进行处理塌方：

第一步：地面处理

1、对地表边坡塌陷区域采用C25素混凝土分层回填。

2、对边坡旋喷桩未旋喷的钻孔采用水泥-水玻璃双液浆进行封孔。

第二步：洞内塌方处理

1、对塌体进行加固处理，为塌方处理提供施工平台。

2、塌腔位置孔口及掌子面封闭。

3、在掌子面向前方打设双层注浆超前小导管。

4、检查孔施工。地面垂直钻孔至隧洞范围和洞内掌子面前方打设超前探孔，一方面探明掌子面前方地层情况，另一方面检查注浆效果。

5、按照三台阶，且上台阶预留核心土的开挖方法向前开挖，开挖每循环进尺不超过0.5m。

2.2 塌体加固处理

因塌方段地下水丰富导致塌方体附带流砂，表面松软，为防止塌体滑动造成二次灾害，在处理塌方前需要对塌体进行加固处理。

1、塌体坡脚及坡面加固

对塌体坡脚及坡面堆放袋装水泥进行加固，铺设厚度为50cm，若在铺设过程中袋装水泥下沉则继续铺设，以坡面不再塌陷为止，在铺设水泥袋的过程中，在塌体内部插入φ42小导管作為塌体排水通道，在小导管外部采用土工布缠绕。在坡脚位置人工挖开纵向2.0m宽的沟槽，堆砌1.5m高度袋装水泥。

2.3 塌腔位置孔口及掌子面封闭

塌体加固完成后，对塌腔位置孔口及掌字面通过喷射20～50cm混凝土进行封闭，一方面为了防止孔口在地下水作用下产生二次灾害，另一方面作为后期小导管注浆的封堵墙。

2.4 塌腔顶部空腔回填灌浆

待喷射混凝土具有一定的强度后，对塌腔进行回填灌浆，浆液采用水泥浆，水灰比1：2，注浆压力不超过0.2MPa，如耗浆量较大，可调整水灰比，灌浆直至孔口冒浆为止。

2.5 检查孔施工

地面垂直钻孔至隧洞范围内和掌子面超前地质取芯探孔两种方式检查加固效果。

1、地面垂直检查孔：在地面钻设检查孔，钻孔采用GY-100型地质钻机，取芯。钻孔深度：如钻至隧洞范围时，地质情况为中风化花岗岩，则钻孔至隧洞中线位置；如隧洞范围为全风化或强风化花岗岩时，则钻孔至隧洞底部以下1.0m。

2、掌子面超前探孔：采用地质钻机在掌子面打设3个超前探孔，并取芯。

钻孔完成后，根据取芯结果判断掌子面前方注浆情况，并判断是否有空腔。钻孔完成后在孔内安装钢管进行灌浆，灌浆采用孔口封闭纯压式灌浆方式，浆液采用水泥浆，水灰比1：2，灌浆压力0.5MPa～1.0MPa。灌浆过程中安排专人观察洞内掌子面情况。如耗浆量过大时，浆液可采用水泥-水玻璃双液浆灌注。

2.6 塌方段开挖、安装临时钢拱架及打设超前小导管。

开挖时需要安装临时钢拱架作为支撑，然后再打设永久支护超前小导管。

根据现场情况安装3榀临时钢拱架后，再打设超前小导管。

1、开挖及临时钢拱架安装

按照分3台阶，上台阶预留核心土的方法开挖，每次开挖循环进尺不超过0.5m，开挖完成后及时安装钢拱架，然后挂网喷射混凝土封闭。

开挖时预留核心土的半径不小于2.5m。开挖拟分5块进行，每块开挖范围约36度，先开挖正顶拱1块，然后再开挖两侧角的2块，最后开挖剩余的2块。

开挖前在掌子面附近存放100个砂袋，开挖过程中如出现突泥或涌砂情况时，立即采用砂袋对突泥涌砂位置封堵，然后再对掌子面前方地层进行注浆加固。

临时钢拱架加工尺寸根据现场实测断面设计。拱架采用在侧墙打设锚杆，锚杆直径25mm，长度L=3.0m，以固定牢固临时钢拱架为准。

2、打设超前小导管

（1）超前小导管参数

打设双层超前小导管，打设角度分别为25°、45°，直径φ42mm，L=4.5m，环向间距15～20cm，拱部150°范围，浆液为水泥浆，水灰比为0.8：1，注浆压力为0.20.5MPa。塌方段汇积大量地下水，浆液可采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比1：1，C：S（体积比）取1：1。注浆压力0.1MPa～0.3MPa。

（2）超前小导管注浆顺序

为保证注浆质量，成孔后分两序注浆，1序孔注浆间距按照60cm控制，注浆顺序由低到高，2序孔可同步注浆。

（3）超前小导管注浆终孔标准：

小导管注浆压力按照0.2～0.5MPa控制，当耗浆量小于3L/min，持续时间10min，即可停止注浆。

2.7 塌方段二次开挖

双层注浆超前小导管完成以后，可采用三台阶预留核心土方法对塌方段进行二次开挖。

塌方段支护参数：C25喷射混凝土，厚度300mm，20a型钢拱架，双层Φ8钢筋网。塌方段拱顶235°范围设置Φ42锚管。

第一步：开挖采用人工配合挖掘机开挖的方式，开挖循环进尺0.5m。

人工开配合挖掘机挖出型钢安装位置，塌体作为预留核心土不开挖，开挖过程中观察隧洞拱部有无异常情况，立即打设锁脚锚管，拱架安装到位后及时与锁脚锚管连接，并及时挂设钢筋网喷射混凝土封闭。

第二步：按照三台阶向前开挖。

将塌体修整成台阶式，按三台阶向前开挖，为保证安全，塌腔位置密排型钢拱架。

每循环开挖支护前都应该确保掌子面稳定，开挖前应对松散、不稳定的掌子面采用双液浆进行灌浆加固。

开挖时注意控制进尺，做“尝试”性施工：上台阶部分开挖时，若发现渗水、掉块等现象，应立即停止开挖，封闭已开挖部分，重新注浆加固后再尝试开挖；必要时应采用全断面超前帷幕灌浆加固后再行开挖支护。

3 施工监测

为防止局部塌方影响整个隧洞的安全，在处理塌方的过程中必须加强隧洞相关监测，在处理过程中进行以下监测项目：

（1）洞外监测：在排水隧洞塌方处顶部地面布置沉降观测点，实时监测地面变化情况；

（2）洞内监测：在隧洞通道清理完成，立刻在洞内收敛及顶拱下沉测点向掌子面推进。

（3）塌方体控制阶段，加强监测频率，按照每天2次。

4 结束语

本工程排水隧洞水文地质复杂，施工难度和安全风险高。本工程采取的塌方处理措施，从实际塌方处理情况证明，该方案确认能够有效的保证现场快速处理，安全通过，为后续类似地质情况隧洞施工和应急处理提供借鉴和参考。通过本次隧洞塌方处理的实践，积累了项目部对类似塌方处理及通过塌方段的实践经验。

（作者单位：中国水利水电第十四工程局有限公司）