东山供水工程五标隧洞塌方处理

解广文

（山西省东山供水工程建设管理局山西太原030002）

1 塌方段情况说明

东山供水工程施工五标主洞为无压输水隧洞，总长约2.27 km，断面形式为马蹄形，布置2 条支洞，9-1#支洞为竖井，9-2#支洞为斜井。目前隧洞仅剩9-1#支洞与9-2#之间38 m 塌方段未贯通。该段地质条件极差，为含砂低液限黏土，洞顶存在卵石混合土层和级配不良层，地下水位位于洞顶以上，地下埋深80多米。9-1#下游和9-2#上游两个掌子面先后共发生4 次涌泥塌方，涌泥方量约3 780 m3，其中9-1#竖井控制主洞下游段涌泥137 m，约1 590 m3；9-2#施工支洞控制主洞上游段目前存在涌泥155 m，三次累计涌泥285 m，约2 190 m3。并在清淤过程中连续多次发生涌泥涌水，随后为确保安全将掌子面封闭。如果按照常规的塌方处理，极易再次形成涌泥地质灾害。

2 塌方处理方案

塌方处理采用混凝土灌注桩止推墙+大管棚的施工方法进行塌方处理，塌方处理纵剖图如图1。

2.1 施工原则及施工步骤

塌方体洞段地表施工方法：在9-1#下游及9-2#上游塌方掌子面处，各设置一堵混凝土灌注桩止推墙，阻断洞挖塌方松散体与洞内的连接通道，然后进行洞内塌方涌泥堆积体的清运。

图1 塌方处理纵剖图

塌方段洞内施工方法：为加快工期，及确保清淤效果，分两次洞内清淤。第一次清淤与地表灌注桩同时进行，结合前几次清淤经验，第一次清淤至不能再清时，立刻封闭掌子面，待混凝土灌注桩止推墙完成后，开始第二次清淤，清至止灌注桩止推墙后，进行管棚施工，最后进行剩余土洞段开挖支护施工，直至土洞安全贯通。具体施工步骤流程如图2。

图2 塌方处理施工流程

2.2 施工方案具体说明

根据施工原则，剩余土洞段冒顶塌方处理施工内容包括以下内容：洞外混凝土灌注桩止推墙施工、一次清淤及二次清淤、管棚工作室施工、管棚施工、破桩施工和剩余土洞段开挖支护施工等施工内容。具体施工步骤如下所述。

2.2.1 地表混凝土灌注桩止推墙

分别在9-1#下游及9-2#上游塌方掌子面处设置一道混凝土灌注桩止推墙，一道布置9 个灌注桩，灌注桩直径Φ80 cm，灌注桩孔中心间距为1.0m，采用单排灌注桩的方法，灌注桩孔位布置图如图3。灌注桩单根长度65 m。钢筋笼采用Φ20 和Φ25，钢筋间距20 cm，钢筋笼布置在灌注桩底部20 m，I 序孔顶部45 m 采用素混凝土回填，II 序孔顶部45 m 采用卵石土回填。

2.2.2 第一次洞内清淤

1）清理淤泥。采用ZL30 装载机配合5 t 自卸车进行出渣。结合前几次清理涌泥涌水的经验，塌方体涌泥清理要“先快后慢”，刚开始清理时可以适当加快速度，随着与掌子面距离缩小，应该放慢清理速度，加强塌方体稳定性的检测，根据现场实际不能再清理的时候，及时封闭掌子面，并做固结灌浆。

2）封闭掌子面。

（1）洞内砂袋填充

洞外人工将沙袋装满扎紧，用5 t 自卸车运至洞内，人工用沙袋将塌方体与洞顶空隙填满，沿洞轴线每隔3 m 用Φ8，250×250 钢筋网阻拦加固，钢筋网贴近洞壁部位用电焊机与钢拱架焊牢固。

（2）用砖将清淤掌子面封闭，高度与宽度与隧洞洞径一致，墙体沿洞轴线厚度为3 m。人工将基面清理干净，自下上砌筑墙体要求“横平竖直”，灰缝饱满，水平缝饱满度大于90%，竖向缝饱满度大于80%。在砌筑体上部预埋2 根Φ50PVC 管作为灌浆预埋孔。

图3 灌注桩孔位布置图

3）固结灌浆。采用水泥浆液浆剩余塌方淤泥进行初步固结，确保洞内安全，也可加快第二次塌方体的清运工作。浆液在洞外集中拌制运至洞内。采用孔口阻塞纯压式灌浆法施工，固结灌浆采用0.5∶1 的纯水泥浆液，当达到既定0.3 MPa 后停止注浆，清除孔内积水和污物，采用浓浆或干硬性砂浆将全孔封堵密实和抹平，并割除露砌体表面的预埋管。

2.2.3 二次清淤

在地表混凝土灌注桩施工完成达到设计强度后，开始洞内第二次清淤。采用久保田小挖机配破碎锤对砖砌体进行拆除，人工配合扒渣机将拆除后的杂物装至5 t 自卸车内运至洞外渣场。清淤直至灌注桩止浆墙。

2.2.4 管棚工作室施工

为了便于Φ108 大管棚的施工，在距灌注桩止推墙5 m 范围原洞段进行扩挖，建造管棚工作室，工作室采用Φ76 管棚+I14 工字钢支护支护，具体支护参数为直径D=Φ76，δ=5 mm，L=12 m，间距0.3 m，倾角12°，I14 工字钢每0.5 m 一榀，锁脚锚杆8 根Φ25，L=2 m。工作室顶部扩挖高于原洞顶65 cm。管棚工作室平面布置图4。

2.2.5 大管棚施工

图4 管棚工作室平面布置图

在塌方体上下游分别进行管棚施工。采用Φ108管棚，L=30 m，具体支护参数为：直径D=Φ108，δ=5 mm，L=30 m，间距0.3 m，倾角5°，在D=108 钢管内安装3 根Φ25 束和Φ76 管棚，以增强管棚的刚度，灌浆采用纯水泥浆，水灰比为1∶1，Φ108 管棚断面布置如图5。

2.2.6 破桩施工

采用久保田配破碎锤进行破桩施工，期间人工用气焊对桩内钢筋进行割除，拆除混凝土及废钢筋采用扒渣机装入5 t 自卸车内运至渣场。在破桩施工过程中派专职安全员监视洞内情况，如有危险及时通知撤离。

图5 大管棚施工参数断面图

2.2.7 剩余土洞段开挖支护施工

然后按照B 型断面采用“分台阶、分部位、预留核心土和预留保护层”的方法进行开挖，具体施工方法如下：

1）开挖采用久保田小挖机+人工的方法进行，每次开挖进尺控制在0.5 m，开挖满足设计要求后，采用C25 喷混凝土进行掌子面封闭，封闭混凝土厚度在5～10 cm；

2）I14 工字钢间距为0.5 m，工字钢之间采用10根，Φ25 钢筋连接；

3）每榀工字钢与洞壁设Φ25，L=2.0 m 的锁脚锚杆，数量为8 根；

4）布置Φ42，L=2.0 m 的超前小导管，小导管间距0.3 m。每4 m 布置一排Φ50，L=6.0 m 超前注浆导管，并进行灌浆施工；

5）挂Φ8@150 mm×150 mm 钢筋网片，喷15 cm 厚的C20 混凝土；

6）渐变段开挖施工完成后，及时进行I14 工字钢底梁的安装和C20 回填混凝土施工，底板C20 回填混凝土浇筑厚度24 cm，并根据底板土体承载力布置Φ8@150 mm×150 mm，增加底板承载力和整体性；

7）底板混凝土待凝24 h 以后，进行下一循环土洞开挖支护施工。

3 结语

在两个掌子面多次发生大量涌泥涌水冒顶的情况下，该方案具有安全可控、质量可靠、造价低、工期短的优点。