喀斯特地区隧洞特殊地质洞段处理方法探讨——以夹岩水利枢纽工程库尾伏流泄洪洞为例

任庆钰

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

0 引 言

贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程于2015年10月开工建设，计划工期66个月，该工程由于地处喀斯特典型地区，岩溶发育，地下水分布复杂，在隧洞开挖过程中已产生冒顶、塌方、大溶洞等现象，若处理不及时，将对工程安全、质量、进度产生严重影响。本文以贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程为例，列举施工中出现的冒顶、塌方、大溶洞等典型地质问题，分析问题产生的原因，总结方法和经验，以期为类似隧洞工程施工提供借鉴。

1 工程概况

夹岩水利枢纽及黔西北供水工程是以供水和灌溉为主，兼顾发电的大(Ⅰ)型水利枢纽工程。工程总体布局以新建夹岩水库为集中供水水源，水库为面板堆石坝，坝高154 m，水库正常蓄水位1 323 m，正常蓄水位以下库容13.25×108m3。库尾伏流工程位于大坝上游，由大中天桥泄洪隧洞、小天桥泄洪隧洞2段组成，每段有2条隧洞，隧洞断面均采用城门洞型断面，断面尺寸12 m×16.5 m，设计流量Q=1 670 m3/s(P=5%)，底坡1/1 250，顶拱中心角120°。见图1。

图1 V类围岩洞段开挖支护设计图

2 隧洞冒顶处理方法

大中天桥2#洞0+033.000～2#洞0+036.000处掌子面左侧顶拱2016年6月14日晚发生塌方，洞顶边坡塌陷坑靠山内一侧产生较多裂缝，缝宽0.1～3 cm，裂缝主要为沉陷拉张性质。该处位于玄武岩与灰岩接触带，岩体风化强烈，部分为全风化状态，岩体破碎，为散体结构，围岩极不稳定。

2.1 边坡塌陷部位处理

边坡塌陷部位处理方案具体如下：①采用喷C20混凝土对塌陷部位及隧洞进口边坡开挖轮廓线与截水沟之间部位进行封闭，塌陷坑封闭前先用黏土充分回填塌陷空腔，回填平整后的坡面行成排水良好的顺坡坡面，再在坡面上采用挂网喷C20混凝土厚15 cm封闭，挂钢筋网规格φ12@200*200。另在塌陷空腔回填时预埋1根DN110灌浆管，以便后期视情况进行水泥砂浆或混凝土回填。②立即对已破坏的坡顶截水沟进行修复，确保排水畅通，防止雨水下渗，危及边坡安全。③尽快实施洞脸边坡上的永久锚筋桩深层锚固措施，确保边坡稳定。

2.2 洞身内处理

2#洞0+035.000～2#洞0+047.000桩号段洞身段支护方案具体如下：①采用双层超前小导管加强支护，小导管环向间距40 cm，左侧塌方部位小导管间距加密至30 cm。双层超前小导管直径φ42 mm，壁厚3.5 mm，L=4.5 m，小导管纵向搭接1.5 m。②增设双层钢支撑(I20b工字钢)加强支护，间距为50 cm。外层钢支撑架立后，在钢支撑外侧挂φ8@200×200钢筋网片；施打6对共12根φ25，L=4.5 m锁脚锚杆；焊接φ25@1000连接筋，顶拱加密连接筋至环向间距50 cm；喷C20混凝土20 cm后，再进行内层钢支撑的施工。内层钢支撑参数同外层钢支撑，钢支撑不能侵占隧洞钢筋混凝土结构尺寸。③双层钢支撑挂网封闭前，应在洞顶及两侧边墙顶部位置预埋不小于DN110回填灌浆管，为后期回填混凝土工作做准备。④该段边墙及顶拱原设计系统锚杆进行加强，长度由4.5 m改为6 m，锚杆直径由Ф25 mm改为Ф28 mm，间排距不变。⑤考虑到该段地质条件极差，边坡及围岩稳定性差，建议施工单位加强施工期洞外变形监测与洞内收敛监测，通过监测数据，指导施工，保证安全。

3 溶腔夹泥段处理方法

大天桥2#泄洪洞于2017年3月19日晚开挖至K0+831.000桩号，右侧起拱线以上出现一溶洞，溶腔充填物为黏土夹少量块石，呈可塑状态，溶腔与洞线斜交；开挖至K0+850.000时全洞断面均位于溶洞内，溶腔内充填物为黏土夹少量大块石，可塑状态，有少量渗水，局部含水量增大，充填物由可塑状态变为软塑状态；开挖至K0+853.000时掌子面及洞顶发生垮塌，之后处于停工状态，掌子面前方及洞顶形成较大的空腔，洞壁仍不稳定。在爆破震动、雨季雨水下渗水量增加等易引发洞壁进一步垮塌。见图2。

图2 大天桥2#泄洪洞K0+831.000桩号垮塌情况

3.1 垮塌部位处理方法

为防止继续垮塌，对2#泄洪洞掌子面K0+853.500进行反压回填，对溶腔拱脚以下采用石渣回填，顶拱以上回填混凝土，石渣堆放后形成对K0+853.500段顶拱的支撑，通过反压回填可以为塌方部位起到加固作用，防止塌方进一步扩大，并起到工作平台的作用。溶洞区域段采用泵送C20混凝土回填，回填厚度为开挖顶拱以上3 m。混凝土厚度3 m上部再吹填1～2 m砂层缓冲，确保洞室安全。

3.2 溶腔夹泥洞段处理方法

具体处理方法如下：①隧洞支护采用φ108×6 mm注浆大管棚+工字钢强支护形式。②大管棚布置在隧洞顶拱120°范围，钢管间距40 cm，共47根钢管，钢管仰角6°。泄洪洞顶拱岩体段利用大管棚管身预留的注浆孔进行注浆加固围岩，以增加围岩的稳定性，注浆孔径为20 mm，孔间距为20 cm，呈梅花型布置。水泥砂浆注浆压力初定为0.5～1 MPa，注浆量不大于150 kg/延米控制，砂浆浓度、灌浆压力及注浆量宜根据现场情况进行调整。③大管棚钢管内设置4根C16钢筋组成的钢筋束。④工字钢在Ⅴ类围岩支护断面的基础上，增设0.5 m间距双层工字钢，系统锚杆长度加长至9.0 m。⑤溶洞段开挖支护施工，沿高程方向分五序进行开挖，单序高度不大于4.0 m，以防止高差过大，发生危险。⑥开挖完成后，根据钢支撑外侧溶洞内的围岩稳定情况，确定是否进行下一步处理方案。⑦施工时应加强安全巡视检查，加密隧洞变形监测，发现安全隐患及时通知施工队伍，短进尺，弱爆破，强支护，确保人员和财产安全。见图3-图7。

图3 2#泄洪洞K0+853.5特殊洞段支护纵剖面图(1∶100)

图4 管棚导管构造图

图5 管棚导管横断面图

图6 隧洞顶拱管棚布置图

图7 2#泄洪洞K0+853处溶洞回填砼示意图(1∶100)

4 溶腔夹块石处理方法

小天桥开挖至1#洞0+403.000时，掌子面均为大块石，其间充填碎石黏土，因其形成年代久远，有一定的重力固结及溶滤钙化物胶结，仅可短期自稳。开挖至1#洞0+413.500时，洞顶出现垮塌，垮塌后空腔内均为大(巨)块石，可见大块石架空现象，其间充填碎块石及少量黏土，局部见钙化物胶结现象。

溶腔夹块石洞段处理方法如下：①隧洞支护采用φ108×6 mm注浆大管棚+工字钢强支护形式。大管棚长度按15 m为一个循环段实施，下一个循环是否实施及如何支护需根据现场开挖揭露地质情况确定。②大管棚布置在隧洞顶拱120°范围，钢管间距40 cm，共47根，钢管距离隧洞顶拱开挖线间距不大于1.5 m。泄洪洞顶拱岩体利用大管棚管身预留的注浆孔进行注浆加固围岩，以增加围岩的稳定性，注浆孔径为12 mm，孔间距为20 cm，呈梅花型布置。水泥砂浆注浆压力初定为0.5～1 MPa，注浆量按100 kg/延米控制，砂浆浓度、灌浆压力及注浆量宜根据现场情况进行调整。③大管棚钢管内设置4根C16钢筋组成的钢筋束。④工字钢按5类围岩支护断面要求制作，锁脚及系统锚杆长度加长至6.0 m。⑤管棚施工前在隧洞掌子面回填核心土，以提高掌子面的安全性，核心土坡比约1∶1.4。⑥由于1#洞0+403.000～1#洞0+413.500段拱顶空存在部分空腔，拟通过预埋管回填厚1.5 m的C20混凝土加固，混凝土上部再吹填1～2 m砂层缓冲，确保洞室安全。见图8。

图8 桩号1#洞0+413.5特殊洞段支护纵剖面图

5 结 语

本文针对隧洞开挖过程中已产生冒顶、塌方、大溶洞等现象，提出以下方法：①冒顶位置回填覆盖，相应洞身段小导管+双层工字钢支撑；②塌方洞段先回填石渣防止继续垮塌，同时采用大管棚+双层工字钢加强支护；③大溶洞段采用大管棚+钢筋束加强支护。该方法取得较好工程效果，可供类似工程借鉴。