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隧洞垮塌处理方案的选择与应用
伍中洪
一、 工程概况
狮子坪电站位于四川阿坝藏族羌族自治州理县境内岷江右岸一级支流杂谷
脑河上，为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电让，电站装机3台，单机容量65MW，总装机容量195MW。水库总库容1.33亿m3，调节库容1.19亿m3，为年调节水库。
狮子坪电站引水隧洞全长18.713km，隧洞开挖断面为马蹄形。隧洞开挖至
（隧）10+285m处，岩石变差，出现垮塌，塌体高度达5～7m。垮塌处岩性以厚～巨厚层状变质砂岩为主，弱风化，岩体内发育有宽1～1.5m左右的断层挤压破碎带，破碎带走向与洞轴线呈小角度相交，主错带连续分布10～30cm灰白色断层泥及糜棱岩；上盘影响宽2～2.5m，岩体挤压破碎，蚀变软弱，手抓即散；沿带地下水呈滴状渗出。受断层挤压破碎带的影响，该洞段围岩稳定性差，属Ⅴ类围岩。
二、 施工方案
（一） 垮塌段处理方案一：大管棚法施工
1、管棚施工参数设计
1.1管棚的长度
根据现场垮塌的长度和管棚轴线上仰角，拟定管棚长20m；
1.2管棚间距
根据现场垮塌体的破碎程度，并结合其它类似经验，拟定顶拱管棚中心距控制在35cm内，边墙管棚中心距控制在40cm内；
1.3管棚材料选用
根据垮塌物理性质和目前的施工手段，并结合市场物质的供应及经济效益选用Ф108钢管内置入Φ28螺纹钢，并注入水泥浆，以形成钢管桩棚，确保足够的刚度；
1.4固结灌浆
所有管棚施工完成后，再由上至下，由中向两边开始注浆，使注入的水泥浆向管棚四周扩散，并产将其固结，便于下步开挖。注浆压力因其是松散垮塌体，一般应控制在0.4Mpa～0.6Mpa之间，水灰比1：（1~0.6）之间，由于有少量渗水，注浆时掺入一定比例的水玻璃，水泥：水玻璃=1：（0.02~0.10），具体可根据现场情况调整；
1.5管棚仰角的选择
因隧洞垮塌段后部已作支护，为不侵占支护断面，结合施工设备特点，顶拱每根管棚仰角定在5°～8°之间，两侧边墙管棚侧向左、右3°～5°；
1.6注浆孔制作
为保证灌浆在每段都能达到效果，注浆孔直径选择Ф12、间距40cm，梅花形布置。
2、管棚施工工艺
2.1管棚施工顺序
工作面封闭（10cm厚C20喷砼支护）→工作台架设→管棚定位并确定轴向标志→架设钻机→钻孔施工→高压风清管→置入钢筋→注浆→清拆工作面转入开挖施工程序
2.2施工方法
为保证施工人员和设备安全并为下步注浆提供条件，对工作面进行C20喷砼进行封闭，并采用脚手架搭设工作平台，测量放样定点；因该段垮塌松散体夹杂有大小不均的各类岩石，且岩石的可钻性在5～6之间，直接施工进入和成孔后再置入Φ108钢管这种施工工艺无法实施，故采用KSZ100D电动潜孔钻机，Ф110偏心锤跟进管钻进施工工艺来完成；管棚钻孔达到设计深度后，退出偏向时，将管内碎石、粉尘采用高压风清除，然后置入Φ28钢筋于Ф108钢管中，最后用止浆阀封孔灌浆，使管棚圆周50cm范围内达到固结。
（二） 垮塌处理方案二：超前小导管法施工
1、施工程序
架设上台阶拱支撑
开挖上台阶
预固结灌浆
打超前花管棚

焊接连接筋
打锁脚锚杆
架设竖支撑
下台阶开挖

挂网喷砼

2、施工方法
2.1打超前小导管
超前小导管选用φ32mm钢管，长度L=6.0m，环向间距为30cm，外仰角为8°~10°搭接长度不小于1.5m，钻孔设备为YT-28型气腿钻机。
2.2预固结灌浆
通过超前小导管边钻孔边灌浆与一钻到底再灌注相结合的施工方法。自进式锚杆规格为φ32mm，L=3.0m，1.2m×1.2m；浆液采用掺入4%CaCl2的水泥浆，浆液配比如下：
水泥：水玻璃=1：（0.02~0.10）
水泥浆水灰比（水：水泥）=1：（1~0.6）
水玻璃浆35Be°（波美度），模数2.4，比重为1.25g/cm3
浆液----水泥：水：CaCl2=1：（0.4~0.55）：（0.02~0.10）
压力：初始压力0.4Mpa，结束压力为0.8Mpa
2.3人工开挖上台阶
采用人工凿挖法开挖，DLC50C装载机出碴。上、下台阶高差3~4m，上台阶预留土心，以便施工，上台阶工作面距下台阶不超过4m，循环进尺控制在0.8m~1.2m之间。
2.4架设上台阶拱支撑
拱支撑采用I18工字钢制作，拱支撑的中心间距为0.3m~0.35m之间，在工字钢架设过程中，关键是将两榀拱支撑焊缝焊好，并用2cm厚的连接板加强连接。在进行拱支撑安装时，上台阶处设置一个φ48mm钢管制作的1.5m×2.0m×1.5m规格的安装操作台。拱支撑安装到位及时焊接连接筋，连接筋采用φ25钢筋制作，连接筋长度为0.7m~0.9m之间，连接筋环向间距为50cm。
2.5下台阶开挖
仍然采取人工凿挖法开挖，DLC50C装载机出碴，每循环进尺控制在0.6m~1.0m之间。
2.6架设竖支撑
竖支撑采用I18工字钢制作，工字钢间距与上台阶顶拱的工字钢间距一致，并焊接牢固。竖支撑安装连接完后，仍采用φ25钢筋连接成一个整体。
2.7打锁脚锚杆
普通径向锁脚锚杆在一定程度上起着固定拱脚的作用，锁脚锚杆常选用φ25钢筋或φ48钢管，长度一般控制在3m以内，用钻机将锁脚孔钻好后将其打入围岩，露出部位的长度控制在20cm~30cm，将露出部位与钢拱架的拱脚焊接牢固。
2.8挂网喷砼
当工字钢支撑安装了2～3榀时，及时进行挂网喷护。
2.8.1钢筋网安装
钢筋网采用φ8mm钢筋制作，间排距为20cm×20cm，钢筋网和拱架及连接筋之间的连接通过电焊连接，钢筋网应铺设在纵向连接筋与岩层之间，并随受喷面的起伏顺岩壁进行铺设，与围岩的间隙不大于5cm，同时将钢筋网通过焊接与钢拱架连接为整体。
2.8.2喷C20砼
砼喷护厚度为20cm，喷射混凝土面必须保证平整，最好将整个第一次支护的受力骨架覆盖，使第一次支护形成一个受力整体。必要时应在混凝土中加入适量的钢纤维，增强混凝土的柔性强度。
2.9特殊情况处理
2.9.1遇大孤石
当遇到大孤石影响到衬砌断面时，将超前小导管直接穿过孤石，并延结构线打预裂爆破孔，结构线内的孤石部分打松动爆破孔，在将衬砌断面内的孤石破碎后再按常规办法进行施工。
2.9.2第一次支护失稳
通过变形观测如发现隧洞存在竖向变形后，可用I18工字钢在竖向进行支撑、竖向加固支撑之间通过钢筋或小型钢进行连接，使竖撑能够整体受力；
如发现隧洞存在横向变形后，可用I18工字钢在横向进行支撑，竖撑、横撑及其它支撑之间通过钢筋或小型钢进行连接，尽量将加固支撑架设为绗架结构。使竖撑能够整体受力，增强加固支撑的承受力。
无论何种变形，优先考虑在拱脚部位用I18工字钢及时进行纵向加固。如条件许可，砼永久支护应及时跟进，彻底消除失稳隐患。
三、 技术经济比较
经过造价分析，采用大管棚法施工，每进尺一延米造价约3万元，采用超前
小导管法施工，每进尺一延米造价约1.5～2万元。
从进度分析，采用大管棚法施工，组织设备、材料、人员时间长，进度较为缓慢，大概需要40天；采用超前小导管法施工，不需要大型设备，可及时组织材料、人员进行施工，大概需要25天。
四、 结论
经过上述分析后，最终采用了超前小导管法施工，且施工过程中未发现工字
钢支撑发生变形，也未进行钢筋砼加强支护，进展较为顺利，共计21天就完成了整个垮塌段的处理。目前，垮塌段已时过半年，仍未见任何异常情况。