王兴旺

（山西省水利建筑工程有限公司 山西太原 030006）

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程施工V标2#隧洞总长13.84 km，设计流量16.25 m3/s。隧洞为新开挖隧洞，设计纵坡1/3 000，洞内水深 2.97 m，桩号20+250～34+090；7#支洞与主洞交于桩号24+880处，夹角46.95°，支洞进口底高程612m，与主洞相交处洞底高程489m。变更后支洞平均坡度15.2%，长834.92 m。主洞开挖断面为城门洞形，7#支洞控制主洞长3 565 m，其中上游 23+295～24+880，长 1 585 m；下游 24+880～26+860，长1 980 m。Ⅴ类围岩洞段一次支护方式主要为I16（I20a）钢拱架配合超前小导管（Φ42，5 m）、挂钢筋网（150 mm×150 mm）、喷C20混凝土。

7#支洞控制主洞段穿越左家湾～砂金河中条山东侧山前大断裂带（正断层）朱家庄段，断层影响带宽度约1 200 m（桩号24+335.72～25+531，目前已揭露洞段，后续可能会延长。岩体受断层影响和岩浆岩烘烤作用，节理裂隙（劈理）极发育，为松散碎裂结构，呈碎石碎块状，含断层泥、断层角砾，主要为古风化壳强风化的残留混合物，完整性和稳定性极差，且地下水丰富，为含水层。

目前下游（掌子面桩号25+531）已穿越安山岩破碎带，进入下盘劈理化破碎带（断层带）下伏不整合面附近，整个洞室全部被断层泥充填，围岩完整性和洞室稳定性极差，地下水丰富、频繁发生突涌水。

2 桩号325+531塌方应急处理情况

小浪底引黄工程施工Ⅴ标从桩号25+523起，针对岩石呈碎石碎块，含泥量大且地下水丰富等特点，采用上下导洞开挖，上导洞开挖3 m，I20钢拱架支护，间距0.8 m，上导洞共安装9榀钢拱架。2016年12月21日当掘进至掌子面（桩号25+531处），准备安装顶拱钢拱架时，掌子面发生坍塌，空腔体体积约7 m3（长3.5 m，宽4 m，高0.5 m），距右侧起拱点1 m左右位置出现直径约15 cm空洞，并有水和砂从空洞涌出，后方3榀钢拱架顶拱（桩号25+529.7、25+528.9、25+528.1）右侧变形严重，已侵占二衬位置约10 cm。施工中立即采取了水泥砂浆封堵塌方体、钢拱架强支护、水泥-水玻璃双液浆注浆、瑞诺加固材料化灌注浆，洞室基本稳定。

洞室基本稳定后，对稳定的塌方体采取管棚施工，施工过程中，涌水量加大，灌浆效果不理想；在桩号25+526段采取了大管棚施工，隧洞左侧大管棚12m能够成孔并安装管棚管，右侧因岩体出水量、含泥量大，在钻孔5～6 m时孔内出现喷泥水，无法成孔，随后塌方体向上游推移，最大沉降约1 m，最大收敛变形约70 cm，第9榀和第8榀钢拱架间一次支护混凝土出现断裂错台达20 cm，桩号25+523～25+531已开挖洞段洞室一次支护全部破坏，见图1：一次支护破坏后示意图。

图1一次支护破坏后示意图

3 桩号25+531塌方处理方案

施工中针对这种现象进行研究，制定施工方案和施工方法，决定采取于25+519.1～25+520.6段制作止浆墙后，再进行对塌方处理，见图2：止浆墙示意图。

图2 止浆墙示意图

止浆墙浇筑完成后分三段对围岩及塌方体固结灌浆，灌浆材料采用水泥浆，灌浆压力1.5～5 MPa，起灌水灰比 3∶1，分四个比级依次进行灌注，分别 3∶1、2:1、1∶1 及 0.5∶1，共灌入水泥 180.4 t。

掌子面止浆墙注浆加固后，决定采取大管棚、小导管超前支护、钢拱架挂网喷锚、浇筑混凝土边墙的联合支护方式通过该洞段。施工程序：管棚安装及注浆（12 m）→小导管安装及注浆（3 m）→掌子面超前预注浆→上导洞开挖及拱架安装（2 m）→上导洞挂网及喷锚→下部开挖及拱架安装（2 m）→底拱安装及混凝土浇筑→边墙混凝土浇筑→边墙径向注浆→小导管安装及注浆（3m）→开挖5个循环→大管棚下一循环。具体如下：

1）大管棚。止浆墙起拱段搭设管棚采用Φ89无缝钢管，钢管壁厚3 mm，长度12 m，在桩号25+519.1～25+520.6位置（止浆墙处）布设16个管棚孔，间距500 mm，延轴线外倾角 10°～15°钻孔，采用 150型地质钻机或志高420A钻机钻孔，管棚管在钻孔过程中跟进，外露50 cm。管棚施工由顶部向两侧，钻孔完成后，将钻杆与钻头等退出。如遇如突水、突泥，停止钻孔，立即进行灌浆，灌浆完成后在侧面重新钻孔，完成一根管棚安装后进行灌浆，再进行下一根施工。采用水灰比0.5∶1，注浆压力3～5 MPa水泥浆注浆，管棚孔位示意见图3。

2）小导管。小导管与大管棚交错布置，采用手风钻，钻孔直径为Φ42，间距300mm，长3m，外露20cm，以外插角与轴线夹角8.53°打入拱部围岩，间排距1 600 mm，水平搭接长度约1.17 m（根据围岩实际情况调整间距、排距）。超前小导管注浆采用液压双液注浆泵（GZJB），注浆水泥/水玻璃体积比（1∶0.3～1），注浆终压为2 MPa，注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外，小导管示意见图4。

3）掌子面超前预注浆。根据岩面实际情况采用420A钻机钻孔，一次钻孔6 m，外露50 cm，2～6 m钻孔直径Φ73，钻孔排间距1 m。由上至下分两序钻孔、灌浆，灌浆压力5～10 MPa，注浆材料为水泥/水玻璃浆液，体积比 1∶0.5～1。

图3 大管棚孔位示意图

图4 小导管孔位示意图

4）上导洞开挖。根据实际情况机械开挖或小药量爆破开挖，一次开挖进尺0.5～0.6 m，开挖完成立即进行I20钢拱架支护，挂Φ12钢筋网片，网片间距15cm×15 cm，喷护厚度20 cm。

5）下部开挖。上导洞每开挖完成2 m后，对原有已变形钢拱架进行更换，钢拱架全部采用双层I20钢拱架，采用双面段焊连接，焊缝长度不小于15 cm，焊缝间距20 cm，支护完成围岩稳定后，进行下部开挖，开挖一侧即进行下部钢拱架支护，再进行另一侧开挖、钢拱架支护。

6）底拱安装及边墙混凝土浇筑。每完成2 m上导洞及下部开挖支护，安装钢拱架底梁，布设底板及侧墙钢筋，钢筋采用Φ20螺纹钢筋，钢筋加工成L型3 m×2 m，间距40 cm，单层外侧布置，保护层2 cm，再进行底板及侧墙混凝土浇筑。

7）边墙径向注浆。每完成2 m全断面开挖支护及边墙混凝土浇筑，进行侧墙水泥浆固结灌浆，间排距1 m×1 m，孔深 4 m，孔径 42 mm,采用梅花型布置，水泥浆水灰比（3～0.5∶1）注浆，注浆压力约 1.5～2 MPa。

8）随后进行小导管安装及注浆，进行开挖5个循环，待该段大管棚施工完成后，在进行下一个大管棚循环，直至通过该段后再采用原有的施工方法施工。

在施工过程中，配置钻孔班3人、管棚班5人、注浆班7人、开挖班5人循环作业，专职安全员一名，配置150型地质钻机1台、志高420A钻机钻孔1台、手风钻5台，BW250灌浆泵2台，WQ8-65-4潜水1台，200L搅拌机1台。实施每12 m为一循环作业，按照施工程序有序推进。

4 安全措施

1）现场专人负责，现场跟班，发现异常立即采取应急措施，确保人员安全。

2）对所有作业人员进行全面技术、安全交底，使所有作业人员清楚危险源，熟悉应对措施。

3）钻孔时孔口设防护板，有一定的强度，固定牢固，防止钻孔过程孔口喷泥、喷水伤人。

4）注浆时要注意观察已支扩洞段变化，围岩动态，发现异常情况，立即停止注浆或调整注浆压力。

5）每开挖、支护完成0.4～0.5 m，进行检查，满足要求再向前开挖。

6）超前预注浆完成后，必须打5 m深检查孔，检查孔沿周边2 m布置一个，中间视情况随机布置。检查孔内无喷水、喷泥，方可开挖。

5 结语

施工项目部采取了拟定的塌方抢险和处理施工方法和施工过程，制定主要施工环节中出现特殊问题采取的措施，确定施工程序，主要人员、设备的投入及质量安全保证措施。在上级的关怀和大力支持下，依靠项目部的自身努力，克服各种困难，在确保安全的前提下，按照上述的施工方法和施工程序有序推进，目前已成功通过该断层塌方段。故目前对于采取人工钻爆法掘进的施工隧洞，当遇到岩石呈碎石碎块，含泥量大且地下水丰富的塌方处理时，这种施工方法适宜推广。