逆作法处理大型隧洞塌方施工技术研究

逆作法处理大型隧洞塌方施工技术研究　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｂｙ　Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　陈卫华　（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州４５０００１）　ＣＨＥＮ　Ｗｅｉ－ｈｕａ　（ＳＩＮＯＨＹＤＲＯ　Ｂｕｒｅａｕ　１　１　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】某一级水电站左岸导流洞塌方处理，采取在钢构混凝土防护棚体系的保护下，自上而下逆作法施工程序完成塌　方段出渣及永久支护，对于类似隧洞工程塌方处理具有借鉴价值。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ｈａｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｃｏｌｌａｐｓｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｔｈｅｌｅｆｔｂａｎｋｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｗｅｈａｖｅｆｉｎｉｓｈｅｄｔｈｅ　ｄｅｓｌａｇｇｉｎｇ　ｉｎ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｂｙ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｒｏｍ　ｔｏｐ　ｔｏ　ｂｏｔｔｏｍ　ｕｎｄｅｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｃｒｅｔｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｈｅｄｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｅｆｆｅｃｔｏｎｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｓｉｍｉｌａｒｔｕｎｎｅｌｃｏｌｌａｐｓｅ．　【关键词】大型隧洞；塌方；处理；技术研究　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｌａｒｇｅｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｌｌａｐｓｅ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｔｕｄｙ　【中图分类号］Ｕ４５５．４　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７—９４６７（２０１８）０１．０１６９．０３　［ＤＯＩ］１０．１３６１６￣．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１８．０１．０５５　１项目概述　绿片岩、煌斑岩脉及小断层分布，对“人”字形构造拱脚的切　割，在长４ｍ和６ｍ系统锚杆完成后、进行底板混凝土浇筑期　某一级水电站左岸导流洞，断面为城门洞型，衬砌后尺　间，导流洞弯段深部岩体滑动、挤出变形。在长锚杆加固支护　寸为１５ｍｘ１９ｍ（宽Ｘ高）。洞身长度ｌ　２１４．３５９ｒｎ，进、出口底板高　处理的过程中，导流洞ｋ０＋４３０￣ｋ０＋５５０段浅层支护系统失　程分别为１　６３８．５０ｍ和１　６３４．ＯＯｍ。整个导流洞按双弯道布置，　效，发生大规模塌方，塌方长度１２０ｍ，洞顶以上塌穴高度约　由进口引渠段、闸室段、渐变段、洞身段、堵头段、洞身段和出　２２ｍ，最大宽度４０ｍ，塌方总量约４Ｏ　Ｏ００ｍ￣。　口引渠段组成。洞身分３层进ｆ译断挖，每层开挖过程中根据　２，２塌方需要解决的主要技术问题　围岩情况及时进行１次锚喷支护，喷１Ｏ～１５ｃｍ厚的钢纤维混　凝土，２次永久支护采用６０～１２０ｃｍ厚钢筋混凝土全断面衬　１）该导流洞塌方洞段岩层以薄～中厚层状为主，小断层、　砌，其中边顶　睬用Ｃ３０混疑土，底板为Ｃ４０聚丙　混凝土。　节理裂隙发育，岩体结构以次块～镶嵌结构为主，部分碎裂结　由于导流洞规模较大，边墙高达２０ｍ，两组裂隙切割形　构，总体上完整陛较差；岩层走向近平行洞轴线，以ｆｄ２４断层、　成的三角体、楔形体存在向洞内滑移的潜在因素，尤其是层面　煌斑岩脉为代表的软弱结构面与绿片岩层面．ＮＥ向裂隙、ＮＷ　结合较差的绿片岩、煌斑岩脉等软弱面的存在及小断层分布，　向裂隙的组合位于塌落拱的支座底部，使其上方由层厚约　加　地下水禾嚅砬力的作用，导致右边墙　ａ急，进币召　】贡拱塌方。　２０ｃｍ左右岩层形成的“人”字型塌落拱不稳定的块体更具安　全隐患，受其他洞段爆破的影响或施工的扰动，极易发生掉块　２塌方现状及需要解决的问题　和坍塌。因此，塌方处理阶段不扰动塌落拱，并保证其稳定是　２．１塌方现状　塌方处理能否成功的关键所在。　由于导洞洞室边墙高达２０ｍ，边墙出露层面结合较差的　２）塌方处理最重要的措施是形成人员、施工机具进入塌　【作者简介】陈卫华（１９７３一），男，河南郑州人，高级工程师　从事水　穴内的安全通道，保障人员、设备受塌方威协时能安全撤离。　利工程研究。　该导流洞塌穴内形成的“人”字型拱支座在塌渣体的掩埋保护　１６９　Ｉ工程建设与设计　ｌ　Ｃｏｎｓｔ￣ｔｌｏｎ＆Ｄｅｓ　Ｆ０ｒ脚ｅｅｌ　下处于相对稳定期，充分利用这一有利条件，采取钢构混凝土　结构对两侧支座进行强支撑，并形成可靠的安全防塌棚护结　构，既可取得塌方处理生命线的畅通，又可完成对“人”字形塌　落拱的支撑转换，即“入”字型塌落拱由塌渣体的挤压形成的　临时稳定由钢构混凝土与塌落拱形成刚性的近似三角形稳定　结构替代，完成该项措施后，即使清渣也不会影响上部“人”字　型塌落拱的稳定，可为后续塌渣体的清理创造条件。　３）在塌渣体上浇筑的钢构混凝土结构全部由塌渣体承载　，清理塌渣体时需要进行支撑转换，即在塌穴内处理渣体时，　将钢构混凝土的支撑由渣体支撑转换为边墙悬挂和钢构混凝　土下方设置的支撑柱承担，托换柱的设置和锚固体的加固成　为成败的关键，尤其是塌方洞段局部边墙塌方高度达１２ｍ左　右，需要进行专门的边墙塌渣体灌浆加固，并采取加大锚固深　度的方式进行加固处理。　３主要施工技术方案　３．１塌穴内安全棚护搭设　将塌穴内两侧的渣堆整理平缓后，利用洞顶塌方后形成　的空腔，在渣堆上安装工字钢支撑。钢支撑间距５５ｃｍ左右，采　用Ｉ　２０Ａ型工字钢制作，控制钢支撑净空尺寸大于隧洞设计　开挖断面５０～１００ｃｍ之内，在保证钢支撑与混凝土浇筑形成　的钢构混凝土结构不占隧洞设计断面的同时，使钢构混凝土　结构形成后具有防止再次塌方的冲击能力。在钢支撑架立后，　如钢拱架顶部仍有小于３００ｃｍ左右的空腔，则在安装的钢支　撑顶部增加钢支撑复拱，根据空穴表面形状调整复拱顶部圆　弧段半径，使复拱与围岩表面支撑密贴；必要时，在复拱与围　岩缝隙间加楔块顶牢；如钢拱架顶部空腔大于３ｍ，安装复拱　存在安全风险，则先利用钢支撑快速形成钢构混凝土拱后，再　利用其具有的支撑作用，在顶部空腔内回填轻质混凝土，防止　塌方再次发生后的冲击破坏，同时，通过减小塌穴顶部塌落拱　的跨度，保证塌落拱的稳定。钢支撑间采用ｃｂ２８ｍｍ螺纹纵向　连接筋焊接成整体，连接筋间距７５ｃｍ，钢支撑在加工厂加工　成型，分段焊接连接钢板，连接钢板为ｌ０ｍｍ厚钢板。局部洞　段塌穴空腔较高，钢支撑采用双层工字钢组合梁，两层工字钢　间距５０ｃｍ，每根梁在安装时分段组装，螺栓连接，接头钢板厚　１０ｍｍ，螺栓间距１５ｃｍ。　３．２塌穴安全棚护刚构混凝土结构浇筑及塌落拱支　脚的加固　１７０　塌穴内钢支撑安装完成后，利用钢支撑挂５ｃｍ厚的圆弧　模板成型钢构混凝土。圆弧模板每块长１００ｃｍ，圆弧方向宽度　３１．４ｃｍ，采用８　铅丝与钢支撑绑扎牢固，作为模板的固定与支　撑。模板安装采用钢管脚手架辅助，钢构混凝土顶部混凝土一　次浇筑厚度超过１００ｅｍ时，将钢管支架固定牢靠作为模板支　撑。模板安装完成后，即可浇筑钢支撑顶部混凝土，使之形成　钢构混凝土。　钢构混凝土采用泵送混凝土浇筑，混凝土采用具有高流　动性的自密实混凝土。为便于混凝土振捣密实，在钢支撑拱排　架下方安装３～４台附着式振捣器，附着式振捣器梅花型布　置，布置在拱脚和顶拱部位。混凝土浇筑时，控制钢支撑顶拱　混凝土厚１　００ｃｍ左右，并对钢支撑两侧混凝土加强振捣，以保　证混凝土与围岩紧密结合，并形成必要的雍高，以加强对拱脚　的保护，并使其对围岩的支撑具有“仰拱”的作用。　３．３刚构混凝土棚护结构边墙基础固结灌浆　塌方体上部固结灌浆随钢构混凝土边顶拱衬砌完成后及　时跟进。其主要工作内容为：测量定点？脚手架搭设？钻机就　位？分序造￣Ｌ？ＴＬ内处理？洗孔？分序灌浆？检查孔施工？拆除脚　手架。　边墙固结灌浆孔深一般５ｍ，局部边墙坍塌后，灌浆孔深　加深至１５ｍ，灌浆孔采用潜孔钻造孔分两序施工；每孔自上而　下分段灌浆，段长５ｍ。固结灌浆开灌水灰比采用１：１，按照固　结灌浆施工规范采取变浆或越级变浆措施，灌浆结束标准为：　在灌浆压力达到０．５ＭＰａ后，吸浆量小于０．４Ｌ／ｍｉｎ再连续灌浆　３０ｍｉｎ后，即可结束该孔灌浆转入下一孔灌注。　固结灌浆随钢构混凝土自上而下逆作法分层进行，为避　免按层分区，灌浆时下部塌渣体内浆液流失，每区灌浆时，先　由该区下部孔开始逐孔由下而上进行，下部灌浆孔灌浆时，如　单孔吸浆时大于５ｔ后，灌浆孔可采取限流、间歇方式灌注，必　要时加速凝剂减少灌浆纯灌时间，防止浆液流出所需固结体　外造成损失。　３．４刚构混凝土结构上部的锚固　采取钢构混凝土结构对塌落拱进行支撑加固、并完成本　层边墙塌渣体固结加固后，及时对钢构混凝土形成的稳定拱　圈布置锁脚或悬挂锚杆锚定。每衬砌段次锁脚锚杆每侧两组，　按照设计要求的间距施工系统预应力锚杆，预应力锚杆采用　中空自进式ｃｂ３２ｍｍ、Ｌ＝１２ｍ高强材质锚杆。考虑到钢构混凝　土结构为逆作法施工，钢构混凝土结构以及上部可能的塌渣　体重量由锁脚锚杆承担明显过于单薄，为增加锚杆的抗剪能　力，在设计预应力锚杆间距不变的情况下，增加４￣３２ｍｍ普通　长锚杆，间距同预应力锚杆；钢构边墙混凝土与围岩接触面按　照设计要求的长锚杆、锚筋桩支护参数进行施工，锚杆间排距　调整为１５０ｃｍ。即锚杆采用Ｏ３２ｍｍ、Ｌ＝１５ｍ，锚筋桩采用３根　ｑ￣３２ｍｍ、Ｌ＝Ｉ５ｍ。　３．５塌穴内渣体的清除与刚构混凝土结构支撑体系　托换　３．５．１钢构混凝土棚护结构逆作法施工原理　本隧洞逆作法施工利用楼房建筑逆作法施工原理，即钢　构混凝土棚护结构逆作先以型钢柱作为中间逆作柱，利用隧　洞边墙布置锚固件将钢构混凝土边墙与之锚固在一起，并布　置逆作柱作各层面的支撑承重，先对塌穴塌落拱采取拱架支　撑，然后转为钢构混凝土对塌落拱进行对撑、支座加固，进而　减小塌落拱跨度与坍塌的频率，同时，为进入塌穴内工作提供　安全通道，并把逆作柱逐层处理为钢构混凝土边墙托换，塌穴　内渣体及逆作柱承受临时施工的全部荷载，并以此完成该界　层下各层组织施工的一种施工方法。　３．５．２塌穴内渣体清除及支撑体系托换　石渣清理按每侧每次清理高度按５ｍ左右控制。清理过　程中，每一榀钢支撑支腿出露后及时焊接加长支腿至底部渣　体面，下部设混凝土预制垫块与渣体间隙捣实，以便钢构混凝　土将顶部承载传至下部渣体；清理完成后，先完成边墙ｌｍ厚　工字钢混凝土浇筑，混凝土浇筑完成后，按照１．５ｍｘ１．５ｍ的间　距安装３根ｔｂ２８ｍｍ锚筋桩或锚杆，作为悬挂和挟持上部钢　构混凝土的主要承载结构。钢构混凝土边墙每层自上而下施　工时，上部混凝土支撑体系的转换过程均由渣体承担逐步向　侧壁围岩锚杆、锚筋桩及型钢柱转换，最后由锚杆、锚筋桩、型　钢柱及其边墙混凝土共同承担。　塌方洞段ｋ０＋４９５断面渣体顶部比设计洞顶高１　５ｍ左右　（ＥＬ１６７２），ｋ０＋６２５　ｋ０＋４９０段按照２０％的坡道修筑出渣道　路，先沿左侧修筑施工便道，然后分层清理右侧石渣，进行边　墙支护。　Ｋ０＋４６０￣ｋ０＋４９０段采用两台反铲接力出渣，两平台高差　７ｍ。只要边墙出露，立即进行工字钢接腿并浇筑混凝土加固，　每次单独搭设脚手架。该段ＥＬ１６５７以上边墙分３次浇筑，在　体形上保证加固混凝土外表面与塌方边墙倾角基本一致，防　止在下接过程中增加不安全因素。　ｋ０＋４３６￣ｋ０＋４６０段在完成顶拱工字钢混凝土支护后，先　进行锁脚锚杆施工，然后解决施工通道问题。因上游渣体原来　采取固结灌浆形成上半洞后，采取钢构混凝土结构与之相接，　两个断面相接处断面高差较大，使上游失去了向下游继续处　理的通道。在上游完成ｋ０＋４１４￣ｋ０＋４３６断面钢构混凝土施工　后，再向下游开挖，采取漏斗溜渣方式，高处出渣通过溜渣至　下部后，再重新在下部装车运出。两级台阶开挖高度达２０ｍ，　采用反铲接力开挖。　３．６塌方段洞室混凝土衬砌　混凝土衬砌随塌方段处理逐步展开，混凝土衬砌采用４　台６ｍ长液压钢模台车，４台钢筋台车，８台混凝土泵，１５辆混　凝土搅拌运输罐车。按常规洞段衬砌混凝土施工模式进行。　３．７塌方段衬砌混凝土顶拱回填灌浆　塌方洞段衬砌混凝土浇筑完成后，衬砌混凝土与钢构混　凝土间收缩缝采取回填灌浆进行处理，回填灌浆采取常规回　填灌浆方式，灌浆压力控制在０．３ＭＰａ，浆液浓度采用３：１；　ｌ：ｌ；０，６：１三级。灌浆结束标准：在设计压力下，单位注入量　小于０．４Ｌ／ｍｉｎ，再连续灌注３０ｒａｉｎ结束。　４取得的效果　采用钢构混凝土棚护防护体系自上而下逆作法施工方　案，应用于该导流洞特大塌方处理后，工期优势明显，左岸导　流洞１２３ｍ塌方段仅用４７ｄ就在塌穴内形成了１条安全通道，　克服了抢险施工支护人员的恐怖心理，有利于施工效率的提　高。　该方案具有安全高效的优势，在塌方段处理施工过程中，　虽然塌穴内又发生了四次塌方，但由于有钢构混凝土棚护结　构的防护，未发生人员伤亡。按照国内外类似工程塌方处理的　情况，该洞段塌方处理认为需要很长时间完成，多名专家建议　该隧洞不参与工程截流时的导流，枢纽前期启动按照１条导　流洞截流方案制定相关总体规划。但经过钢构混凝土棚护自　上而下逆作法进行中的优化并认真实施，不但成功完成了塌　方处理的预期目标，而且实现了按期过流，获得了很好的的社　会效益。漱　【收稿日期］２０１７．０６．０３　１７１