中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030032
摘要：梁式结构和拱向效应同时发挥作用；管棚支护可改善岩体力学性能、加固破碎岩体、形成的半圆形可降低爆破波的冲击、支撑岩体和保证施工安全。
关键词：隧洞工程；不良地质地段；超前管棚支护；
一、总体概况
山西省中部引黄工程是山西省“十二五规划”大水网建设中一项重要的工程，本工程干线自天桥水电站库区取水，供水范围包括四市十六个县（市/区），涉及忻州市保德县；吕梁市：兴县、临县、离石、柳林、中阳、石楼、交口、孝义、汾阳九个县（市/区）；临汾市：隰县、蒲县、大宁、汾西四个县；晋中市：灵石、介休两个县（市）。中部引黄工程包括取水工程和输水工程两个部分。取水工程位于保德县境内，进水塔位于天桥水电站库区上游枣林沟入黄河沟口处左岸，义门镇东北角，距天桥水电站枢纽约1.4km，设计取水流量23.55m3/s，设计最低取水水位830.0m，最高取水水位834.0m。输水工程线路总长384.5km，包括总干线、东干线、西干线以及各供水支线。
2.本标段概况，本标段位于总3#隧洞末端，主要内容包括：总干3#隧洞桩号149+735.10～165+029段（总长15294m）、及37#、38#、39#、40#施工支洞。其中37#施工支洞位于山西省吕梁市临县湍水头镇，38#、39#、40#施工支洞位于山西省吕梁市方山县大武镇。围岩工程地质分类为Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类及土洞段。岩洞段采用城门洞形断面，土洞段采用马蹄形断面。本标段有37#、38#、39#、40#四条施工支洞，由Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类组成。斜井段断面净宽3.65m，交叉段断面净宽2.5m；断面净高3.2m，断面为城门洞形。
二、掌子面塌方、冒顶原因分析
1.原设计隧洞穿过奥陶系中统下马家沟组上段、中段深灰色、灰黑色厚层灰岩夹泥灰岩，岩溶地下水位位于洞底以下，围岩工程地质分类为85%的III类围岩，15%的V类围岩。现场实际围岩为N2砂卵石层、红色粘土及粉砂土，富水，无自稳能力。洞内掌子面前方发生涌泥、涌砂后出现空腔，致使地表发生塌陷。
2.根据现场查看情况分析，该段地表位于环城高速匝道下方，处于路基填挖结合部位，土体松散，稳定性极差。
三、治理原则及施工安排
1.治理原则，在治理施工过程中，隧洞内坚持“探查先行，量测紧跟；先固后挖，稳步推进；疑点必究，及时治理；堵排结合，深部泄压”的原则。地表塌陷范围进行物探，充分掌握地表下方地质情况，制定切实可行的治理方案。（1）探查先行，量测紧跟，先需要掌握灾害源和致灾途径的基本信息，针对性的提出防控对策，信息获取方法主要通过物探和现场检测获得。（2）先固后挖，稳步推进，由于前方围岩松散软弱，自承能力差且富含地下水，必须采用预先加固围岩的措施，根据具体地质和岩层条件，采取全断面帷幕加固的方式。注浆加固后，分上下台阶法开挖，预留核心土，同时开挖过程中对帷幕薄弱环节及时进行小导管补充注浆，以保证施工安全。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（3）疑点必究，及时治理，突水涌砂灾害治理是共生灾害治理的重中之重，防控对策中应当首先考虑水害防控，在注浆和施工过程中，如果出现有涌水前兆信息或其他灾害信息，应及时进行前期治理（打设排水管），将隐患消除在萌芽状态。（4）堵排结合，深部泄压，对于软弱围岩条件下的围岩稳定性控制，特别是发生过突水突泥灾害的影响带，采用深部引洪泄压、浅层系统加固的灾害防控措施，对于水害的治理，采取堵排结合，浅层封堵加固，深部引洪泄压的控制方式，可有效降低围岩荷载，避免塌方或涌水涌泥等共生灾害。
2.施工安排，根据现场实际情况，结合相关设计资料及规范要求，采取永临结合、洞内外兼顾、一步到位、先洞内后地表的总体思路。具体实施分五步：第一步：采取洞内临时封闭加固。第二步：对总干3#隧洞161+838～+852段采取φ108（壁厚6mm）超前大管棚预注浆、φ42超前小导管补注浆等辅助施工措施予以加固处理。第三步：对总干3#隧洞161+842～+675不良地质段进行系统帷幕注浆加固。第四步：总干3#隧洞161+838～+675涌泥、塌方、冒顶段开挖、初期支护完成后及时进行底板及拱墙二次衬砌砼施工（模筑法），尽早闭合成环，确保施工安全。第五步：对总干3#隧洞161+838～162+058已完成初期支护下穿高速公路段进行底板及拱墙二次衬砌砼施工（模筑法），尽早闭合成环，确保施工安全。
四、具体处理过程
1.堆碴反压及封闭掌子面，（1）堆碴反压溜坍体，首先用砂袋拦截、封堵泥石流，然后从洞外运碴反压流坍体，反压过程中先从砂袋处人工进行抛填，逐步向掌子面推进，以稳定流坍体和掌子面，同时采用I16工字钢临时支撑完成拱脚和墙角加固，防止已施工初期支护拱脚失稳。（2）预埋排水管及封闭掌子面，稳定流坍体后，在掌子面和流坍体内预埋φ108排水管，排水管要最大限度顶进，达到直接从流坍体内集中引排的目的。（3）建立三级抽水泵站，及时将洞内积水抽排至洞外，防止积水影响施工安全。完成集中引排水工作后，砌筑封堵墙对掌子面进行封闭。而后采取吹砂、灌浆方式将掌子面与封堵墙之间空隙回填、固结。以增强流坍体的稳定性，确保下一步施工安全。
2.总干3#隧洞161+838～+878段加固处理施工方案，（1）清淤加固：人工配合装载机铲淤泥，装载机运至碴场。将淤泥清理至封堵墙位置。清理过程中，每隔5m采用砂袋封堵，底板浇筑砼进行封闭处理。（2）φ108（壁厚6mm）超前大管棚施工：在桩号总干3#隧洞161+852处施做一环φ108超前大管棚，管棚长度18m，环向间距30cm，外插角45°，拱部180°范围布设。注单液浆来固结松散、软化岩层，提高围岩稳定性，确保下一步施工安全。（3）φ42超前小导管预（补）注浆：总干3#隧洞161+842～+850段施做5环φ42超前小导管，小导管长度5m，环向间距50cm，纵向2m一环，外插角45°，拱部180°范围布设。注单液浆来固结松散、软化岩层，提高围岩稳定性，确保下一步施工安全。（4）总干3#隧洞161+848处封堵墙打开后，对流坍体进行清除，每次清除2m，而后打设φ42超前小导管预（补）注浆，直至清除至总干3#隧洞161+842处。
3.总干3#隧洞161+842～+675段加固处理施工方案，(1)超前探测,采用物探法探测前方及周边围岩水文地质条件。对掌子面前方：30m范围的含水区探测和10m范围的精细探测；隧洞拱顶：15m范围的含水及塌穴探测；隧道侧壁：15m范围的精细探测和30m范围的塌穴塌腔探测；钻孔探测：对物探盲区和探测异常区设计深部取芯钻孔探测和验证。(2)超前帷幕注浆方案,根据探测地质情况，在止浆墙及止浆岩盘防突措施基础上，对总干3#隧洞161+842～+675不良地质段进行系统帷幕注浆加固。超前帷幕注浆划分为7个循环：即总干3#隧洞161+842～+812、161+817～+787、161+792～+762、161+767～+737、161+742～+712、161+717～+687、161+692～+675七段全断面帷幕预注浆。(3)注浆钻孔设计,帷幕注浆加固区段分为7个注浆循环进行实施，每个循环划分为A、B、C三个注浆段长，其中A段加固区段为0～10m，B段加固区段为10～20m，C段加固区段为20～30m，加固范围为开挖轮廓线外5m。按纵向30米一环布置注浆孔，每循环共设31个注浆孔，其中1-19号注浆孔外插角为9°-15°。20-31号注浆孔沿水平方向，外插角为0°。具体孔位根据含水体分布情况进行重点加强注浆。
隧洞超前管棚支护刚性增大，管棚上部活动体移动或坍塌到管棚上，起到缓冲作用，减少二次破坏。另外，在隧洞中超前管棚支护可增强岩面稳定性，安全系数增大，确保施工过程安全。
参考文献：
[1]骆东．超前支护预防塌方及其在金子山隧道中的应用．2015.
论文作者:高玉芳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/18
标签：隧洞论文; 围岩论文; 超前论文; 注浆论文; 断面论文; 帷幕论文; 导管论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;