浅埋岩溶地段引水隧洞超前注浆技术的应用

内容摘要：结合那坡县上盖水电站引水隧洞出口为岩溶发育区浅埋隧道用超前注浆的方法加固前方岩溶群,形成帷幕,使隧道岩体不再失稳后再施工的工程实例，介绍超前小导管注浆的工法特点、注浆设计及施工工艺、隧洞塌方的处理及隧道开挖的超前预支护等。

关键词：不良地质塌方浅埋超前注浆

中途分类号： B819 文献标识码：A文章编号：

一、工程概况及地质情况描述

那坡县上盖水电站扩建工程主体工程为引水隧洞，全长4623米。隧洞开挖断面为城门型，宽×高=6.5m×7.309m，洞顶圆拱包角125º（见隧洞开挖断面图）。引水隧洞出口为岩溶发育地段，溶洞周围岩层呈单斜状，顺层层状结构，节理特别发育，内部充填着大量流状粘土及石块；溶洞内部充填物极不稳定，一经暴露，就会坍塌，严重影响着工程质量及施工安全。

隧洞开挖断面图

二、工法特点

1、超前小导管注浆加固时，通过分级加压及双液体积比（C/S）来控制凝胶时间，有效地抑制了注浆扩散半径，不致由于岩溶极为发育裂缝大而出现浆液外冒的现象。浆液能够充填满注浆范围内大小不同的岩溶裂缝，结石率高，注浆效果好

2、以注浆的方法加固前方岩溶群,形成帷幕,使隧道岩体不再失稳，施工过程中既保证了施工人员的作业安全，又可使隧道围岩保持原有平衡状态，为岩溶治理提供了一种最为可靠的施工模式。

三、工程实例

（一）、超前小导管注浆在处理塌方的应用

那坡县上盖水电站引水隧道出口在里程K4+582处出现严重塌方，塌方概况描述如下：隧洞拱顶有大量大块孤石塌落，塌方体已将超前锚杆压弯完全变形，并将3榀原有的I14工字钢支撑压坏。初期塌方体掌子面为大块孤石，夹有部分土块，待清理孤石后掌子面塌方体为土夹泥，因塌方体充塞洞内，无法判明前方洞顶塌方漏斗形状及大小，另据观察，山顶地表无沉陷现象。经我们分析，造成塌方原因如下：

1、没有探明拱顶岩层厚度，因而没有认清地质情况，从而而产生麻痹思想，冒险掘进。

2、锚喷支护不及时，没有紧跟扩挖面，使围岩暴露时间过长并受前方爆破扰动，从而引起塌方。

3、塌方段正处在山沟下面：使洞顶土层因季节性流水汇集下渗形成大量滞水，滞水成为充填在土体节理面内的“剂”，破坏了土体的自稳性，从而使塌方发展较快。

事件发生后，施工人员及时撤出施工现场。立即对塌方现场紧急处理：

1、待掌子面塌方稳定后立即组织铲车等机械进入洞内清理孤石及松散土体，割除压坏的钢支撑及超前锚杆，为阻止塌方继续发展，掌子面清理后立即码砌砂包墙以反压和支挡塌方体。

砂包墙照片

2、对塌方体进行加固工艺流程：塌方体掌子面网喷砼封闭塌方体超前导管注浆固结（拱顶以上2m，拱墙两侧外各1m范围为固结轮廓线，见塌方体注浆断面示意图）。

3、掌子面封闭

清理掌子面后，先初喷５cm厚C２０细石砼，绑扎Φ８@200×200mm钢筋网，然后复喷15cm厚C２０细石砼。

4、超前小导管注浆

固结范围内采用Φ40小导管全断面注浆加固围岩，注浆管间距为80×80cm，注浆管呈梅花型布置，注浆管长6m，钢管外端150cm范围内不钻孔，其余450cm范围内梅花型钻设注浆孔(注浆管见注浆管大样图)。注双水玻璃-水泥浆液(水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃比为1:0.5，水玻璃30波美度)，注浆终压为1.0MPa。

注浆管大样图

5、注浆工艺流程

注浆管制作、测量定位、场地平整--钻孔--钻孔检查--安设注浆管--浆液制备--注浆

注浆方式为自上而下分段进行，注浆开始时采取自流式，注浆压力最小为1.0MPa。注浆遵循先中间后周边的顺序进行，注浆时应注意控制注浆压力，防止压力过高使止浆墙开裂。

（二）、超前小导管注浆在隧道开挖过程中的应用

1、开挖岩体超前导管注浆固结（见注浆断面示意图）

（1）、超前小导管注浆

固结范围内采用Φ40小导管全断面注浆加固围岩，注浆管间距为20cm，注浆管长6m，钢管外端150cm范围内不钻孔，其余450cm范围内梅花型钻设注浆孔。注双水玻璃-水泥浆液(水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃比为1:0.5，水玻璃30波美度)，注浆终压为1.0MPa。

（2）、注浆工艺流程

注浆管制作、测量定位、场地平整--钻孔--钻孔检查--安设注浆管--浆液制备―间隔空位注浆

注浆方式为自中心而外扩分段进行，注浆开始时采取自流式，注浆压力最小为1．0MPa，注浆遵循先周边后中间的顺序进行，注浆时应注意控制注浆压力，防止压力过高使止浆墙开裂，在以下三种情况下会出现注浆量很小但压力急剧增高的现象：a、注浆管全部位于孤石中浆液基本上无法注入，压力会立即升高；b、注浆管大部分处于孤石中，只有中部小段在土层中，压力稳定短时间后突然升高；c、注浆管前部分在孤石中后部分在土层中，此种情况压力会逐步升高，但最易破坏止浆墙。

开挖及支护

拱顶120°范围原设计采用的Φ32（L=4.0m）超前锚杆更改为Φ40（L=6.0m）超前小导管，外插角10°。开挖遵循短开挖、强支护的原则，分上下台阶开挖，上下台阶保持不小于3m间距。采用人工配合小机械开挖，上台阶预留核心土，开挖进尺0.3m，边挖边支，支撑采用I16工字钢，钢拱架间距根据围岩情况确定，钢拱架之间布设Φ8@200mm×200mm的单层钢筋网，钢筋网片固定钢筋按每平方米1根布设, 单根长1.5米，及时喷射砼。每循环开挖预留不小于1m的止浆墙，待第二循环注浆固结后再行下一步开挖支护。（见台阶开挖纵断面图）。

台阶开挖纵断面图

四、效益分析

岩溶发育区不良地质的特点在于溶洞周围岩层呈单斜状、顺层层状结构，且节理特别发育，溶洞内部充填着大量流质状粘土及石块，且受到山体压力作用。溶洞内部充填物极不稳定，一经暴露，就会产生坍塌，从而改变周围岩体的受力结构，致使周围岩体失到平衡状态，造成更大塌方。本工法较好地解决了岩溶发育区浅埋偏压不良地质所带来的施工难题，施工工艺简单，不需大型专用施工设备，一般工人经过短期培训即可上岗。与其它方法相比，工程成本低，施工进度快，经济效益显著。应用这套工法内容对岩溶进行治理，效果明显，并且保证了工程质量，施工安全及今后的运营安全。

参考文献：

1. 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》，SL/62-94

2.《水利水电工程施工组织设计手册》，中国水利水电出版社，1997出版