水利水電工程輔導(dǎo):隧洞施工流沙處理

　　1.工程概況

　　星云湖、撫仙湖是云南九大高原湖泊中的兩個(gè)姐妹湖，屬珠江流域南盤(pán)江水系。玉溪市星云湖、撫仙湖出流改道工程位于江川縣境內(nèi)，工程建設(shè)的目的是保護(hù)撫仙湖、改善星云湖、滿足玉溪市長(zhǎng)遠(yuǎn)用水需求。星云湖、撫仙湖出流改道工程，即有保護(hù)和治理兩湖污染的效益，又有向玉溪市供水的效益，對(duì)兩湖周邊旅游業(yè)和數(shù)萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉也有直接影響。工程等別為Ⅲ等中型，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（P=5%）設(shè)計(jì)。地震設(shè)防烈度采用Ⅷ度。

　　2.工程地質(zhì)

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標(biāo)段（5 800～11 867.8）圍巖地質(zhì)復(fù)雜多變，共穿越F2-1.F1-1.F1斷層，斷層帶及斷層影響帶圍巖為泥質(zhì)粉砂巖夾泥或泥質(zhì)粉砂巖互層，巖層節(jié)理極為發(fā)育，巖體完整程度較破碎，呈破碎松散狀，部分地段為強(qiáng)風(fēng)化破碎帶，且為含水層，開(kāi)挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間短，頂拱沉降、坑壁易坍塌，墻體在地下水作用下擠脹變形，頂拱易坍方。Ⅴ類圍巖巖層為灰白色泥巖，泥質(zhì)粉砂巖與粉砂巖互層，夾灰黑色炭質(zhì)泥巖，部分地段呈松散狀洪沖積層，地下水位較高，在地下水豐富地段，開(kāi)挖后有涌水涌泥情況，圍巖自穩(wěn)時(shí)間短，頂拱沉降易坍方，坑壁易坍塌，邊墻緩慢擠脹位移變形。

　　3.工程布置

　　根據(jù)二標(biāo)段地形地貌特征，在6 785處部置1#斜井，斜井長(zhǎng)172.1米，坡度21度，與主隧洞6 785斜交36度，1#斜井處于F2-1斷層帶。2#斜井與主隧洞正交于10 757.038，坡度19度，斜井長(zhǎng)196.7米，2#斜井處于F1-1.F1斷層影響帶。出口11 830向進(jìn)口方向施工，11 100～ 830屬Ⅴ類圍巖，圍巖慢性擠脹。

　　4.施工情況

　　4.1 1#斜井

　　1#斜井位于F2-1斷層帶，圍巖為泥質(zhì)粉砂巖夾泥，遇水軟化，在地下水作用下穩(wěn)定性極差，K0 080以里隧洞開(kāi)挖后，已出現(xiàn)較大變形，其變形速率極快，開(kāi)挖至K0 112時(shí)出現(xiàn)地下涌水。

　　4.2 2#斜井

　　2#斜井位于F1-1.F1斷層影響帶，圍巖為粉砂巖互層，節(jié)理發(fā)育、極為松散，遇水極易坍塌，頂拱、坑壁掉塊現(xiàn)象嚴(yán)重，頂拱曾多次坍塌，且不均勻沉降、邊墻噴射砼受?chē)鷰r擠壓開(kāi)裂變形，地下滲水逐漸豐富。

　　4.3 出口

　　出口11 100～11 830屬Ⅴ類圍巖，巖層為灰白色泥巖，泥質(zhì)粉砂巖與粉砂巖互層，夾灰黑色炭質(zhì)泥巖，邊墻緩慢擠脹位移變形，部分地段呈松散狀洪沖積層，地下水位較高，在地下水豐富地段，開(kāi)挖后有涌水、涌泥情況，圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短，已初期支護(hù)段（11 830～11 690）拱頂沉降、邊墻位移變形。

　　5.隧洞流砂段超前支護(hù)

　　5.1 準(zhǔn)備工作

　　在已知圍巖地質(zhì)為流砂地段的條件下，應(yīng)備足鋼軌、焊管、花管、方木、稻草、水玻璃、高標(biāo)號(hào)水泥、注漿機(jī)、噴漿機(jī)、型鋼拱架或鋼格柵，并配置有經(jīng)驗(yàn)的施工技術(shù)人員和和管理人員。

　　5.2 超前探孔

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標(biāo)段11 100～11 830段為Ⅴ類圍巖洪堆擊層，隧洞軸線上有數(shù)十年前開(kāi)采小煤窯洞穴，經(jīng)數(shù)十年的堆積沉降，洞穴內(nèi)淤積為流砂，且分布情況不明。施工過(guò)程中曾在11 690、11 628兩處發(fā)生較大流砂造成地表坍塌。

　　為確保開(kāi)挖爆破過(guò)程中未準(zhǔn)確掌握洞穴流砂準(zhǔn)確位置不至造成坍方，在鉆眼前應(yīng)先打入6米長(zhǎng)焊管作超前探眼，每次探眼不少于5根（頂拱1根，起拱線位置2根，直墻腰部2根），探眼掘進(jìn)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)圍巖較為松軟或流砂、裂隙水從焊管涌出，則應(yīng)采取短進(jìn)尺、若爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、或臺(tái)階法施工，涌水量較大時(shí)應(yīng)多打花管，最大限度將流砂體內(nèi)積水引排。如6米長(zhǎng)超前探孔仍未有效跨越流砂體，則應(yīng)加長(zhǎng)超前焊管和花管長(zhǎng)度。

　　5.3 超前支護(hù)

　　確定流砂層長(zhǎng)度后，在設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線基礎(chǔ)上徑向放大20～40厘米，從起拱線位置打入焊管、花管超前支護(hù)，超前管棚橫向不留空隙，避免流砂從縫隙中滲出，超前管棚縱向嚴(yán)格按平、順、直要求打入。如探孔滲出流砂、涌水，且流砂體方量較大，應(yīng)打入鋼軌超前支護(hù)，同時(shí)在緊貼鋼軌管棚上部打入花管加強(qiáng)引排水。

　　6.隧洞流砂段開(kāi)挖和支護(hù)

　　6.1 臺(tái)階法開(kāi)挖

　　隧洞流砂流動(dòng)性極強(qiáng)，開(kāi)挖過(guò)程中不宜全斷面開(kāi)挖，所有施工應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

　　采用臺(tái)階法先進(jìn)行上半部人工開(kāi)挖，每環(huán)進(jìn)尺不宜大于0.5米，上半部開(kāi)挖后對(duì)滲水位置打入花管排放地下滲水，不宜封堵，對(duì)滲漏流砂位置采用管棚、稻草進(jìn)行封堵，讓流砂內(nèi)滲水從稻草縫隙中滲出，較大顆粒被管棚封堵。根據(jù)已掌握的流砂體流動(dòng)性和涌水、滲水量適當(dāng)控制臺(tái)階長(zhǎng)度，一般3米～5米為宜。

　　6.2 加強(qiáng)拱部縱向支護(hù)

　　由于施工過(guò)程中超前管棚很難控制在同一平面，導(dǎo)致拱部開(kāi)挖后有流砂、滲水滲漏或管棚不能承受流砂體的垂直壓力、擠壓力，造成拱部沉降、位移。隨上半部開(kāi)挖的不斷深入，必須及時(shí)打入第二環(huán)或第三、第四環(huán)超前管棚，直至超前管棚進(jìn)入非流砂巖層，且能夠有效支撐流砂體垂直壓力、擠壓力，并在第一時(shí)間對(duì)流砂進(jìn)行封堵，對(duì)滲水進(jìn)行引排。