超前小導(dǎo)管跟管造孔處理塌方段的施工方法

王 強，劉 哲

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

金川水電站位于大渡河上游河段，系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第6級電站，上接雙江口電站，下接巴底電站。金川水電站S211改線公路工程為電站施工期的主要交通干線，主要目的是解決施工期地方交通過壩，工程線路總長5.912 km。公路等級為三級，路面結(jié)構(gòu)型式為水泥混凝土路面。省道S211改線公路沿線沖溝發(fā)育，微、弱風化巖體遍布。金川水電站省道S211改線公路工程新扎溝隧道穿越地層為雜谷腦組上段薄～厚層狀變質(zhì)細砂巖夾含炭質(zhì)千枚巖，巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育，極破碎，呈散體結(jié)構(gòu)，且因洞室走向與巖層走向夾角較小，洞室圍巖穩(wěn)定性較差。在開挖穿越新扎溝口右側(cè)的松坪滑坡體過程中，隧道發(fā)生塌方，初步估計此次塌方段長約15 m，塌方石渣約1200 m3。此次隧道塌方呈現(xiàn)出兩個特征:

(1)埋深淺，塌腔距離滑坡體表面僅50 m。在初期，按照監(jiān)理要求對垮塌石渣進行清理過程中，通過安設(shè)在地表的觀測墩發(fā)現(xiàn):地表發(fā)生整體沉降，累計達8.1 cm。該情況說明塌腔直至滑坡體表面均為勻質(zhì)散體結(jié)構(gòu)，塌腔成拱原理對其并不適用，持續(xù)出運垮塌石渣將會有冒頂?shù)奈ｋU;

(2)施工適逢雨季，由于散體結(jié)構(gòu)透水性極強，石渣含水率極高，若采用注漿，吸漿量勢必受到很大影響，漿液滲透半徑將受到了很大限制。

針對該段洞室所處圍巖的特殊情況，并根據(jù)該工程的特點，采用跟管造孔技術(shù)解決了軟弱巖層或碎裂、松散結(jié)構(gòu)巖體中超前小導(dǎo)管難以成孔的難題，其成本低、效率高。采用超前小導(dǎo)管跟管造孔技術(shù)，可直接進行隧道塌方段開挖。

2 工藝原理

超前小導(dǎo)管跟管造孔技術(shù)的關(guān)鍵是在鉆桿上套裝超前小導(dǎo)管，其工藝原理是利用楔形偏心鉆頭能夠通過鉆機(YT28氣腿鉆)運轉(zhuǎn)使鉆頭正轉(zhuǎn)擴大、反轉(zhuǎn)縮小的原理，將超前小導(dǎo)管取掉尾椎，套在鉆桿上作為跟管鉆進至設(shè)計長度，反轉(zhuǎn)鉆頭，在跟管的護壁作用下順利撤出鉆桿及鉆頭以達到小導(dǎo)管成孔的目的。

3 施工工藝流程

塌方體素噴封閉→超前注漿小導(dǎo)管施工→上層左半幅開挖支護→上層右半幅開挖支護→中層左右半幅開挖支護→下層左右半幅開挖支護。

4 操作要點

4.1 塌方體素噴封閉

主要對坍塌松散的石渣噴C25素混凝土進行封閉，避免因后期施工擾動造成其繼續(xù)垮塌，同時也起到小導(dǎo)管注漿時止?jié){帶的作用。將噴混凝土封閉厚度控制在10～15 cm，在確保能夠有效止?jié){的基礎(chǔ)上，盡可能控制(減少)注漿后塌方段開挖的工作量。

4.2 超前注漿小導(dǎo)管施工

(1)超前小導(dǎo)管造孔。塌方體素噴封閉完成后，用手風鉆按照設(shè)計的環(huán)向間距進行小導(dǎo)管造孔，將小導(dǎo)管孔位控制在一條環(huán)線上。超前小導(dǎo)管漿液滲透半徑初步定為0.5 m。為了確保注漿滲透漿液均處于隧道開挖輪廓外的固結(jié)成拱部位，同時減少其他部位不必要的注漿浪費，將超前小導(dǎo)管造孔的上傾角定為10°～20°。由于成巖條件太差，容易出現(xiàn)卡鉆、塌孔等現(xiàn)象，為確保小導(dǎo)管成孔，采用楔形偏心鉆頭造孔，將超前小導(dǎo)管作為跟管跟進，鉆進至設(shè)計長度后反轉(zhuǎn)鉆頭，在跟管的護壁作用下順利撤出鉆桿及鉆頭的造孔方法進行超前小導(dǎo)管造孔(圖1)。

圖1 超前小導(dǎo)管跟管造孔施工示意圖

(2)超前小導(dǎo)管安裝完成后，對小導(dǎo)管造孔面進行素噴混凝土封閉，厚度為10～15 cm。此次噴混凝土的目的是對孔口和超前小導(dǎo)管管體間的空隙進行封閉，起到止?jié){的作用。

(3)超前小導(dǎo)管注漿。采用ZMB－3型活塞式注漿機，電動機容量:3 kW;電動機轉(zhuǎn)速:1440 r/min;柱塞缸數(shù):1;排漿口膠管內(nèi)徑:32(1.5")mm;進漿口管內(nèi)徑:64(2.5")mm;重量:250 kg;外形尺寸(長×寬×高)1592 mm×480 mm×890 mm;灰漿輸送量:3 m3/h;工作壓力:2 MPa;電動機容量:3 kW;電動機轉(zhuǎn)速:1440 r/min。

注漿時操作注意事項:待止?jié){層有一定強度時方可注漿，以防止?jié){液從各巖面裂隙中反滲出來;要及早、準確地做好各種實驗配合比，現(xiàn)場嚴格控制各種材料用量，精確地配制混合料;漿液應(yīng)先經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾，防止雜物進入注漿泵或進入小導(dǎo)管;嚴格控制注漿壓力，以防壓裂開挖面。注漿機壓力應(yīng)與規(guī)定壓力配套，不宜升壓過快。注漿壓力達到規(guī)定值時應(yīng)穩(wěn)壓一定時間，以利漿液進一步滲縫;配制的漿液應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)用完;注漿壓力:0.3～0.6 MPa(在施工過程中依據(jù)實際情況可進行調(diào)整)。對于吸漿量較大的松散破碎帶，通過調(diào)整漿液濃度、間歇待凝、摻入一定比例的水玻璃或速凝劑進行控制;采用橡膠軟管有效的做好孔口止?jié){(圖2)，與單向閥相比要經(jīng)濟、方便的多(當注漿壓力達到終壓后，及時將套在小導(dǎo)管上的橡膠軟管折彎，用鉛絲捆住即可)，是一種值得推廣的超前小導(dǎo)管孔口止?jié){控制方法。

圖2 橡膠軟管止?jié){示意圖

4.3 上層左半幅開挖支護

注漿完成并待強后，進行上層左半幅的人工開挖(采用風鎬)施工，在處理出工字鋼位置后及時素噴封閉掌子面，以防止掌子面出現(xiàn)滑塌;安設(shè)上層左半幅型鋼鋼架，采用測量儀器確定鋼架架設(shè)位置，連接鋼筋與上一榀鋼架連接，及時固定鎖腳錨桿，將型鋼鋼架間距控制在0.5～0.6 m;對安設(shè)好的型鋼鋼架噴射混凝土，噴混凝土厚度以蓋住鋼架為宜。

4.4 上層右半幅開挖支護

施工方法與4.3相同。注意與左半幅鋼架相接部位的焊接，盡可能采用螺栓連接與焊接并用的方法以確保焊接質(zhì)量。

4.5 中層左右半幅開挖支護

保持上層左右半幅施工超前中層5～10 m的情況下進行隧道中層左右半幅的開挖支護施工。采用反鏟輔助人工進行開挖，每次開挖長度不宜超出2榀鋼架的距離。開挖后及時下接型鋼鋼架，并采用連接鋼筋與上一榀鋼架連接，鎖腳錨桿固定后及時噴混凝土。

4.6 下層左右半幅開挖支護

保持中層左右半幅施工超前下層30 m的情況下進行隧道下層左右半幅的開挖支護施工，施工方法與中層左右半幅開挖支護相同。

5 質(zhì)量安全控制

5.1 質(zhì)量控制

遵照《隧道工程質(zhì)量檢驗評定標準》進行施工過程質(zhì)量控制。施工前，對施工人員進行詳細的技術(shù)交底。施工中所用的主要材料在使用之前必須進行檢驗或試驗，合格并經(jīng)監(jiān)理工程師批示后方可使用。施工過程中必須嚴格按監(jiān)理工程師批示的施工技術(shù)措施進行施工。下一道工序必須在上一道工序經(jīng)過“三檢”后、再經(jīng)過監(jiān)理工程師檢查驗收、合格后方可進行。施工過程中遇到特殊情況時應(yīng)嚴格按設(shè)計方案中的有關(guān)要求編寫出具體的處理方案，及時報監(jiān)理工程師批示，并嚴格按監(jiān)理工程師批示方案執(zhí)行。專職質(zhì)檢員跟蹤檢查全過程的施工質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題，及時整改。

5.2 安全控制

實施塌方處理的施工人員必須遵守隧洞施工安全生產(chǎn)的規(guī)章制度;每天進入工作面時要做好班前安全教育，熟知工作過程中的安全事項，由專職安全人員對施工環(huán)境進行安全觀察，確認安全后，方可批準施工人員進入施工區(qū)，進入施工區(qū)的施工人員必須穿戴好個人防護用具;高處作業(yè)必須配備安全防護設(shè)施;非施工有關(guān)作業(yè)人員不準進入施工區(qū)域;未經(jīng)批準不準任意拆除安全設(shè)施和安全裝置;施工前，加強對機械設(shè)備的檢查和保養(yǎng)，確保設(shè)備的完好率，嚴禁將施工設(shè)備在施工區(qū)域亂停亂放，嚴禁設(shè)備帶病工作;施工用電電源的線路架設(shè)及安裝應(yīng)遵照施工供電的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行;施工現(xiàn)場及作業(yè)點應(yīng)有足夠的照明，應(yīng)配置3～4盞鏑燈進行大面照明，以保證撤離通道的照明。

6 環(huán)保措施

加強對空壓機房的保養(yǎng)與維護，并對空壓機設(shè)備安裝隔音板，以減少嘈聲對周圍環(huán)境的污染。加強自卸汽車的保養(yǎng)維護，減少汽車廢氣的排放。定期對井內(nèi)的反鏟和裝載機進行檢查保養(yǎng)和維護，減少反鏟、裝載機廢氣的排放。在洞口布置1臺軸流式通風機(SFD－1－N010)進行通風散煙。對洞內(nèi)的施工污水集中處理，達標后排放。施工期間，安排人員每天打掃路面，以保持路面清潔。晴天安排專門的灑水車對場內(nèi)施工道路、施工場地和棄渣場灑水，以保證路面不揚塵。運渣車輛的裝車高度不得超過車廂擋板高度;車輛行駛速度一般不大于20 km/h，以減少施工揚塵。生活垃圾集中堆放，并定期運至指定地點。

7 結(jié)語

該施工方法所用的造孔鉆具已經(jīng)獲得了實用新型專利，該施工技術(shù)很好的解決了軟弱巖層中超前小導(dǎo)管成孔的難題，完全保證了超前小導(dǎo)管的成孔率，護壁性能好，鉆進效率高，使超前支護施工的質(zhì)量得到了保證，在很大程度上避免了由于超前支護不足而出現(xiàn)下一循環(huán)頂拱部位的超挖、垮塌現(xiàn)象，施工進度明顯得到提升。在類似地下工程中具有極高的推廣應(yīng)用價值。