牛营隧洞塌方流砂技术处理

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【摘要】牛营隧洞开工以后，由于出现软弱夹层和流砂、渗水，致使工程被迫停工，工程采用了 “超前排水、加强支护、短尺掘进”的技术方案，并总结出了工程施工技术要求。

【关键词】软弱夹层；排水；支撑；开挖

Flow of sand tunnel collapse cattle camp technical processing

Gao Li-qiang

(Pengyang Water bureauGuyuanNingxia756500)

【Abstract】Cattle Camp tunnel after the start, as a result of weak interlayer and flow of sand, water seepage, resulting in project forced to stop the project using the “advanced drainage, strengthening the bracing, short scale tunneling” technology program, and summed up the technical requirements for construction.

【Key words】Weak interlayer;Drainage;Support;Excavation

牛营隧洞是固原市东山坡引水工程的重点工程，也是制约全线贯通的“瓶颈”工程。隧洞全长1157.85ｍ，比降为1/5000，设计流量为1 m3/ｓ，设计底宽为11 m，水深0.63m，隧洞洞身为C20预制钢筋砼三铰拱片，抗渗标号为W4，抗冻标号为F100。工程开工一段时间开工以后，由于出现软弱夹层和流砂、渗水，致使工程被迫停工，发现在施工中仍然存在许多重大技术处理问题。

1. 施工情况及存在问题

2005年5月8日，在进口正常施工掘进的情况下，隧洞出口在223米（桩号17+993）处出现了底部涌水，涌水量达11～12t/h，造成隧洞两侧塌方流沙，平均2m深，隧洞顶部塌高1.3m左右，最大塌方面积达13.3m2，并造成洞底部塌陷4m深的洞穴，建设方及时邀请了专家和有关技术人员对隧洞出口掌子面的塌方情况进行了察看，提出塌方处理方案，采取埋管排水、支护强进和突击出渣的办法，隧洞两侧回填浆砌片石，顶部回填硬杂木和加气砌块，在采取安全措施的情况下，两侧及掌子面1米以下打桩插钢板阻挡流沙，并在底部安装35×70×270cm方框一边掏沙一边下沉至隧洞底部清基高程，然后安装底板，再安装侧拱，平均1天掘进安装1套拱片（0.6m）。隧洞进口从7月21日在669m处出现流沙，日趋严重，虽然采取超前支护，因岩层胶结差，塌方面积增大，右部塌深6米多，岩土和水的混合物类似泥石流流出，且掌子面及洞顶软弱层不断塌落，造成支护的导管随软弱层滑落，原有超前支护方案失败，已无法再进行施工，施工单位于7月30日申请停工。8月2日，进口出现大面积流沙，造成塌方堵塞全部工作面，水量达17t/h，流沙淤积洞内长达200多米，隧洞669m全部有积水，水深在1.5m。8月16日，施工单位开始进场安排抽水清沙，实测淤积泥沙深度在洞内487m处0.4m，在527m处0.8m，掌子面可能淤积到洞顶高度1.9m处，预计洞内流沙淤积量在370m3左右，目前洞内还有142m长的淤积流沙需要清除。

2. 处理措施

根据隧洞进出口出现的涌水流沙而产生的塌方情况分析，现在进出口掌子面相距223m，而且都出现涌水流沙造成洞内塌方，推断为进出口岩层基本属于同一地质结构，属于松散结构地层（砂质泥岩），遇水立即松散，两侧岩层因松动随涌水一起流动，顶部塌高2m多，两侧塌深近3m，采取超前支护措施无法再施工。9月2日，区水利设计院及有关专家与建设、监理、施工单位的技术人员再次进隧洞出口检查时发现隧洞掌子面流沙还在继续涌出，塌体在逐渐扩大，为及时解决牛营隧洞洞内塌方问题，要完成剩余的223米隧洞掘进任务，采取了以下措施：

（1）洞内改线，在进口施工掌子面后退10米与出口施工掌子面连线为掘进施工线，避开进口大塌方和冒顶段，而且节省了工程投资。

（2）制定了“超前排水，加强支护，短尺掘进”的施工方案，采用单层轻型井点降水，每次降深2－3m为1个循环段，基本达到不流沙边坡稳定，支护方法采用简易木支撑和煤矿使用的摩擦柱支撑相结合办法，保证洞内施工安全，每次掘进控制在能安装1套拱片为宜，短尺掘进，逐渐攻克出现的涌水、流沙、塌方地段。

3. 施工技术

为了完成剩余的222m隧洞开挖掘进工程，遵循“超前排水、加强支护、短掘进”的原则，提出牛营隧洞软弱岩层段开挖工程施工技术要求：

3.1超前排水。

洞室大量渗水、涌水的部位，不但容易造成流沙、塌方，而且已影响工程的进度和质量。因此，在水文地质条件恶劣的地下工程施工中，排水成为预防塌方的主要手段。

（1）在掌子面拱片外侧布置井点位置，每侧布置3孔井点安装1台自吸式离心水泵。

（2）井点管埋设可采用钻孔法，埋深3m，间距一般为0.5－0.8m，洞内井点降水每3m为一个循环进尺。

（3）井点管埋设后，要接通与水泵设备进行抽水，检查有无漏水，漏气，淤塞等情况，出水是否正常，如有异常情况应及时检修。水泵安放在拱片外测底部，不允许悬挂在隧洞内侧而影响洞内正常施工。

（4）井点运行要连续抽水，正常出水规律为“先大后小，先混后清”，集水总管安放在洞内顶部，用75mm塑料管分接连接，每接长5m，每隔2.4m设一个连接井点管的接头。

（5）洞内安装4套拱片后，方可拆除井点系统，循环作业。水泵、井点管完好者可连续使用，以降低工程费用。施工的原则是：“勤排水、短开挖、不中断”。采用洞外抽水井降水与洞内负压降水相结合的施工措施，以解决该段开挖掘进中出现的软弱夹层漏水和渗水问题。

3.2构架支撑。

在牛营隧洞工程中缺乏锚喷技术设备的条件下，或为了应急的需要，也可使用木支撑。架设时，应满足下列要求：

（1）支撑应有足够的整体性，接头要牢固可靠，各排之间应用剪刀撑、水平撑及拉条连接。

（2）每排支撑应保持在同一平面上，在平洞中应与洞轴线相垂直。

（3）支撑柱基应放在平整的岩面上。

（4）支撑和围岩之间应用板、楔等背材塞紧。

（5）支撑位置应在衬砌断面以外；

（6）支撑拆除时，应采取可靠的安全措施。

3.3洞室开挖。

（1）在岩体松散、软弱破碎、多水的不良地段开挖平洞时，坚持预防为主的方针，在保证安全和质量的前期下，制定切实可行的施工方案。

（2）在松散、破碎的岩体中开挖洞室，应尽量减少对围岩的扰动。宜采用先护后挖或边挖边护的方法。在四、五类围岩中，应适当减少循环进尺。

（3）在构架支撑圈内采用人工开挖或用风镐开挖，严禁爆破作业，严格控制每一循环进尺为0.6m，以安装1套拱片为宜。

（4）地下水活动较严重地段宜先治水后治塌方。

（5）拱片安装、拱背回填、勾缝灌浆施工仍然执行原来已制定的施工技术要求或施工规范。

3.4塌方处理。

在地下工程开挖中，由于地质情况错综复杂，要求绝对避免塌方事故，往往比较困难。在发生塌方以后，如何安全迅速地进行塌方处理，是地下工程施工中的关键环节。

（1）深入现场观察研究，分析塌方原因，弄清塌方规模、类型及发展规律，核对塌方段的地质构造和地下水活动状况，尽快制定切实可行的塌方处理方案。

（2）在未制定塌方处理方案前，切忌盲目地抢先清除塌体，否则将导致更大的塌方。

（3）对洞内塌方，在塌顶暂时稳定之后，立即加固塌体四周围岩，及时支护结构物，托住顶部，防止塌穴继续扩大。

（4）有地下水活动的地方，宜先治水后治塌方。

（5）认真制定塌方处理中的安全措施，加强安全教育，稍有疏忽，不但会造成工伤事故，还可能使塌方情况恶化。

（6）充分保证塌方处理的必须器材设备供应，避免中途停工。

4. 经验与建议

牛营隧洞“超前排水、加强支护”的施工方法，为本区水利工程隧洞施工提供了成功的范例，施工过程中出现流砂、大量渗水、软弱夹层、复杂的地质条件，给施工带来了许多新的技术问题并都均以成功解决，使工作人员在实践中总结了许多经验，从而保证了东山坡引水工程的质量和本地供水需要。

［文章编号］1619-2737（2012）09-14-220

［作者简介］ 高立强（1973.5-），男，宁夏大学水利水电本科，职称：工程师，工作单位：彭阳县水务局水利，长期从事水利工作。