WSS技术在引洮供水二期工...洞跨沟软土洞段加固中的应用_孙昊.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 103WSS 技术在引洮供水二期工程八干渠21 22#隧洞跨沟软土洞段加固中的应用孙昊(甘肃引大建设监理有限责任公司，甘肃 兰州 730030)摘要引洮供水二期工程八干渠 21 22#隧洞新增斜井上游在施工掘进至桩号 61+886 时，与隧洞进口已完工段(61+807 32)间剩余 78 68 m 可实现隧洞贯通，但掌子面突然发生大面积塌方，同时左下侧洞壁有泥浆涌出，塌方涌泥至桩号 61+896 3，已无法用铣挖机开挖加临时钢拱架支护方式正常掘进。为了确保施工进度和安全，结合原设计地质资料，借鉴已成功在本隧洞 1#斜井掘进过程中使用的 WSS 加固方法，根据实际围岩情况，重新制定了本洞段地下开挖施工措施计划，提出了二重管无收缩双液(WSS)注浆结合超前管棚支护的注浆加固处理和掘进施工方案，再度实施掘进，掘进过程中根据揭露的地质条件适时调整注浆施工参数。结果表明，WSS 加固方案满足施工质量和工期节点控制要求，解决了隧洞饱水软土洞段支护困难、掌子面突泥等问题。该方案的成功实施，确保了跨沟饱水软土洞段按工期节点完工和施工安全。关键词WSS;软土段;隧洞;加固中图分类号TV554文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0299 04收稿日期2022 11 13作者简介孙昊(1971 )，男，甘肃天水人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工监理工作。1工程概况引洮供水工程是甘肃省内最大的引调水工程，主要建筑物有隧洞、涵洞、明渠等，其中大部分为隧洞。由于引洮工程地质条件复杂，部分隧洞在软弱土围岩中通过，经常遇到突发的工程地质问题，直接影响着工程的施工进度和施工安全。引洮供水二期工程八干渠自总干渠末端大山川分水，渠线沿祖厉河与葫芦河的分水岭向北，经平头川、大沟、土木岘至刘寨结束，干渠总长 76 01 km，自引水口到末端设计流量由 5 0 m3/s 逐渐变小至 1 7 m3/s，全年引水量 4 850 万 m3。其中上段 42 36 km 工程于 2016 年 10 月开工建设，2019 年年底基本完成主体工程施工;剩余工程于 2019 年 12 月完成招标，建设内容包括干渠下段 33 645 km(施工 63 标、64标)，合同工期 36 个月。八干渠干渠隧洞总长 57 91 km，取消长 8 m 的原明洞(62+450 90 62+458 90)后 21#、22#隧洞连通成一条隧洞总长 8 01 km(桩号 60+187 67 68+198 87)，纵坡 1/1 250，开挖断面为高 2 92 m、宽 2 40 m 的三心圆拱形断面;掘进布置新增斜井、1#斜井及进出口 6 个工作面。21#、22#隧洞洞身段主要围岩为砂质泥岩，处于干燥 稍湿状态，属软岩，泥质结构，呈水平薄层状，遇水易泥化、崩解;失水干缩。洞顶以上为离石黄土，棕黄及微红色，中密 密实，有少量孔隙，土质紧密，具柱状节理，土质较均匀，无湿陷;隧洞最大埋深约 133 m，围岩类别为 V 类。要求紧跟掌子面进行一次支护并及时衬砌。鉴于新近系极软岩、饱和杂色黄土状土土洞段的围岩稳定性及变形问题较为突出，隧洞施工过程中应及时支护、加强围岩变形观测并及时反馈观测资料。61+807 32 61+886 段洞顶地表有一条宽度约 100 m的大洪沟，有季节性洪水。沟底高程 1 926 86 m，隧洞底板设计高程 1 892 14 m，洞顶高程 1 894 36 m，隧洞埋深为32 5 m，洪沟区域内地形起伏不平，大小冲沟纵横，地形破碎，沟道内纵向有塌陷裂缝，两岸地现为旱地梯田(图 1)。图 161+807 32 61+886 段洞顶地表21#、22#隧洞设计支护方案是按照非饱和土设计，采用钢筋网片、喷射混凝土、钢拱架、锚杆、补喷等支护措施。2隧洞塌方及处理情况2022 年 4 月 13 日上午 9 时，新增斜井上游掘进至 61+886 处，一次支护完成后掌子面前上方突然崩塌，发生大面积塌方，掌子面瞬间被塌方体全部掩埋，同时左下侧洞壁有泥浆涌出，塌方体涌入洞内长达 5 m，掘进工作完全停止，塌方体为软塑状，棕黄色，处于潮湿状态，无明显渗水，结构疏松，经过碾压，出现橡皮泥析水现象，塌方体取样采用烘干法测得含水率为 24%，稳定性极差。项目部及时把现场塌方情况向监理工程师、设计代表和发包人代表进行了汇报。截止塌方时，21 22#隧洞只剩余 78 68 m(61+807 32 61+886)可贯通，若能及时贯通可实现引洮供水二期工程隧洞全线贯通的阶段目标，也可实现 2023 年初试通水至刘家寨灌溉高标准农田的目标，具有重大的政治意义。塌方处理和掘进刻不容缓。9922023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.32022 年 4 月 14 日，监理工程师、设计代表和发包人代表进洞查看塌方情况，在桩号 61+886 5 处洞顶发生大塌方，掌子面前上方形成大的空腔，要保证隧洞后序安全施工，首先要对塌方段进行加固处理。2022 年 4 月 14 日，项目部按照设代要求积极组织作业人员开始抢险工作。人工铲除清理从洞壁涌入的泥浆，同时人工配合铣挖机从塌方体上层清除一部分淤泥，再在已清开的位置用木板铺设工作通道，确保作业人员不被陷入饱水土中。后在塌方段前缘洞身范围内采用 89*4 mm 超前大管棚加 I12 工字钢超前支护，施作时以外插角 5 10架设于已安装好的拱架顶部(打入点人工凿开喷锚砼)，工字钢长 L=6 9 m/根(89 钢管长 L=6 m/根)，环向间距 10 20 cm，纵向排距 1 50 m 为一环设置(双层，超前支护以紧靠开挖面的拱架为支点，打入工字钢和钢管)形成支护环，为防止开挖时支点拱架向前倾倒，用 22 连接筋把就近的五榀钢拱架(纵向 3 m 间距 50 cm)焊在一起，形成整体;把工字钢和钢管的前端加工成楔形，用铣挖机把每根工字钢和钢管沿开挖面边缘顶入塌方体，将外露的 20 cm 尾部用短工字钢连接焊牢，连成整体，以稳固塌方体形成安全空间。按上述加强超前支护方案加固完成后于 2022 年 4 月 16日进行塌方体清理，边清理饱水土边往外涌动，由于涌动的淤泥压力太大，用作支点的第一榀和第二榀拱架受压倾斜扭曲，超前施作的工字钢和管棚全部下沉并随涌泥一并推进洞内达 4m 之长，至 61+890 位置。该段洞身掘进已无法按常规方法施工，被迫停止施工。2022 年 4 月 18 日，监理工程师、设计代表和发包人代表到现场查看，要求封闭塌方体，防止掌子面涌泥继续外溢;回退 5 m 左右对塌方体下游相邻洞段进行钢拱架拱套拱加固处理、防止支护好的洞段二次受到破坏，保证加固段安全的前提下，再按施工图纸中最强支护断面短进尺、快循环进行开挖支护，必要时采用大管棚(6m 左右)结合钢插板支护措施。施工过程中加强安全检测，确保施工安全。随后项目部组织人员对钢拱架进行拱套拱加密支护，及时封堵塌方体防止涌泥大量涌入洞内，因塌方段洞顶形成空腔，常规的管棚超前支护已无法达到施工支撑要求。2022 年 4 月 25 日，监理监督下又进行塌方体清理，还是越清理涌泥越多，一点进尺没有，于是用编织袋装土双排码放堆堵塌方体;2022 年 4 月 27 日由于涌泥压力过大，人工堆码的双排土袋被掀翻，2022 年 4 月 28 日发包人代表要求在塌方体表面重新挂钢筋网进行喷护封堵(桩号 61+896 3)，防止涌泥涌入洞内过多引起隧洞塌方冒顶。3塌方处理方案及原支护方案调整原设计支护方案是按照非饱和土设计，采用钢筋网片、喷射混凝土、钢拱架、锚杆、补喷等支护措施。由于实施区域为饱水软土层，需对隧洞的软土围岩进行加固处理。如果采用原设计支护方案继续开挖施工，支护难度大，存在掌子面突泥涌水等工程地质问题，存在隧洞可能冒顶的风险，影响工程施工进度和安全施工。此塌方段下游长 80 m 桩号(62+502 62+422)段，洞顶覆盖层为冲沟两侧的滑坡堆积体，滑坡体厚 20 25 m，表面有落水洞及塌陷坑分布，沟道有季节性洪水通过。沟底至洞顶埋深 15 20 m，地表 2 m 以下为饱水软土，含水率27 8%，呈饱和流塑状态，隧洞底板以下约 2 5 m 为砂质泥岩，该段为浅埋饱水软土洞段。经过多方案比选论证，用地表双管高压旋喷桩加固方案替代原支护方案，形成连续搭接的水泥加固体顺利完成了该段的掘进和支护。本塌方及饱水土质洞段地表交通不便，材料、设备无法到达洞地表，再埋深大，用地表双管高压旋喷桩加固方案不科学、不合理、不经济。22#隧洞 1#斜井掘进过程中曾出现较该段严重的地质不良情况，在处理塌方过程中曾发生三次冒顶，项目部采取了二重管无收缩双液(WSS)注浆结合超前管棚支护的注浆加固处理方法顺利完成支洞开挖支护。通过对原支护方案的深入分析，认为原有的方案不能满足隧洞掘进安全和施工进度的要求，不能解决隧洞支护难度大、施工掌子面突泥和隧洞可能冒顶的工程地质问题，需要改进和完善支护方案。施工单位借鉴 22#隧洞 1#斜井塌方处理方案提出二重管无收缩双液(WSS)注浆结合超前管棚支护的注浆加固处理和掘进施工方案替代原设计支护方案，一方面增加洞身土质围岩的强度，另一方面达到止水的效果。通过 WSS 注浆加固有效解决掌子面围岩塌方、涌水、围岩软弱、自稳性差等不良工程地质问题，顺利完成塌方理和饱水土层洞段掘进，效果明显。WSS 注浆时在不改变地层组成的情况下，将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。其渗透及固结特性使土层粘结力(C)、内磨擦角()值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，提高地基承载力，改善围岩的不稳定结构;颗粒间隙充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，达到较好的止水效果。WSS 注浆的特点:(1)浆液凝固时间可控，满足不同地质、不同施工工艺的需求;(2)渗透性良好，特别是对风化岩、黏土层、砂层的渗透性优易;(3)增加岩土的力学性能，提高地基承载力，改善隧道开挖过程中的不稳定岩土，使围岩更加稳定、不塌方;(4)防水性能强，能减少岩土的渗透性和含水层的孔隙度，止水系数可达到 K=10 7 10 8m/s;(5)扩散性能好，有效范围可达 1 2 5 m;固结后不收缩、浆材流失少;无毒，对地下水系不会造成污染。4施工过程4 1施工准备施工程序:首循环为报批施工方案、组织施工队、浇筑止浆墙、人员就位、机械就位、材料进场、拟定参数、分序钻孔、安装注浆管、安装注浆管道、配制浆液注浆、待凝、清理开挖;后序每循环重复浇筑止浆墙至清理开挖过程。二重管无收缩双液注浆(WSS)施工计划于 2022 年 6 月25 开工，2022 年 11 月 25 日完成，总工期五个月，按此进度配置各类施工资源。项目技术负责人会同其他技术管理人员，认真熟悉施工图纸和技术方案，结合本项目特点，制定详细的施工措施计划。开始施工前，进行技术交底，让每一位作业人员熟知施工方法和技术要求;项目部质安部做好作业人员的安全技术交底、进场培训和三级安全教育工作。项目部建立以项目负责人、技术负责人为主的专项工作管理机构，分工明确、责任到人、全面履行合同，形成一个严密、统分结合的有机管理体系，共同管理、指挥、协调、控制二重管无收缩双液(WSS)注浆工程的施工全过程。发包人代003第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月表、监理员驻工地现场履行各自职责。根据本项目特点及施工的特殊性，结合施工经验，为达到工程要求的各项技术指标，本着保质保量、按期完工的原则，项目部选择具有专业基础处理资质、证照齐全、技术过硬、信誉良好、组织严密，有着丰富注浆施工经验的专业施工队伍进行饱水土注浆施工。施工队实行两班制作业，配置普工 10 人，钻工 4 人，注浆工 4 人，机修工 2 人，后勤 1 人，管理人员 3 人，共 24 人。配置 2ZBSB3 0 5/10 15 双液同步注浆泵 2 台，1 m3搅拌罐