论文部分内容阅读
摘要：通过牛栏江—滇池补水工程大五山隧洞桩号35+313～35+323段浅埋洞段塌方处理的成功经验，探索出了一套适合软塑土体含有粉细砂、泥炭质土、有机质土、草煤、淤泥等洞段的塌方处理施工技术，对同类工程施工具有指导意义，可供同行借鉴。
关键词：软塑土；淤泥；CFG桩；排桩墙；套打
1 工程概况
牛栏江——滇池补水工程是一项水资源综合利用工程，主要由德泽水库水源枢纽工程、干河提水泵站工程及泵站至昆明（盘龙江）的输水线路工程组成，大五山隧洞位于输水线路的末端。大五山隧洞桩号35+313位于山体坡脚，为全风化玄武岩与第三系泥岩的交接面，泥岩呈软塑土状，且夹有粉细砂、泥炭质土、有机质土、草煤、淤泥等，该处隧洞埋深约24m。隧洞开挖断面为城门洞型：5.4m（宽）×5.2m（高），施工过程中采用机械开挖，在支立桩号35+313～35+315段钢支撑时发生塌方，刚开始在顶拱出现少量掉块现象，顶拱脱落20cm后出现淤泥掉落，随后大量淤泥倾卸下来，并带有腐臭味，最后出现冒顶现象。经查看地表，在地表塌陷附近距洞顶左侧5m左右有一个废弃水井，井深15m。
2 塌方处理的主要难点
塌方后，采取了回填水泥浆，但出现浆液不凝固现象；采用跟管法打管棚，由于加水钻进时，管棚会出现下沉，不加水时钻进时，管棚长度无法达到设计深度（穿过塌方体需15m）；最后采用从地表对塌方体进行旋喷灌浆方案，由于地层不均匀，且存在有机质土，28天后在孔位附近钻检查孔发现部分孔段有水泥结石、部分为塌方体、部分水泥浆液不凝固，达不到地层固结的效果。
3 主要技术难点研究
（1）由于地层里含有有机质土，水泥浆液不凝固或凝结时间很长，无法在短期内对塌方体加固，针对此问题，根据塌方体内为饱和土体，可采用冷冻法短期因结塌方体，由于其投资太大而放弃该方案，也放弃加固塌方体的思路。（2）针对跟管法打管棚达不到设计深度问题，采取改进设备及工艺的办法，即采用跟管法利用地质钻在管棚内套打将管棚打至设计深度；针对大管棚下沉，采取在首端大管棚下面设临时钢拱架支撑管棚、在末端采用CFG桩形成排桩墻支撑管棚的方案，解决管棚在塌方体里面下沉问题。笔者将常规的一些施工方法进行综合利用，成功地穿过了特殊地质的塌方段。
4 塌方体处理方案及其实施
穿过塌方体的综合方案：（1）先进行地表处理，做好截排水工作，平整场地，为CFG桩施工提供场地；（2）尽量靠近掌子面封堵塌方体；（3）在预估塌方体的前端打CFG桩形成排桩墙，用以支撑管棚末端，排桩墙深入底板以下5m；（4）利用地质钻套打管棚，首级管棚采用φ130钻头跟φ127地质管，当φ127地质管达不到设计深度时，则φ110钻头跟φ108地质管在首级管棚内套打，如φ108地质管还不能打至设计深度时，则换φ91钻头跟φ89地质管再次套打，直至管棚穿过前方排桩墙；（5）在管棚首端采用钢拱架支撑，并浇筑C20混凝土形成拱墙支撑管棚；（6）最后采用超前小导管和钢支撑按照“短进尺、强支护”的原则稳步推进。
4.1地表处理
地表处理根据排桩施工范围而定，利用装载机平整场地，在桩孔外采用混凝土硬化场地，便于桩机移动。在桩机占用场地外挖排水沟，防止地表水流入塌方体范围内。
4.2掌子面封堵
为防止进行排桩施工时掌子面发生扰动，在靠近掌子面修建C20素混凝土挡墙封堵塌渣体，阻挡掌子面发生变形，也可以作为大管棚施工的支撑。先用装载机铲运淤泥装自卸汽车运往渣场，然后人工配合挖掘机挖塌渣体装自卸汽车运往渣场，挖塌渣体时要减小对堆积体整体的扰动，在保证掌子面不发生坍塌的前提下尽量让挡墙更靠近掌子面。挡墙紧贴清理后的塌渣体，在底部打一排Φ22插筋，间距0.5m，L=3m，深入底板2.5m，并在顶拱范围内预埋导向管和排水管，挡墙断面见图1。
4.3排桩墙施工
排桩墙作为隧洞大管棚前端的支撑点和防止隧洞开挖时的侧墙坍塌，桩径为φ600mm，桩底高程低于隧洞底部5m，垂直洞轴线方向在塌方体前端布置两排，梅花型布置，排距为52cm，桩体间距为60cm；顺隧洞左右两侧各布置一排，两侧排桩中心距离洞室开挖轮廓0.9m，桩体间距为60cm；布置方式详见图2。CFG桩采用长螺旋转钻机造孔，混凝土采用商品混凝土，8m?砼罐车运送混凝土，HBT60输送泵入仓。垂直于洞轴线的排桩墙采用排间间隔施工，平行于洞轴线两侧的排桩墙采用孔间间隔施工。
4.4超前大管棚施工
φ108大管棚采用XY-2PC地质钻机造孔，跟管法施工。从隧洞桩号35+309处支护体系内侧开始起钻，外露3.5m，入岩15.5米，前端穿过排桩墙1m，管棚总长19m；管棚外倾角为5°，施工范围为顶拱，环向间距20cm；管棚材质采用地质管，单根管长1.0米至2.0米，管间连接采用带丝扣的连接套连接。管棚采用三级套管施工，钻进时不加水，采用干钻法施工。第一级用φ130钻头开孔、跟φ127×5.5地质管钻进，当第一级钻孔钻至一定深度无法继续向前跟进时，换下一级钻头从套管内重新扫孔至上一级钻孔深度，然后跟管继续钻进（第二级：用φ110钻头钻孔、跟φ108*5.5地质管；第三级：用φ91钻头钻孔、跟φ89*5地质管），直至达到设计孔深。管棚安装好后，对管棚进行封孔灌浆，以加强其抗弯强度，封孔灌浆采用水灰比为0.5：1的水泥浆液，灌浆压力为0.3Mpa。
4.5锁口段施工
为了避免拆除掌子面挡墙时大管棚出现下沉，浇筑2m长的C20临时锁口混凝土，一方面支撑大管棚，一方面对原来的初期支护起保护作用。外露管棚采用4榀钢筋格栅支撑，钢筋格栅间距50 cm，每榀钢筋格栅采用8根Φ22、L=4m的锚杆固定，格栅内外层采用Φ22@50cm连接筋焊接形成整体，在浇筑锁口混凝土前，用彩条布与原支护断面隔离，以便永久衬砌时拆除临时锁口混凝土。临时锁口混凝土边墙顶拱厚50cm，底板厚30cm，锁口混凝土见图3。 4.6塌方段开挖支护
待锁口混凝土强度达到要求后进行塌方段的开挖支护，分为35+307.5～35+313.0段和35+313.0～35+322.6段，两段均按台阶法施工，先进行顶拱的开挖支护，然后进行直墙段的开挖支护，台阶分段长度为1.5米，挡墙混凝土采用小药量松动爆破配合挖机拆除。
35+307.5～35+313.0段在原初期支护内进行，为避免掌子面失稳，循环进尺按0.5m进行，顶拱开挖至大管棚，两侧开挖至原支护面，底部至原硬化的底板，开挖完毕后，及时对掌子面喷C20混凝土厚10cm进行封闭，然后进行系统支护，系统支护参数见表1。
35+313.0～35+322.6段在塌方范围内进行施工，先采用φ48小管棚进行超前支护，然后按0.5m的循环进尺开挖，喷C20混凝土厚10cm封闭开挖揭露面，再进行系统支护，然后进行底板硬化处理。支护措施见图4。
4.7、施工期的安全监测
在塌方处理段地表和洞内监测。地表监测主要是通过肉眼观察，安排专职安全员每天对地表进行巡查，查看地表是否有裂缝和沉陷。洞内监测主要是采用仪器监测，每5m设一个观测断面，在洞顶中心线设置沉降观测点，在距离底板1.5m高处设置两条基线进行周边收敛观测；洞顶沉降观测用数字水准仪进行测量，周边收敛观测用收敛仪进行测量；施工期每天测量一次。
若洞内发生沉降、收敛等变形，则根据情况采取增加连接筋、锁脚锚杆、临时钢支撑等补强措施，或者进行永久混凝土衬砌
5 结语
将CFG桩运用于水工隧洞，成功地通过了特殊地质条件的大塌方段。从此次的塌方处理有几点体会：（1）对于饱合土体且含有机质的地质情况采用回填灌浆效果较差；（2）对于无缝隙的土体中采用旋喷灌浆由于其灌浆压力较小，达不到砂砾石的旋喷效果；（3）对于软塑状土体施工大管棚，要考虑管棚前端是否能支撑住；（4）CFG桩运用于软弱土体的处理是有效的。
參考文献：
[1]康世荣、陈东山等.水利水电工程施工组织设计手册 第二卷 施工技术[M]第一版，中国水利水电出版社：水利电力部水利水电建设总局，1997年。
作者简介：
张彬（19880-），男，汉，项目副经理，工程师，本科，从事水利水电施工技术管理，
刘 聪（1972-），男，汉，工程师，本科，从事水利水电施工技术管理工作.
关键词：软塑土；淤泥；CFG桩；排桩墙；套打
1 工程概况
牛栏江——滇池补水工程是一项水资源综合利用工程，主要由德泽水库水源枢纽工程、干河提水泵站工程及泵站至昆明（盘龙江）的输水线路工程组成，大五山隧洞位于输水线路的末端。大五山隧洞桩号35+313位于山体坡脚，为全风化玄武岩与第三系泥岩的交接面，泥岩呈软塑土状，且夹有粉细砂、泥炭质土、有机质土、草煤、淤泥等，该处隧洞埋深约24m。隧洞开挖断面为城门洞型：5.4m（宽）×5.2m（高），施工过程中采用机械开挖，在支立桩号35+313～35+315段钢支撑时发生塌方，刚开始在顶拱出现少量掉块现象，顶拱脱落20cm后出现淤泥掉落，随后大量淤泥倾卸下来，并带有腐臭味，最后出现冒顶现象。经查看地表，在地表塌陷附近距洞顶左侧5m左右有一个废弃水井，井深15m。
2 塌方处理的主要难点
塌方后，采取了回填水泥浆，但出现浆液不凝固现象；采用跟管法打管棚，由于加水钻进时，管棚会出现下沉，不加水时钻进时，管棚长度无法达到设计深度（穿过塌方体需15m）；最后采用从地表对塌方体进行旋喷灌浆方案，由于地层不均匀，且存在有机质土，28天后在孔位附近钻检查孔发现部分孔段有水泥结石、部分为塌方体、部分水泥浆液不凝固，达不到地层固结的效果。
3 主要技术难点研究
（1）由于地层里含有有机质土，水泥浆液不凝固或凝结时间很长，无法在短期内对塌方体加固，针对此问题，根据塌方体内为饱和土体，可采用冷冻法短期因结塌方体，由于其投资太大而放弃该方案，也放弃加固塌方体的思路。（2）针对跟管法打管棚达不到设计深度问题，采取改进设备及工艺的办法，即采用跟管法利用地质钻在管棚内套打将管棚打至设计深度；针对大管棚下沉，采取在首端大管棚下面设临时钢拱架支撑管棚、在末端采用CFG桩形成排桩墻支撑管棚的方案，解决管棚在塌方体里面下沉问题。笔者将常规的一些施工方法进行综合利用，成功地穿过了特殊地质的塌方段。
4 塌方体处理方案及其实施
穿过塌方体的综合方案：（1）先进行地表处理，做好截排水工作，平整场地，为CFG桩施工提供场地；（2）尽量靠近掌子面封堵塌方体；（3）在预估塌方体的前端打CFG桩形成排桩墙，用以支撑管棚末端，排桩墙深入底板以下5m；（4）利用地质钻套打管棚，首级管棚采用φ130钻头跟φ127地质管，当φ127地质管达不到设计深度时，则φ110钻头跟φ108地质管在首级管棚内套打，如φ108地质管还不能打至设计深度时，则换φ91钻头跟φ89地质管再次套打，直至管棚穿过前方排桩墙；（5）在管棚首端采用钢拱架支撑，并浇筑C20混凝土形成拱墙支撑管棚；（6）最后采用超前小导管和钢支撑按照“短进尺、强支护”的原则稳步推进。
4.1地表处理
地表处理根据排桩施工范围而定，利用装载机平整场地，在桩孔外采用混凝土硬化场地，便于桩机移动。在桩机占用场地外挖排水沟，防止地表水流入塌方体范围内。
4.2掌子面封堵
为防止进行排桩施工时掌子面发生扰动，在靠近掌子面修建C20素混凝土挡墙封堵塌渣体，阻挡掌子面发生变形，也可以作为大管棚施工的支撑。先用装载机铲运淤泥装自卸汽车运往渣场，然后人工配合挖掘机挖塌渣体装自卸汽车运往渣场，挖塌渣体时要减小对堆积体整体的扰动，在保证掌子面不发生坍塌的前提下尽量让挡墙更靠近掌子面。挡墙紧贴清理后的塌渣体，在底部打一排Φ22插筋，间距0.5m，L=3m，深入底板2.5m，并在顶拱范围内预埋导向管和排水管，挡墙断面见图1。
4.3排桩墙施工
排桩墙作为隧洞大管棚前端的支撑点和防止隧洞开挖时的侧墙坍塌，桩径为φ600mm，桩底高程低于隧洞底部5m，垂直洞轴线方向在塌方体前端布置两排，梅花型布置，排距为52cm，桩体间距为60cm；顺隧洞左右两侧各布置一排，两侧排桩中心距离洞室开挖轮廓0.9m，桩体间距为60cm；布置方式详见图2。CFG桩采用长螺旋转钻机造孔，混凝土采用商品混凝土，8m?砼罐车运送混凝土，HBT60输送泵入仓。垂直于洞轴线的排桩墙采用排间间隔施工，平行于洞轴线两侧的排桩墙采用孔间间隔施工。
4.4超前大管棚施工
φ108大管棚采用XY-2PC地质钻机造孔，跟管法施工。从隧洞桩号35+309处支护体系内侧开始起钻，外露3.5m，入岩15.5米，前端穿过排桩墙1m，管棚总长19m；管棚外倾角为5°，施工范围为顶拱，环向间距20cm；管棚材质采用地质管，单根管长1.0米至2.0米，管间连接采用带丝扣的连接套连接。管棚采用三级套管施工，钻进时不加水，采用干钻法施工。第一级用φ130钻头开孔、跟φ127×5.5地质管钻进，当第一级钻孔钻至一定深度无法继续向前跟进时，换下一级钻头从套管内重新扫孔至上一级钻孔深度，然后跟管继续钻进（第二级：用φ110钻头钻孔、跟φ108*5.5地质管；第三级：用φ91钻头钻孔、跟φ89*5地质管），直至达到设计孔深。管棚安装好后，对管棚进行封孔灌浆，以加强其抗弯强度，封孔灌浆采用水灰比为0.5：1的水泥浆液，灌浆压力为0.3Mpa。
4.5锁口段施工
为了避免拆除掌子面挡墙时大管棚出现下沉，浇筑2m长的C20临时锁口混凝土，一方面支撑大管棚，一方面对原来的初期支护起保护作用。外露管棚采用4榀钢筋格栅支撑，钢筋格栅间距50 cm，每榀钢筋格栅采用8根Φ22、L=4m的锚杆固定，格栅内外层采用Φ22@50cm连接筋焊接形成整体，在浇筑锁口混凝土前，用彩条布与原支护断面隔离，以便永久衬砌时拆除临时锁口混凝土。临时锁口混凝土边墙顶拱厚50cm，底板厚30cm，锁口混凝土见图3。 4.6塌方段开挖支护
待锁口混凝土强度达到要求后进行塌方段的开挖支护，分为35+307.5～35+313.0段和35+313.0～35+322.6段，两段均按台阶法施工，先进行顶拱的开挖支护，然后进行直墙段的开挖支护，台阶分段长度为1.5米，挡墙混凝土采用小药量松动爆破配合挖机拆除。
35+307.5～35+313.0段在原初期支护内进行，为避免掌子面失稳，循环进尺按0.5m进行，顶拱开挖至大管棚，两侧开挖至原支护面，底部至原硬化的底板，开挖完毕后，及时对掌子面喷C20混凝土厚10cm进行封闭，然后进行系统支护，系统支护参数见表1。
35+313.0～35+322.6段在塌方范围内进行施工，先采用φ48小管棚进行超前支护，然后按0.5m的循环进尺开挖，喷C20混凝土厚10cm封闭开挖揭露面，再进行系统支护，然后进行底板硬化处理。支护措施见图4。
4.7、施工期的安全监测
在塌方处理段地表和洞内监测。地表监测主要是通过肉眼观察，安排专职安全员每天对地表进行巡查，查看地表是否有裂缝和沉陷。洞内监测主要是采用仪器监测，每5m设一个观测断面，在洞顶中心线设置沉降观测点，在距离底板1.5m高处设置两条基线进行周边收敛观测；洞顶沉降观测用数字水准仪进行测量，周边收敛观测用收敛仪进行测量；施工期每天测量一次。
若洞内发生沉降、收敛等变形，则根据情况采取增加连接筋、锁脚锚杆、临时钢支撑等补强措施，或者进行永久混凝土衬砌
5 结语
将CFG桩运用于水工隧洞，成功地通过了特殊地质条件的大塌方段。从此次的塌方处理有几点体会：（1）对于饱合土体且含有机质的地质情况采用回填灌浆效果较差；（2）对于无缝隙的土体中采用旋喷灌浆由于其灌浆压力较小，达不到砂砾石的旋喷效果；（3）对于软塑状土体施工大管棚，要考虑管棚前端是否能支撑住；（4）CFG桩运用于软弱土体的处理是有效的。
參考文献：
[1]康世荣、陈东山等.水利水电工程施工组织设计手册 第二卷 施工技术[M]第一版，中国水利水电出版社：水利电力部水利水电建设总局，1997年。
作者简介：
张彬（19880-），男，汉，项目副经理，工程师，本科，从事水利水电施工技术管理，
刘 聪（1972-），男，汉，工程师，本科，从事水利水电施工技术管理工作.