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【摘要】本文以卡基娃水电站4#支洞塌方处理施工为实例，具体介绍了超前小导管注浆施工技术，在工程隧道施工中的难点进行了分析，提出了必须严格遵循的施工原则及注浆施工工艺的阐述，以推广应用。
【关键词】4#支洞；超前；小导管；施工；应用
0.概述
卡基娃水电站位于四川省凉山州木里县境内的木里河上游，坝址距小金河口198.5km，距木里县城约200km，工程区所有地层岩性主要为奥陶系下统人公组（O1r）的变质石英砂岩、千枚化板岩及砂质板岩。
1.地质状况
卡基娃水电站4#支洞沿木里河右岸斜坡中、下部布置，隧洞经过地层为奥陶系人公组千枚化板岩夹变质石英砂岩（O1r3），轴线方向与地层走向交角20～40°，地层产状N10～30°W/NE∠35～50°。4#支洞围岩以局部稳定性差的Ⅲ2类为主。岩性以千枚化板岩为主，板岩基本为软质岩，易产生收敛变形，特别是绢云板岩、碳质板岩等在开挖到位若不及时封闭或遇水（在地下水丰富地段）易软化和泥化，围岩性状会迅速恶化。
在开挖至桩号K0+103时，岩层出现明显掉块，出现小面积塌方，由于不断有渗流水流出，而且千枚岩有遇水软化的特性，使得塌方越来越严重，最终形成有一个长度12m，高度5m的空腔，由于塌方仍在继续，当即决定采用超前小导管注浆固结加钢拱架支撑进行处理。
2.施工方案
（1）从塌方量和塌方渣体来看，若采用常规方式或强行钢支撑支护安全系数低，会因为渣体破碎和塌方上方围岩仍在掉块不能成洞，容易发生安全事故，而无法完成塌方处理施工。为此，先在塌方渣体上向前以一定仰角打入超前小导管，再利用超前小导管，将顶拱范围内的渣体进行灌浆固结。形成固结圈，并以施工掌子面支立钢支撑作支撑跟进，形成钢拱架支撑面，钢支撑防护下进行人工清理开挖，向前进尺，后期空腔回填泵送混凝土固结。
（2）小导管制作安装：
为防止隧道开挖时掌子面前方围岩不能自稳而出现坍塌是采用超前小导管预支护的根本目的，就是为了保证隧道开挖的安全。
超前小导管常采用直径为?42mm钢管，壁厚一般为3.5mm。长度有4m，每3m一环，搭接长度不小于1m或，环向间距40cm。注浆孔径为6～8mm，孔距15cm，梅花形布置。前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段，并设置Φ8加劲箍。
利用YT28钻机在隧道开挖工作面的拱部外150°范围钻孔，外插角控制在3°～5°，插入直径为?42mm×3.5mm的无缝钢管，整个超前小导管的布置沿轮廓线形成一伞状保护环。
（3）固结灌浆：
为确定灌浆压力和灌浆范围，灌浆先在未被破坏的塌方渣体上进行试验，以保证取得的实验数据能有效地指导塌方灌浆。
小导管制作参数为4m长的灌浆导管，然后，在塌方渣体上选择一处合适位置，按水平间距1m击入。浆液采用纯水泥浆，水灰比为0.8：1，注浆采用5Mpa注浆泵。开始注浆前，将钢管编好序号，部分作为灌浆孔，部分作为观察孔。灌浆最大压力按0.3Mpa、0.5Mpa、0.8Mpa三种压力控制，当压力达到设定最大值时，则延缓灌浆速度，直到达到最大压力值时，并持续30分钟后，停止灌浆。灌浆结束之后，待水泥浆达到初凝后，按孔序检查其灌浆效果。
灌浆实验表明，当最大灌浆压力按0.3Mpa控制时，灌浆范围为30cm；当最大灌浆压力按0.5Mpa控制时，灌浆范围为50cm；当最大灌浆压力按0.8Mpa控制时，灌浆出现串浆和冒浆现象。由此表明，本次塌方灌浆最大灌浆压力应选择0.5Mpa为宜。
灌浆前，先对灌浆渣体采用喷C20混凝土进行封闭，以减少在灌浆过程中出现漏浆的现象。灌浆按实验确定的灌浆参数施工，灌浆分为I序孔和II序孔，施工时先I序孔后II序孔，自两侧拱角向中间施工。注浆采用孔口注浆管注浆，孔口排气管与注浆管，由阀门来控制开关，排气管采用Φ20塑料管，插入孔底5～10cm处，然后连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与导管间的孔隙，防止漏浆。关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修。
在灌浆过程中，若出现长时间无压力，但吃浆量很大的情况，则出现跑浆现象，应该立即停止灌浆，选择附近的灌浆管继续灌浆。为提高灌浆效果，加快施工进度，在水泥浆拌制过程中加入适量外加剂。
（4）钢支撑支立：
小导管施工完毕后，用人工逐渐向前扒上部石渣，露出固结圈时，停止扒渣，开始进行钢拱架支撑。然后，以此为一个循环，向掌子面进行小导管施工。
由于施工空间较小，为保证塌方安全施工，此后开挖全部采用人工开挖。
钢支撐在塌方处理过程中主要起两个作用：一是支撑小导管，以便于支撑塌方渣体，开挖成洞；二是加强塌方处理过程中的支护，以确保支护稳定。钢支撑分两段支立，先边墙后顶拱，其间距为50cm，自施工掌子面开始，沿洞轴线支立，钢支撑间以连接钢筋连接，并设置锁脚锚杆固定。
（5）回填混凝土：
在考虑洞顶空腔回填灌浆无法达到密实效果时采用泵送混凝土回填。
塌方泵送混凝土回填工作，空腔高度在5m左右，回填厚度也在5m左右，利用预埋1.5m、3m、4.5m钢管进行泵送混凝土的回填工作，一次回填高度控制在1.5m，当1.5m回浆管回浆后，进行移管至后3.0m回浆管，当后3.0m回浆管回浆后再移至前4.5m回浆管，依次进行直至空腔回填密实。最后在进行补充水泥回填灌浆。
（6）施工效果：
整个10m的塌方从事件发生到处理结束，共用了95天。整个施工过程均很顺利，自第二轮小导管开始，施工就进入了一个良性循环。且从灌浆吃浆量来看，除第一轮灌浆吃浆量较大外，其余每轮灌浆吃浆量并不大。
塌方处理结束后，在塌方段设置观测点，对处理完后的塌方面进行观测。通过自塌方处理结束后的连续近一个月的测量观测，塌方面一直很稳定，无变形情况发生。
3.结语
此次塌方处理完毕后，在支洞处理段前10m，又出现一次塌方，塌方情况与此次相似，塌方长度5m。再次采用超前小导管灌浆固结的方法进行塌方处理施工，便很顺利地完成塌方处理。
超前小导管灌浆进行塌方处理，之所以能达到很好的效果，主要原理是：小导管灌浆将顶拱以上1m左右范围内的渣体进行固结，坍塌体由原来的松散体变成了稳定的固结体，形成了稳定的固结圈，再对其进行开挖，在加入了钢支撑、锚杆、钢筋网、喷混凝土等强支护措施，就可以安全地进行相应的其他工序施工，顺利完成塌方处理，使得塌方处理完后的塌方段非常坚固，确保了塌方段在支洞运行中的安全稳定。
本次塌方没有造成人员伤亡，处理速度也较快，对整个电站施工未造成太大的影响。然而，塌方处理无疑是亡羊补牢之举，在工程施工中，我们应该做的还是避免塌方的发生。在隧洞施工过程中，应该进一步加强地质技术管理工作，若发生围岩地质情况变差的情况，应立即采用“短进尺，勤支护”的施工方案，必要时可加强支护，不惜增加工程投入，也要避免塌方和安全事故的发生。
【关键词】4#支洞；超前；小导管；施工；应用
0.概述
卡基娃水电站位于四川省凉山州木里县境内的木里河上游，坝址距小金河口198.5km，距木里县城约200km，工程区所有地层岩性主要为奥陶系下统人公组（O1r）的变质石英砂岩、千枚化板岩及砂质板岩。
1.地质状况
卡基娃水电站4#支洞沿木里河右岸斜坡中、下部布置，隧洞经过地层为奥陶系人公组千枚化板岩夹变质石英砂岩（O1r3），轴线方向与地层走向交角20～40°，地层产状N10～30°W/NE∠35～50°。4#支洞围岩以局部稳定性差的Ⅲ2类为主。岩性以千枚化板岩为主，板岩基本为软质岩，易产生收敛变形，特别是绢云板岩、碳质板岩等在开挖到位若不及时封闭或遇水（在地下水丰富地段）易软化和泥化，围岩性状会迅速恶化。
在开挖至桩号K0+103时，岩层出现明显掉块，出现小面积塌方，由于不断有渗流水流出，而且千枚岩有遇水软化的特性，使得塌方越来越严重，最终形成有一个长度12m，高度5m的空腔，由于塌方仍在继续，当即决定采用超前小导管注浆固结加钢拱架支撑进行处理。
2.施工方案
（1）从塌方量和塌方渣体来看，若采用常规方式或强行钢支撑支护安全系数低，会因为渣体破碎和塌方上方围岩仍在掉块不能成洞，容易发生安全事故，而无法完成塌方处理施工。为此，先在塌方渣体上向前以一定仰角打入超前小导管，再利用超前小导管，将顶拱范围内的渣体进行灌浆固结。形成固结圈，并以施工掌子面支立钢支撑作支撑跟进，形成钢拱架支撑面，钢支撑防护下进行人工清理开挖，向前进尺，后期空腔回填泵送混凝土固结。
（2）小导管制作安装：
为防止隧道开挖时掌子面前方围岩不能自稳而出现坍塌是采用超前小导管预支护的根本目的，就是为了保证隧道开挖的安全。
超前小导管常采用直径为?42mm钢管，壁厚一般为3.5mm。长度有4m，每3m一环，搭接长度不小于1m或，环向间距40cm。注浆孔径为6～8mm，孔距15cm，梅花形布置。前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段，并设置Φ8加劲箍。
利用YT28钻机在隧道开挖工作面的拱部外150°范围钻孔，外插角控制在3°～5°，插入直径为?42mm×3.5mm的无缝钢管，整个超前小导管的布置沿轮廓线形成一伞状保护环。
（3）固结灌浆：
为确定灌浆压力和灌浆范围，灌浆先在未被破坏的塌方渣体上进行试验，以保证取得的实验数据能有效地指导塌方灌浆。
小导管制作参数为4m长的灌浆导管，然后，在塌方渣体上选择一处合适位置，按水平间距1m击入。浆液采用纯水泥浆，水灰比为0.8：1，注浆采用5Mpa注浆泵。开始注浆前，将钢管编好序号，部分作为灌浆孔，部分作为观察孔。灌浆最大压力按0.3Mpa、0.5Mpa、0.8Mpa三种压力控制，当压力达到设定最大值时，则延缓灌浆速度，直到达到最大压力值时，并持续30分钟后，停止灌浆。灌浆结束之后，待水泥浆达到初凝后，按孔序检查其灌浆效果。
灌浆实验表明，当最大灌浆压力按0.3Mpa控制时，灌浆范围为30cm；当最大灌浆压力按0.5Mpa控制时，灌浆范围为50cm；当最大灌浆压力按0.8Mpa控制时，灌浆出现串浆和冒浆现象。由此表明，本次塌方灌浆最大灌浆压力应选择0.5Mpa为宜。
灌浆前，先对灌浆渣体采用喷C20混凝土进行封闭，以减少在灌浆过程中出现漏浆的现象。灌浆按实验确定的灌浆参数施工，灌浆分为I序孔和II序孔，施工时先I序孔后II序孔，自两侧拱角向中间施工。注浆采用孔口注浆管注浆，孔口排气管与注浆管，由阀门来控制开关，排气管采用Φ20塑料管，插入孔底5～10cm处，然后连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与导管间的孔隙，防止漏浆。关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修。
在灌浆过程中，若出现长时间无压力，但吃浆量很大的情况，则出现跑浆现象，应该立即停止灌浆，选择附近的灌浆管继续灌浆。为提高灌浆效果，加快施工进度，在水泥浆拌制过程中加入适量外加剂。
（4）钢支撑支立：
小导管施工完毕后，用人工逐渐向前扒上部石渣，露出固结圈时，停止扒渣，开始进行钢拱架支撑。然后，以此为一个循环，向掌子面进行小导管施工。
由于施工空间较小，为保证塌方安全施工，此后开挖全部采用人工开挖。
钢支撐在塌方处理过程中主要起两个作用：一是支撑小导管，以便于支撑塌方渣体，开挖成洞；二是加强塌方处理过程中的支护，以确保支护稳定。钢支撑分两段支立，先边墙后顶拱，其间距为50cm，自施工掌子面开始，沿洞轴线支立，钢支撑间以连接钢筋连接，并设置锁脚锚杆固定。
（5）回填混凝土：
在考虑洞顶空腔回填灌浆无法达到密实效果时采用泵送混凝土回填。
塌方泵送混凝土回填工作，空腔高度在5m左右，回填厚度也在5m左右，利用预埋1.5m、3m、4.5m钢管进行泵送混凝土的回填工作，一次回填高度控制在1.5m，当1.5m回浆管回浆后，进行移管至后3.0m回浆管，当后3.0m回浆管回浆后再移至前4.5m回浆管，依次进行直至空腔回填密实。最后在进行补充水泥回填灌浆。
（6）施工效果：
整个10m的塌方从事件发生到处理结束，共用了95天。整个施工过程均很顺利，自第二轮小导管开始，施工就进入了一个良性循环。且从灌浆吃浆量来看，除第一轮灌浆吃浆量较大外，其余每轮灌浆吃浆量并不大。
塌方处理结束后，在塌方段设置观测点，对处理完后的塌方面进行观测。通过自塌方处理结束后的连续近一个月的测量观测，塌方面一直很稳定，无变形情况发生。
3.结语
此次塌方处理完毕后，在支洞处理段前10m，又出现一次塌方，塌方情况与此次相似，塌方长度5m。再次采用超前小导管灌浆固结的方法进行塌方处理施工，便很顺利地完成塌方处理。
超前小导管灌浆进行塌方处理，之所以能达到很好的效果，主要原理是：小导管灌浆将顶拱以上1m左右范围内的渣体进行固结，坍塌体由原来的松散体变成了稳定的固结体，形成了稳定的固结圈，再对其进行开挖，在加入了钢支撑、锚杆、钢筋网、喷混凝土等强支护措施，就可以安全地进行相应的其他工序施工，顺利完成塌方处理，使得塌方处理完后的塌方段非常坚固，确保了塌方段在支洞运行中的安全稳定。
本次塌方没有造成人员伤亡，处理速度也较快，对整个电站施工未造成太大的影响。然而，塌方处理无疑是亡羊补牢之举，在工程施工中，我们应该做的还是避免塌方的发生。在隧洞施工过程中，应该进一步加强地质技术管理工作，若发生围岩地质情况变差的情况，应立即采用“短进尺，勤支护”的施工方案，必要时可加强支护，不惜增加工程投入，也要避免塌方和安全事故的发生。