熊杰
四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都温江611130
摘要：受工程地质条件及施工操作等因素的影响，在引水隧洞开挖过程中常会出隧洞坍塌现象，对工程安全性带来巨大的威胁，并导致大量的工程经济损失。本文依托于引绰济辽工程引水隧洞施工，以该工程施工时遇到的塌方现象及处理方法为研究对象，深入探讨了“CFG桩+管棚支护”在处理引水隧洞坍塌中的应用效果，为我国隧洞施工及塌方处理提供了一定的借鉴意义。
关键词：CFG桩，引水隧洞，塌方处理，水利工程
作者简介：熊杰（1981.10-），重庆人，汉族，本科，高级工程师，主要从事水利水电工程施工监理工作。
Application of CFG pile in collapse treatment of diversion tunnel
XIONG Jie
(Sichuan Ertan International Engineering Consulting Co., Ltd., Wenjiang 611130, Chengdu)
Abstract: Due to the influence of engineering geological conditions, construction operation and other factors, tunnel collapse often occurs in the process of diversion tunnel excavation, which poses a huge threat to the safety of the project and leads to a large number of engineering economic losses. In this paper, based on the construction of diversion tunnel in Liaohe water diversion project, taking the collapse phenomenon and treatment methods encountered in the construction of the project as the research object, this paper deeply discusses the application effect of "CFG pile + pipe shed support" in the treatment of diversion tunnel collapse, which provides certain reference for tunnel construction and collapse treatment in China.
Key words: CFG pile, diversion tunnel, landslide treatment, water conservancy project
1工程概况
1.1工程背景
某引水工程隧洞段二标段工程总长度为585.05m，纵向坡比为0.1%，该隧洞段地表填土覆盖厚度较浅，主要成分为泥土、植物根茎、少量碎石及垃圾，整体较松散；泥岩中夹杂有一定的粉细砂及有机质土，整体呈软塑态；全风化玄武岩破碎程度较高，强度低。该隧洞平均设计埋深为20m，隧洞开挖断面为高度5.4m、宽度5.2m，采用机械开挖进行施工。在隧洞开挖施工进行到中段时出现洞顶塌方现象，顶拱脱落超过20cm且存在淤泥掉落，最后出现冒顶现象。
1.2塌方原因分析及难点
经过对设计、施工操作等多个环节的多次讨论及对现场实际情况的调查，发现造成此次引水隧洞施工过程中出现洞顶塌方的主要原因是在隧洞塌方点地表存在一个废弃的老水井，该水井位于处于施工中的引水隧洞中轴线右侧约5m处，直径约1.2m，井深约14m，为早期附近村民旱期灌溉用取水点。由于年久失修，水井附近杂草丛生，因此在前期踏勘中难以发现。
综上，本次隧洞塌方处理工程的主要难点有以下两点：
（1）地下水埋深较浅，而引水隧洞的埋深较大，增加了洞顶上方地层加固的难度；
（2）废旧水井导致引水隧洞附近应力、地层分布等出现一定的变化，在施工前需要再次进行更加详细的地层勘察工作。
1.3方案优选
在出现洞顶塌方现象后，现场管理人员及施工人员迅速采取一定的措施进行处理加固。具体方法及流程如下：（1）首先采用水泥浆回填，但出现浆液凝固速度慢甚至不凝固问题，导致浆液随着地下水流出，无法有效加固。（2）之后采用根管法打管棚，但出现加水进钻时管棚下降问题，无法满足设计支护高度要求。（3）采用地表旋喷注浆加固，仍然出现水泥浆液不凝固问题，无法有效进行加固。（4）最后采用CFG桩形成排桩墙+支撑管棚的方案，成功解决了引水隧洞拱顶塌方问题。
2塌方处理
2.1地表处理
由于水利工程施工场地所处地段属于山区，地势高低不平，因此需要首先对CFG桩设计施工场地地表进行平整，以方便下一步施工操作及机械设备的摆放。施工场地地表平整工作严格按照规范进行，场地面积及位置需要根据排桩的设计施工范围确定。首先，利用装载机对拟施工排桩的场地进行有效平整，再使用混凝土对桩孔外的场地进行硬化处理，以方便桩机等设备移动与原材料的运输、转移。最后，在桩机占用的施工场地的外侧开挖两条排水沟，防止地表水流入塌方体范围，同时也便于施工场地内抽出的地下水的排出。
2.2掌子面封堵
为防止排桩施工时扰动掌子面，在靠近掌子面修建C20素混凝土挡墙风度塌渣体，掌子面发生变形，也可以作为大管棚施工的支撑。先用装载机和自卸汽车除渣，然后及逆行人工配合挖掘机开挖塌渣体。开挖渣体时应注意减少对围岩的扰动，不能造成二次塌方。掌子面封堵挡墙断面图如图1所示，由图可知，掌子面封堵墙能够有效防止塌方体的进一步垮塌于流动，能够起到暂时阻止进一步塌方的作用。
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图1 掌子面封挡墙示意图
2.3排桩墙施工
排桩墙作为隧洞大管棚前端的支撑点，防止隧洞开挖时侧墙坍塌。排桩墙设计桩径为500mm，桩底搞成低于隧洞5m，桩密集排布且桩间距600mm。顺隧洞方向左右两侧各补之一排，两侧排桩中心距离洞室中心距离0.9m，布置方式如图2所示。CFG桩采用长螺旋转钻机造孔，混凝土采用商用混凝土。
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图2 排桩墙平面布置示意图
2.4管棚施工
大管棚施工首先通过地质钻机进行钻孔，同步采用跟管法进行施工。管棚的总长度为18m，其中外露长度为3m，嵌岩的深度为15m，环向平均间距为200mm，能够有效牢靠固定。管棚采用地质管进行构建，每根管长度均为1.0m,管间采用丝扣连接套进行连接。管棚支护的施工采用的是干钻法施工，钻进时采用无水操作。在将管棚安装完成后对其进行封孔灌浆，灌浆压力控制在0.3MPa，水泥浆液水灰比控制为0.5：1。
2.5塌方段开挖支护
塌方段支护开挖主要分为两段，两段均采用采用台阶法及逆行施工。首先进行顶拱的开挖支护，然后进行直墙段的开挖支护。在开展开挖支护施工过程中，为防止掌子面失稳，循环进尺按照0.5m进行，顶拱开挖需要控制长度并及时进行进一步支护，并对底部进行硬化。支护系统采用C20混凝土，喷射厚度为20cm；钢架采用I18钢支撑，长度为0.5m；锁脚锚杆采用直径为22mm的锚杆，长度为4.5m。塌方段开挖支护结构如图3所示。
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图3 塌方段支护结构示意图
2.6施工期安全监测
施工期间，隧洞的安全监测分为地表变形与沉降监测、洞顶变形监测、洞顶沉降监测。其中，地表变形监测主要通过安排安全人员紧密观察地表是否出现列为或明显沉陷；洞顶横向变形采用仪器及逆行检测，每3m设置一个观测；洞顶沉降采用数字水准仪进行观测，施工期每隔2小时及逆行一次观测。若洞内发生较大的沉降变形观测，则根据情况采用锚杆、临时钢支撑等手段开展补强工作，防止变形或沉降过大。
3结论
本文对某引水隧洞工程施工时出现的隧洞塌方问题及处理措施展开了深入研究，研究得出如下结论：
（1）饱和软土或全风化岩石加固处理中采用注浆、旋喷桩等手段效果很差，而采用CFG桩能够达到预期目标。
（2）经过讨论采用CFG排桩墙结合使用大管棚对该隧洞塌方问题及逆行了有效处理，并详细描述了施工过程中的主要流程和关键技术，主要包括地表处理、掌子面封堵、管棚施工、锁口段处理、塌方段支护及施工安全监测，为我国引水隧洞施工时的隧洞塌方问题处理作出了一定的指导作用。
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