隧洞施工流沙处理

隧洞施工流沙处理

1、工程概况

星云湖、抚仙湖是云南九大高原湖泊中的两个姐妹湖，属珠江流域南盘江水系。玉溪市星云湖、抚仙湖出流改道工程位于江川县境内，工程建设的目的是保护抚仙湖、改善星云湖、满足玉溪市长远用水需求。星云湖、抚仙湖出流改道工程，即有保护和治理两湖污染的效益，又有向玉溪市供水的效益，对两湖周边旅游业和数万亩农田灌溉也有直接影响。工程等别为Ⅲ等中型，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。建筑物防洪标准为20年一遇（P=5%）设计。地震设防烈度采用Ⅷ度。

2、工程地质

星云湖抚仙湖出流改道工程二标段(5+800～11+867.8)围岩地质复杂多变,共穿越F2-1、F1-1、F1断层，断层带及断层影响带围岩为泥质粉砂岩夹泥或泥质粉砂岩互层，岩层节理极为发育，岩体完整程度较破碎，呈破碎松散状，部分地段为强风化破碎带，且为含水层，开挖后围岩自稳时间短,顶拱沉降、坑壁易坍塌，墙体在地下水作用下挤胀变形，顶拱易坍方。Ⅴ类围岩岩层为灰白色泥岩，泥质粉砂岩与粉砂岩互层，夹灰黑色炭质泥岩，部分地段呈松散状洪冲积层，地下水位较高，在地下水丰富地段，开挖后有涌水涌泥情况，围岩自稳时间短,顶拱沉降易坍方，坑壁易坍塌，边墙缓慢挤胀位移变形。

3、工程布置

根据二标段地形地貌特征，在6+785处部置1#斜井，斜井长172.1米,坡度21度,与主隧洞6+785斜交36度,1#斜井处于F2-1断层带。2#斜井与主隧洞正交于10+757.038,坡度19度,斜井长196.7米，2#斜井处于F1-1、F1断层影响带。出口11+830向进口方向施工，11+100～+830属Ⅴ类围岩，围岩慢性挤胀。

4、施工情况

4.1 1#斜井

1#斜井位于F2-1断层带，围岩为泥质粉砂岩夹泥，遇水软化，在地下水作用下稳定性极差，K0+080以里隧洞开挖后，已出现较大变形，其变形速率极快，开挖至K0+112时出现地下涌水。

4.2 2#斜井

2#斜井位于F1-1、F1断层影响带，围岩为粉砂岩互层，节理发育、极为松散，遇水极易坍塌，顶拱、坑壁掉块现象严重，顶拱曾多次坍塌，且不均匀沉降、边墙喷射砼受围岩挤压开裂变形，地下渗水逐渐丰富。

4.3 出口

出口11+100～11+830属Ⅴ类围岩，岩层为灰白色泥岩，泥质粉砂岩与粉砂岩互层，夹灰黑色炭质泥岩，边墙缓慢挤胀位移变形，部分地段呈松散状洪冲积层，地下水位较高，在地下水丰富地段，开挖后有涌水、涌泥

情况，围岩自稳时间较短，已初期支护段（11+830～11+690）拱顶沉降、边墙位移变形。

5、隧洞流砂段超前支护

5.1 准备工作

在已知围岩地质为流砂地段的条件下,应备足钢轨、焊管、花管、方木、稻草、水玻璃、高标号水泥、注浆机、喷浆机、型钢拱架或钢格栅，并配置有经验的施工技术人员和和管理人员。

5.2 超前探孔

星云湖抚仙湖出流改道工程二标段11+100～11+830段为Ⅴ类围岩洪

堆击层,隧洞轴线上有数十年前开采小煤窑洞穴,经数十年的堆积沉降，洞穴内淤积为流砂，且分布情况不明。施工过程中曾在11+690、11+628两处发生较大流砂造成地表坍塌。

为确保开挖爆破过程中未准确掌握洞穴流砂准确位置不至造成坍方,

在钻眼前应先打入6米长焊管作超前探眼,每次探眼不少于5根(顶拱1根,起拱线位置2根,直墙腰部2根),探眼掘进过程中如发现围岩较为松软或流砂、裂隙水从焊管涌出，则应采取短进尺、若爆破、强支护、早封闭、或台阶法施工，涌水量较大时应多打花管，最大限度将流砂体内积水引排。如6米长超前探孔仍未有效跨越流砂体,则应加长超前焊管和花管长度。

5.3 超前支护

确定流砂层长度后，在设计开挖轮廓线基础上径向放大20～40厘米，从起拱线位置打入焊管、花管超前支护，超前管棚横向不留空隙，避免流砂从缝隙中渗出，超前管棚纵向严格按平、顺、直要求打入。如探孔渗出流砂、涌水，且流砂体方量较大，应打入钢轨超前支护，同时在紧贴钢轨管棚上部打入花管加强引排水。

6、隧洞流砂段开挖和支护

6.1 台阶法开挖

隧洞流砂流动性极强,开挖过程中不宜全断面开挖,所有施工应尽量减少对围岩的扰动。

采用台阶法先进行上半部人工开挖,每环进尺不宜大于0.5米,上半部开挖后对渗水位置打入花管排放地下渗水,不宜封堵,对渗漏流砂位置采用管棚、稻草进行封堵,让流砂内渗水从稻草缝隙中渗出，较大颗粒被管棚封堵。根据已掌握的流砂体流动性和涌水、渗水量适当控制台阶长度，一般3米～5米为宜。

6.2 加强拱部纵向支护

由于施工过程中超前管棚很难控制在同一平面，导致拱部开挖后有流砂、渗水渗漏或管棚不能承受流砂体的垂直压力、挤压力，造成拱部沉降、位移。随上半部开挖的不断深入，必须及时打入第二环或第三、第四环超

前管棚，直至超前管棚进入非流砂岩层，且能够有效支撑流砂体垂直压力、挤压力，并在第一时间对流砂进行封堵，对渗水进行引排。

6.3 加强拱部横向支护

拱部短进尺开挖加强纵向超前管棚支护后，横向已是支撑流砂体垂直压力、挤压力重要组成部分，务必及时加强拱部型钢拱架或钢格栅横向支撑，挂设钢筋网、喷射砼支护。通过收敛量测，准确掌握其沉降量、沉降速度、水平位移、水平位移速度，必要时在型钢拱架、钢格栅起拱线处加设横支撑，确保拱部对流砂体的支撑能力。

6.4 下部台阶施工

由于流砂自稳能力极差,流砂体拱部横、纵向加强支护后,对下半部应进行短进尺、强支护施工，每次进尺控制在0.5米左右.

为保证对拱部有较可靠的支撑效果,下半部宜分左右两侧边挖边护,即先开挖左侧或右侧下半部,按设计要求完成挂网、焊接下半部型钢或钢格栅、喷射砼、打设锚杆等工序后，再进行下半部另一侧施工。

6.5 加强底板横向支撑、基底换填、封闭底板

流砂或其他软弱围岩承载能力较差，在设计二期支护断面外先进行基底换填、设置横向钢拱架或钢格栅、浇筑底板仰拱砼，使拱部、边墙、底板在二期支护断面外形成完整的封闭圈，避免内水外渗或外水内渗，共同抵制围岩较为复杂的挤压力和沉降、位移、变形，确保后期施工安全。