2　隧洞塌方变形段补强加固处理施工方法

引水隧洞地质条件复杂是本工程的一大显著特点，特别是一些无法通过出露围岩直接判断出的不利结构面，比如引3+520～3+597段、3+597～3+634段开挖面揭露围岩为中薄层灰岩，判定为Ⅲ类围岩，后该部位出现连续塌方，现场勘察时发现黑云母片岩层、炭质千枚岩隐蔽在顶拱灰岩之上，潜藏着不稳定的地质隐患，改判为Ⅳ类。再加上引水隧洞顶拱多为薄层石英云母片岩、片理发育，即便是灰岩段也经常出现云母片岩夹层，且夹层多位于拱顶部位，致使围岩整体性较差。因此，随着山体应力不断释放等原因，已完成的开挖支护局部洞段出现喷混凝土开裂掉块、钢支撑扭曲挤压变形甚至塌方现象，比如引2+790～2+913隧洞贯通段，具体塌方情况统计见表1。针对不同的塌方情况，采取不同的补强加固处理措施。

2.1　采取C20混凝土直接喷实处理

对于小方量的塌方（塌方深度小于1.5m），原则上采用C20混凝土喷平喷实。施喷前先清除受喷面上的松动块体，清除喷射作业的各种障碍物，再用高压风清理干净，借助钻爆台车自下而上、分层喷射，每层厚度控制在5cm左右，后一层在前一层混凝土终凝前进行；喷射混凝土喷头与受喷面应尽量垂直，利用喷射料来抑阻集料的回弹，以减少回弹量，喷头与喷面的距离应控制在1.0m左右。

2.2　采取“拱上拱”形式补强加固处理

对于塌方量较大（塌方深度在1.5m以上）的部位，现场一般采用“拱上拱”的补强加固支护型式进行处理，支护型式见图1，具体施工方法如下：

（1）借助钻爆台车对塌方部位出露岩面素喷C20混凝土5cm。

（2）若塌方部位原支护形式中不含钢支撑支护，应首先按照0.5～1.0m的间距在塌方段布设钢支撑（I20a工字钢）、锁脚锚杆，型式同Ⅳ类围岩段支护。

（3）在已安装的钢支撑外侧面采用20a工字钢直接支撑到塌方部位素喷岩面上，加固工字钢数量视围岩情况确定，加固工字钢与所立钢支撑外侧焊接牢固。

（4）加固工字钢之间采用ϕ25钢筋（视围岩情况或采用20a型工字钢）等连接筋进一步连接加固，连接筋一端与钢支撑外侧、加固工字钢焊接牢固，另一端与相邻加固工字钢支撑到塌方岩面部位一侧焊接牢固。

（5）紧贴塌方段素喷岩面挂网ϕ6.5mm@15cm×15cm，喷混凝土厚度20cm（C20包括素喷量），后期衬砌前对岩面和钢支撑之间的空腔采用自密混凝土回填。

2.3　其他补强加固支护措施

对于塌方深度在1.5m以上、长度较大，且钢支撑变形扭曲严重的部位，现场采用“加强钢筋网、补强钢支撑、长锚杆、回填混凝土、提高后期衬砌混凝土强度等级及厚度”形式处理，加强支护型式见图2、图3，具体施工方法如下。

2.3.1　加强支护施工

（1）顶部岩面素喷约10cm厚度纤维混凝土，根据围岩情况布设随机锚杆（ϕ25L=4.5m）。

（2）对顶拱部位变形钢支撑进行拆除，补接钢支撑后在两端端头补打锁头锚杆（每组2根ϕ25L=4.5m）。

（3）对下层引水隧洞进行扩挖，以保证设立底拱钢支撑后混凝土衬砌厚度。

（4）根据上层钢支撑分布情况布设底拱，上层钢支撑与下层钢支撑对接，并在下层钢支撑间喷C20混凝土20cm后，覆盖钢支撑使之形成整体。

（5）主拱180°以上范围单双间隔打设ϕ25锚杆（脱空距离小于1.5m）或ϕ32自进式锚杆（脱空距离大于1.5m），入岩6m。

（6）紧贴岩面挂ϕ25@30×30cm的加强钢筋网，并与钢支撑焊接牢固后对所布设钢筋网部位喷C20混凝土40cm厚。

（7）设置I20工字钢副拱，副拱环向支撑间距50cm，纵向支撑间距50cm，副拱与已打设锚杆焊接牢固，长度按照脱空段实际断面加工，工字钢之间采用ϕ25螺纹钢焊接牢固。

（8）以每2～3榀主拱钢支撑为一组在外侧挂成品钢丝网后喷80cm厚C20混凝土（正顶拱混凝土厚度为80cm，两侧与顶拱喷平），在内侧喷40cm厚C20混凝土，从而完成对顶拱空腔部位的封闭施工。

（9）顶拱预埋ϕ125泵管，保证后期对空腔进行衬砌混凝土回填施工。

2.3.2　钢支撑补强施工

对钢支撑顶拱产生扭曲、断裂的变形段部位采用ϕ25钢筋进行补焊加固。首先借助钻爆台车把钢支撑内侧的喷混凝土人工用手锤清理干净，把ϕ25钢筋在洞外加工厂制作成与钢支撑相同的弧度后运至洞内台车上，在洞内根据钢支撑变形的实际情况对扭曲较长的钢支撑采用工字钢进行加固，对钢支撑连接板断裂部位用钢筋补焊加固，断裂部位每根钢支撑内侧并排用3根钢筋进行加固，钢筋与钢支撑接触的两侧均牢固焊接。

2.3.3　网喷混凝土回填密实施工

在钢支撑内侧安装ϕ25@20cm×20cm的钢筋网并喷C20混凝土20cm。网喷支护为顶拱180°范围，以4～5榀钢支撑为一段施工，具体工序如下：

（1）钢筋加工、运输。先在加工场地将钢筋除锈、调直，并按要求下料、采用钢筋剪切机和弯曲机切断加工成型后用5t载重汽车拉运至洞内现场。

（2）钢支撑及已喷面的清理。将钢支撑内侧的喷混凝土人工用手锤和钢钎清理干净，对已喷混凝土表面的局部开裂及脱落部位进行清撬。

（3）测量放点、架立筋焊接。在每段的最外侧从钢支撑上焊插筋，部分区域打设短插筋加固，测量技术人员将高程、喷混凝土边线标记于插筋上，再在插筋上焊接架立筋。

（4）加强钢筋网的安装。钢筋绑扎前，在架立筋上标记钢筋间距，按标记逐根绑扎主筋，然后在主筋上标示分布筋的间距，进行分布筋安装。分布筋与钢支撑牢固焊接，主筋与分布筋点焊连接，焊点呈梅花形布置，钢筋安装时须确保钢筋位置准确。钢筋网的安装要求距已喷混凝土3～4cm，钢筋网间的搭接长度为20cm。钢筋网安装完成并经监理验收后进行喷混凝土的施工。

（5）喷混凝土回填密实。回填施工以3～4m为一段，施喷前先清洗已喷混凝土表面，清除受喷面上的松动块体，清除喷射作业的各种障碍物，再用高压风清理干净，借助钻爆台车自下而上、分层喷射，每层厚度控制在5cm左右，后一层在前一层混凝土终凝前进行，直至将塌方空腔回填完全且密实为止。若终凝后喷射时，先用风水清洗喷层面然后再施喷；喷射混凝土喷头与受喷面应尽量垂直，偏角宜控制在20°以内，利用喷射料来抑阻集料的回弹，以减少回弹量。喷头与喷面的距离应控制在1.0m左右。

受喷面滴水部位钻设排水孔后安装PVC导管引水至喷层外，并做好孔口保护后可进行喷护。喷射料在临时拌和站拌制，5t自卸汽车运输，采用PZJ-5型混凝土喷射机喷射混凝土。

（6）喷混凝土的养护。喷射混凝土终凝2h后及时喷水养护，养护时间不少于7d。

2.3.4　长锚杆及排水孔施工

隧洞顶拱空腔部位采用喷混凝土回填密实后增设长锚杆，具体位置视塌方空腔情况而定。锚杆从喷混凝土面施工，锚杆造孔深度为6m（从喷混凝土面开始计算）。锚杆造孔借助钻爆台车采用气腿式YT-28手风钻进行，造孔方向要求垂直岩面或按照设计要求。钻孔结束后用高压风或水洗孔，并将孔内积水吹干。造孔及清孔完成后对孔位、孔深、孔斜进行检查，验收合格后方可进行锚杆安装。

锚杆安装采用“先注浆、后插杆”的方法，除局部顶拱锚杆采用锚固剂外，其余均为砂浆锚杆，锚杆砂浆均按配合比拌制，采用注浆机注浆，砂浆标号不低于M20。

锚杆在加工场地加工，用5t载重汽车拉运至隧洞内现场进行安装。

在喷混凝土面上有渗水、滴水的部位采用手风钻造排水孔，排水孔孔径50mm，入岩0.2m。

2.3.5　加大混凝土衬砌厚度

在对塌方及变形段已完成封闭后，考虑到塌方洞顶空腔高度较大，在卸荷及地下水的作用下仍有失稳塌方的可能性，需在原混凝土衬砌厚度及强度的基础上进一步提高混凝土强度等级、加大混凝土衬砌厚度。本工程贯通段塌方高度达15.7m，在该部位完成上述初期加固处理措施后，经设计复核计算，确定将该部位洞径由原设计10.6m修改为9.30m，原C20混凝土修改为C25混凝土，并对洞顶空腔进行回填处理，回填混凝土厚度为3m。