1、工程概況

　　星云湖、撫仙湖是云南九大高原湖泊中的兩個(gè)姐妹湖，屬珠江流域南盤(pán)江水系。玉溪市星云湖、撫仙湖出流改道工程位于江川縣境內，工程建設的目的是保護撫仙湖、改善星云湖、滿(mǎn)足玉溪市長(cháng)遠用水需求。星云湖、撫仙湖出流改道工程，即有保護和治理兩湖污染的效益，又有向玉溪市供水的效益，對兩湖周邊旅游業(yè)和數萬(wàn)畝農田灌溉也有直接影響。工程等別為Ⅲ等中型，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。建筑物防洪標準為20年一遇（P=5%）設計。地震設防烈度采用Ⅷ度。

　　2、工程地質(zhì)

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段（5+800～11+867.8）圍巖地質(zhì)復雜多變，共穿越F2-1、F1-1、F1斷層，斷層帶及斷層影響帶圍巖為泥質(zhì)粉砂巖夾泥或泥質(zhì)粉砂巖互層，巖層節理極為發(fā)育，巖體完整程度較破碎，呈破碎松散狀，部分地段為強風(fēng)化破碎帶，且為含水層，開(kāi)挖后圍巖自穩時(shí)間短，頂拱沉降、坑壁易坍塌，墻體在地下水作用下擠脹變形，頂拱易坍方。Ⅴ類(lèi)圍巖巖層為灰白色泥巖，泥質(zhì)粉砂巖與粉砂巖互層，夾灰黑色炭質(zhì)泥巖，部分地段呈松散狀洪沖積層，地下水位較高，在地下水豐富地段，開(kāi)挖后有涌水涌泥情況，圍巖自穩時(shí)間短，頂拱沉降易坍方，坑壁易坍塌，邊墻緩慢擠脹位移變形。

　　3、工程布置

　　根據二標段地形地貌特征，在6+785處部置1#斜井，斜井長(cháng)172.1米，坡度21度，與主隧洞6+785斜交36度，1#斜井處于F2-1斷層帶。2#斜井與主隧洞正交于10+757.038，坡度19度，斜井長(cháng)196.7米，2#斜井處于F1-1、F1斷層影響帶。出口11+830向進(jìn)口方向施工，11+100～+830屬Ⅴ類(lèi)圍巖，圍巖慢性擠脹。

　　4、施工情況

　　4.11#斜井

　　1#斜井位于F2-1斷層帶，圍巖為泥質(zhì)粉砂巖夾泥，遇水軟化，在地下水作用下穩定性極差，K0+080以里隧洞開(kāi)挖后，已出現較大變形，其變形速率極快，開(kāi)挖至K0+112時(shí)出現地下涌水。

　　4.22#斜井

　　2#斜井位于F1-1、F1斷層影響帶，圍巖為粉砂巖互層，節理發(fā)育、極為松散，遇水極易坍塌，頂拱、坑壁掉塊現象嚴重，頂拱曾多次坍塌，且不均勻沉降、邊墻噴射砼受?chē)鷰r擠壓開(kāi)裂變形，地下滲水逐漸豐富。

　　4.3出口

　　出口11+100～11+830屬Ⅴ類(lèi)圍巖，巖層為灰白色泥巖，泥質(zhì)粉砂巖與粉砂巖互層，夾灰黑色炭質(zhì)泥巖，邊墻緩慢擠脹位移變形，部分地段呈松散狀洪沖積層，地下水位較高，在地下水豐富地段，開(kāi)挖后有涌水、涌泥情況，圍巖自穩時(shí)間較短，已初期支護段（11+830～11+690）拱頂沉降、邊墻位移變形。

　　5、隧洞流砂段超前支護

　　5.1準備工作

　　在已知圍巖地質(zhì)為流砂地段的條件下，應備足鋼軌、焊管、花管、方木、稻草、水玻璃、高標號水泥、注漿機、噴漿機、型鋼拱架或鋼格柵，并配置有經(jīng)驗的施工技術(shù)人員和和管理人員。

　　5.2超前探孔

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段11+100～11+830段為Ⅴ類(lèi)圍巖洪堆擊層，隧洞軸線(xiàn)上有數十年前開(kāi)采小煤窯洞穴，經(jīng)數十年的堆積沉降，洞穴內淤積為流砂，且分布情況不明。施工過(guò)程中曾在11+690、11+628兩處發(fā)生較大流砂造成地表坍塌。

　　為確保開(kāi)挖爆破過(guò)程中未準確掌握洞穴流砂準確位置不至造成坍方，在鉆眼前應先打入6米長(cháng)焊管作超前探眼，每次探眼不少于5根（頂拱1根，起拱線(xiàn)位置2根，直墻腰部2根），探眼掘進(jìn)過(guò)程中如發(fā)現圍巖較為松軟或流砂、裂隙水從焊管涌出，則應采取短進(jìn)尺、若爆破、強支護、早封閉、或臺階法施工，涌水量較大時(shí)應多打花管，最大限度將流砂體內積水引排。如6米長(cháng)超前探孔仍未有效跨越流砂體，則應加長(cháng)超前焊管和花管長(cháng)度。

　　5.3超前支護

　　確定流砂層長(cháng)度后，在設計開(kāi)挖輪廓線(xiàn)基礎上徑向放大20～40厘米，從起拱線(xiàn)位置打入焊管、花管超前支護，超前管棚橫向不留空隙，避免流砂從縫隙中滲出，超前管棚縱向嚴格按平、順、直要求打入。如探孔滲出流砂、涌水，且流砂體方量較大，應打入鋼軌超前支護，同時(shí)在緊貼鋼軌管棚上部打入花管加強引排水。

　　6、隧洞流砂段開(kāi)挖和支護

　　6.1臺階法開(kāi)挖

　　隧洞流砂流動(dòng)性極強，開(kāi)挖過(guò)程中不宜全斷面開(kāi)挖，所有施工應盡量減少對圍巖的擾動(dòng)。

　　采用臺階法先進(jìn)行上半部人工開(kāi)挖，每環(huán)進(jìn)尺不宜大于0.5米，上半部開(kāi)挖后對滲水位置打入花管排放地下滲水，不宜封堵，對滲漏流砂位置采用管棚、稻草進(jìn)行封堵，讓流砂內滲水從稻草縫隙中滲出，較大顆粒被管棚封堵。根據已掌握的流砂體流動(dòng)性和涌水、滲水量適當控制臺階長(cháng)度，一般3米～5米為宜。

　　6.2加強拱部縱向支護

　　由于施工過(guò)程中超前管棚很難控制在同一平面，導致拱部開(kāi)挖后有流砂、滲水滲漏或管棚不能承受流砂體的垂直壓力、擠壓力，造成拱部沉降、位移。隨上半部開(kāi)挖的不斷深入，必須及時(shí)打入第二環(huán)或第三、第四環(huán)超前管棚，直至超前管棚進(jìn)入非流砂巖層，且能夠有效支撐流砂體垂直壓力、擠壓力，并在第一時(shí)間對流砂進(jìn)行封堵，對滲水進(jìn)行引排。

　　6.3加強拱部橫向支護

　　拱部短進(jìn)尺開(kāi)挖加強縱向超前管棚支護后，橫向已是支撐流砂體垂直壓力、擠壓力重要組成部分，務(wù)必及時(shí)加強拱部型鋼拱架或鋼格柵橫向支撐，掛設鋼筋網(wǎng)、噴射砼支護。通過(guò)收斂量測，準確掌握其沉降量、沉降速度、水平位移、水平位移速度，必要時(shí)在型鋼拱架、鋼格柵起拱線(xiàn)處加設橫支撐，確保拱部對流砂體的支撐能力。

　　6.4下部臺階施工

　　由于流砂自穩能力極差，流砂體拱部橫、縱向加強支護后，對下半部應進(jìn)行短進(jìn)尺、強支護施工，每次進(jìn)尺控制在0.5米左右。

　　為保證對拱部有較可靠的支撐效果，下半部宜分左右兩側邊挖邊護，即先開(kāi)挖左側或右側下半部，按設計要求完成掛網(wǎng)、焊接下半部型鋼或鋼格柵、噴射砼、打設錨桿等工序后，再進(jìn)行下半部另一側施工。

　　6.5加強底板橫向支撐、基底換填、封閉底板

　　流砂或其他軟弱圍巖承載能力較差，在設計二期支護斷面外先進(jìn)行基底換填、設置橫向鋼拱架或鋼格柵、澆筑底板仰拱砼，使拱部、邊墻、底板在二期支護斷面外形成完整的封閉圈，避免內水外滲或外水內滲，共同抵制圍巖較為復雜的擠壓力和沉降、位移、變形，確保后期施工安全。

　　7、隧洞流砂坍方處理

　　7.1坍碴處理

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段11+100～11+830段由于軸線(xiàn)上有數十年前開(kāi)采小煤窯洞穴，經(jīng)數十年的堆積沉降，洞穴內淤積為流砂，流砂位于隧洞斷面拱部，且壓力極大、分布情況不明，很難避免坍方，于2004年4月28日在11+628坍塌過(guò)程中，僅數分鐘將埋深20米的地表坍穴。

　　流砂從拱部或邊墻涌出時(shí)，洞穴內積水一并向外噴涌，所以坍塌的第一時(shí)間不應及時(shí)處理，應待流砂坍塌、積水涌出自然沉淀形成封堵體達到穩定后，才能讓施工人員到位進(jìn)行處理。

　　由于流砂固有的流動(dòng)性，處理流砂坍方時(shí)先對坍碴進(jìn)行橫向堵截，即采用鋼材或木材橫向將坍碴截斷，增加坍碴縱向穩定，避免在處理過(guò)程中砂體流動(dòng)，保證施工安全，確保拱部坍孔出砂體自身穩定。

　　7.2坍孔封閉

　　封閉坍孔采用同上5隧洞流砂段超前支護和6隧洞流砂段開(kāi)挖和支護，處理過(guò)程中洞內應設專(zhuān)職安全員，洞外隨時(shí)觀(guān)察地表動(dòng)向，洞內外有開(kāi)裂、沉降、變形等情況，應及時(shí)采取措施。

　　8、隧洞砂巖地段涌水、涌砂處理

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段2#斜井位于F1-1、F1斷層影響帶，圍巖為粉砂巖互層，節理發(fā)育、極為松散破碎，施工至K0+138時(shí)為強風(fēng)化砂巖帶，地下涌水瞬間達100m3/h，由于斜井施工的特殊性，涌水涌砂同時(shí)爆發(fā)，噴涌速度及快、圍巖內水壓力極大。

　　8.1作好充分排水的排水準備

　　斜井施工洞內積水均位于掌子面，砂體沉積于底部，宜采用座式抽水機，涌砂時(shí)便于及時(shí)撤離掌子面，否則將被瞬間爆發(fā)的砂體掩埋。抽水機和排水管道應能滿(mǎn)足要求，短時(shí)間的排水不暢均會(huì )導致洞內積水直至停工或造成其他安全隱患。

　　8.2停止出碴、加強支護

　　掌子面為強風(fēng)化砂巖，節理發(fā)育、松散破碎、透水性強，掌子面積水積砂達一定程度后，其內壓力與外壓力平衡時(shí)，涌水涌砂自然停止，此時(shí)巖層內流砂沉積于巖體縫隙內，地下水位自然上漲，內水壓力升高，掌子面沉積砂體不應及時(shí)清除，保持其內外應力平衡，及時(shí)加強風(fēng)化段支護或澆筑永久鋼筋砼。經(jīng)驗得知：如及時(shí)將堆積砂體清除，涌水涌砂最段在1小時(shí)內爆發(fā)，最長(cháng)在12小時(shí)內爆發(fā)，但流砂量逐步減小，滲水量不變。

　　8.3超前探孔、管棚支護

　　8.2條已分析出，巖層內為沉積砂體和高水位形成較高地內水壓力，此時(shí)采用灌漿方法時(shí)，在流砂流動(dòng)性和巖層內水壓力的作用下會(huì )阻塞灌漿管道，效果不明顯。即使采用高壓注漿，其工程費用較大、工期較長(cháng)，費時(shí)費工。宜采用管棚超前支護。

　　8.4布置超前管棚

　　超前管棚的布置，應采用地質(zhì)鉆打設管徑不小于ф89的鋼管，鋼管每節長(cháng)度1m～3m為宜，間距20厘米。由于巖層為粉砂堆積體，必須封閉管棚間空隙，采用ф40管棚、鋼筋網(wǎng)或其他方法填補空隙，以保證砂體不滲漏、滲水暢通的目的。

　　布置好超前管棚后，鋼管內注入水泥漿液，加大管棚抗壓、抗彎曲能力。必要時(shí)將ф40管制作為注漿花管，注入適量水泥漿，固結徑向50厘米粉砂體，減少流砂滲漏。

　　8.5短進(jìn)尺、弱爆破、強支護

　　形成ф89與ф40超前管棚支護后，進(jìn)行爆破施工（能進(jìn)行人工開(kāi)挖時(shí)，盡量采用人工開(kāi)挖，減小對巖體的擾動(dòng)），開(kāi)挖進(jìn)尺控制在0.5米，同時(shí)采用多極爆破，即先爆破中間掏槽部分，后進(jìn)行徑向擴大爆破。周遍眼間距不大于30厘米、間隔裝藥單獨爆破。

　　加強掛網(wǎng)噴漿支護，必要時(shí)掛設ф8鋼筋網(wǎng)格局10厘米，超挖部分嚴禁使用片石回填，均使用噴C25砼回填。必要時(shí)，澆筑永久鋼筋砼。

　　9、不良地質(zhì)洞段技術(shù)措施

　　9.1勤測量、勤復核

　　不良地質(zhì)洞段均有拱頂沉降、邊墻位移變形等現象，施工過(guò)程中布置中線(xiàn)、高程點(diǎn)有經(jīng)常變動(dòng)的情況，所以應將控制點(diǎn)設置在牢固、可靠地段，并經(jīng)常復核，應盡量減少中線(xiàn)、高程的非儀器過(guò)度次數。

　　9.2采用方便快捷的儀器設備進(jìn)行控制

　　不良地質(zhì)洞段或坍方地段施工過(guò)程中工序繁多、干擾大，測量?jì)x器在施工點(diǎn)不易操作，中線(xiàn)、高程點(diǎn)不易保留，固采用紅外線(xiàn)導向儀是控制中線(xiàn)、高程的較好方法。

　　在直線(xiàn)隧洞施工過(guò)程中，采用紅外線(xiàn)導向儀同時(shí)將隧洞中心線(xiàn)、隧洞某一點(diǎn)高程控制在一條直線(xiàn)上，便于施工人員隨時(shí)使用、隨時(shí)復核斷面尺寸。

　　采用紅外線(xiàn)導向儀使用過(guò)程中應熟練掌握，經(jīng)常保養，經(jīng)常對兩端中線(xiàn)、高程進(jìn)行復核。

　　9.3適當放大結構尺寸、預留變形沉降量

　　不良地質(zhì)洞段或坍方地段圍巖松軟、自穩能力差、拱部壓力大，處理欠挖安全隱患大，費工費時(shí)影響工程進(jìn)度，在施工或處理過(guò)程中應根據實(shí)際情況適當預留沉降、變形量。