水利水电工程辅导: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。