跑馬坪水電站壓力管道一級斜井開挖地質(zhì)缺陷的處理方法

楊欽鴻, 帥志興

(中國人民武裝警察部隊(duì)水電第十一支隊(duì),四川成都 610036)

1 工程概況

跑馬坪水電站位于四川省涼山州木里縣雅礱江中游右岸一級支流——鴨嘴河下游的跑馬坪村處,是鴨嘴河干流規(guī)劃的第三級水電站。該工程前池引水樞紐與煙崗水電站尾水相接,電站廠址位于鴨嘴河河口上游約 1.2km的雅礱江右岸山坡上,其尾水入雅礱江錦屏一級水電站庫區(qū)。

該工程壓力管道布置型式為地下埋管,管線位于基巖斜坡下部,自然邊坡下部緩坡段為 20°～ 30°,上部陡坡段 30°～ 45°,圍巖為微 ～新鮮石英巖。壓力管道由豎井(跑 0+000-跑 0+012)、一級平洞(跑 0+012-跑 0+132)、一級斜井(跑 0+132-跑 0+275.543)、二級平洞(跑 0+275.543-跑0+425.543)、二級斜井(跑 0+425.543-跑 0+568.210)、三級平洞 (跑 0+568.210-跑 0+784.776)組成。

2 跑 0+356段塌方的處理措施

2009年 3月,當(dāng)我部施工至跑馬坪水電站二級平洞跑0+356樁號時(shí)(從大樁號向小樁號方向開挖),洞頂突然塌頂。塌頂后,塌方體在頂部土壓力和洞內(nèi)滲水的雙重作用下呈流體狀向進(jìn)洞方向滑動,洞內(nèi)可見塌滑體高度約 2.1m、塌滑體末端樁號在跑 0+375附近。塌頂部位洞頂被土體堵塞,無法探明塌頂部位的洞頂情況。我部首先對塌方體進(jìn)行出碴處理,出碴約 2000m3后,塌方體含水率有一定的減小,但塌滑體的溢出情況和洞頂土壓力情況無明顯好轉(zhuǎn)。初步分析,塌頂部位塌滑機(jī)理可能為巖體強(qiáng)度低并呈層狀剝落,因此,隨塌腔變大塌頂情況有可能加劇。最后決定采用先進(jìn)行塌方空腔回填砂漿和純水泥漿液,再采用管棚超前支護(hù)以簡支梁形式承載塌方段,后結(jié)合鋼格柵加強(qiáng)支護(hù)進(jìn)行正常洞挖的施工措施。

2.1 固結(jié)灌漿

在施工準(zhǔn)備工作完成后,首先進(jìn)行 24h的加強(qiáng)出碴,在洞頂左側(cè)形成可見塌腔;隨后立即對該空腔進(jìn)行灌漿:在外部先用地質(zhì)鉆機(jī)鉆 φ130的鉆孔,回填 1∶1∶1的砂漿,待空腔基本回填完成后采用 0.5～1∶1的純水泥漿液進(jìn)行有壓固結(jié)灌漿。

2.2 管棚施工

固結(jié)灌漿完成 24h后開始用裝載機(jī)進(jìn)行塌方體出碴,出碴至跑 0+362后開始進(jìn)行跑 0+362～跑 0+366段的隧洞擴(kuò)挖,擴(kuò)挖完成形成工作面后進(jìn)行管棚施工。在施工過程中,根據(jù)具體情況隨時(shí)進(jìn)行出碴,以確保工作面的正常組織。

管棚設(shè)計(jì):

圖1 管棚布孔示意圖

管棚為雙層布置:頂層布置在隧洞頂拱 113°范圍內(nèi),布孔 17個(gè),孔間距 0.30～0.35m;底層從右側(cè)拱肩沿拱頂 150°范圍內(nèi)布孔,布孔 21個(gè),孔間距 0.28～0.30m;布孔情況見圖 1。管棚布孔用地質(zhì)鉆機(jī)成孔,然后向鉆孔內(nèi)壓入鋼管而形成鋼管群體。為增加鋼管的剛度,向鋼管內(nèi)插入鋼筋并注入水泥漿。鋼管采用 φ114×8-10熱軋無縫鋼管,在鋼管上鉆一定數(shù)量的小孔,通過鋼管向周圍巖體灌漿以固結(jié)塌方體。另外,應(yīng)保證開挖后管棚仍有 2m的超前長度,即前后兩棚管棚應(yīng)有 2m的搭接長度;如果塌方體只有 4～5m寬,應(yīng)確保管棚穿越塌方體段后入巖 1.5～2.0 m。管棚應(yīng)和鋼格柵支撐形成聯(lián)合受力結(jié)構(gòu),管棚前后兩端鋼支撐間距按 0.3～0.4m凈間距控制,中間部位間距按 0.5～0.6m凈間距控制。用于固定鋼支撐的錨桿采用 φ22,L=3m的砂漿錨桿,間距 1.5m。洞室開挖在管棚保護(hù)下作業(yè),鋼格柵加強(qiáng)支護(hù)和塌方體出碴應(yīng)交替進(jìn)行。為保證鋼支撐能處于良好的受力狀態(tài),洞室按城門洞型開挖。

2.3 鋼支撐支護(hù)

(1)鋼支撐設(shè)計(jì)。

鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)在管棚施工完成后開始施工,一邊進(jìn)行塌方體清理,一邊進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)跟進(jìn)。

鋼支撐采用格柵鋼架的制作形式,采用 φ22螺紋鋼加工,格柵橫斷面尺寸為 15cm×15cm,采用桁架結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行焊接。格柵的制作按單側(cè)洞壁直線段、拱頂 1/4圓弧段進(jìn)行加工,每榀格柵分成洞外 4段制作、洞內(nèi)組裝綁條焊連接。

支撐格柵鋼架安裝時(shí)采用錨桿與洞壁連接,采用 φ25、L=3m砂漿錨桿間距 1.0m布置,在距洞底板 0.4～0.6m的每側(cè)洞壁設(shè)置 4根 φ25、L=3m的砂漿鎖腳錨桿。

為防止塌頂部位基礎(chǔ)軟基沉降對格柵支護(hù)受力形成影響,在非堅(jiān)硬巖基段底板擴(kuò)挖 50cm后用 C20素混凝土回填,并在格柵鋼架施工完成后對洞壁和拱頂采用 C20噴護(hù)混凝土封閉,噴層厚度不小于 15cm。鋼格柵設(shè)計(jì)情況見圖 2。

圖2 鋼格柵制安示意圖

(2)鋼格柵支護(hù)范圍及尺寸。

跑 0+362～跑 0+360段管棚在巖石洞壁內(nèi)穿過,因此,鋼格柵加強(qiáng)支護(hù)緊靠巖壁即可,鋼格柵尺寸應(yīng)確保在噴護(hù) 20cm混凝土后滿足設(shè)計(jì)洞徑要求。跑 0+360以后的塌頂段管棚下方的塌方體均需要開挖出碴,因此,該段鋼格柵應(yīng)盡可能緊靠管棚或緊靠管棚注漿后的堅(jiān)固層,并確保管棚與鋼格柵形成整體受力。

3 結(jié) 語

按照上述處理方案,我部清除了該段塌滑體,處理效果良好,后期采用強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、人工開挖的方式進(jìn)行施工,待完全渡過該地質(zhì)缺陷段后恢復(fù)了正常的開挖施工。