甲米一級(jí)水電站1#支洞控制段兩次改線施工

代 勛

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

甲米一級(jí)水電站位于四川省涼山州鹽源縣鹽塘河干流甲米河上，取水樞紐位于鹽塘河甲米村上游約5.3 km，距縣城約54.7 km；廠區(qū)位于桃子鄉(xiāng)跨棉村，距鹽源縣城約67 km，距西昌市區(qū)約220 km，鹽瀘旅游公路沿鹽塘河于電站河對(duì)岸通過，交通方便。電站系具有日調(diào)節(jié)功能的引水式電站，總裝機(jī)容量為3×12 MW，設(shè)計(jì)水頭90 m，設(shè)計(jì)引用流量45.45 m3/s。電站樞紐建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成。

當(dāng)1#支洞控制段下游開挖至K1+597.00樁號(hào)時(shí)，因圍巖與地下水的同時(shí)作用，40 m已開挖支護(hù)好的頂拱出現(xiàn)突然涌水現(xiàn)象，頂拱形成漏斗狀涌渣，遂決定改線；當(dāng)開挖進(jìn)尺至樁號(hào)K1+899.3后再次出現(xiàn)類似第一次涌水涌渣情況。

2 場(chǎng)地區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 1#支洞控制段地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

第一段：0+000～1+300，段長(zhǎng)1 300 m，洞線基巖垂直埋深65～166 m，軸線方向?yàn)镾64°2′9″W，與巖層走向夾角為86°。圍巖為三疊系中統(tǒng)白山組(T2b)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖石傾向坡外。支洞進(jìn)口20 m段邊坡巖體結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理裂隙發(fā)育。由于該段洞室埋深較淺，受風(fēng)化卸荷影響，結(jié)構(gòu)面多卸荷、微張，個(gè)別張開寬度達(dá)5～20 cm，巖體完整性差，具碎裂結(jié)構(gòu)，以V類圍巖為主，屬不穩(wěn)定圍巖。由于該洞段巖層裂隙傾角較緩、走向與洞軸線夾角中等，受局部結(jié)構(gòu)面不利組合及緩傾角結(jié)構(gòu)面切割，圍巖穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生頂拱掉塊、楔型失穩(wěn)體及局部小規(guī)模塌方等。

第二段：1+300～1+545，段長(zhǎng)245 m，圍巖為三疊系中統(tǒng)鹽塘組(T2y)長(zhǎng)石巖屑砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰紫色粉砂巖夾長(zhǎng)石石英砂巖，與隧洞軸線夾角為58°，垂直埋深97 m，巖石呈弱風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，地面為一沖溝，預(yù)測(cè)地下水活動(dòng)為中等。該段巖體完整性差，具碎裂結(jié)構(gòu)，以V類圍巖為主，屬不穩(wěn)定圍巖。由于該洞段巖層裂隙傾角較緩，走向與洞軸線夾角中等，受局部結(jié)構(gòu)面不利組合及緩傾角結(jié)構(gòu)面切割，圍巖穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生頂拱掉塊、楔型失穩(wěn)體及局部小規(guī)模塌方。

第三段：1+545～2+387，段長(zhǎng)842 m，圍巖為三疊系中統(tǒng)鹽塘組(T2y)含云灰?guī)r、長(zhǎng)石巖屑砂巖，與灰色粉砂巖互層，局部夾紫灰色粉砂巖，與隧洞軸線夾角為52°，于穩(wěn)定有利,垂直埋深150～390 m，局部洞段地下水較發(fā)育，施工開挖時(shí)可能存在掉塊、楔型的順層擠壓破碎帶。

2.2 其它影響因素

(1)地下水情況。

洞頂為常年流水沖溝，裂隙發(fā)育，地下水豐富。受地震影響，原有裂隙貫通性較好，形成管道狀裂隙水，塌方段雖已穿過沖溝，但離溝底不遠(yuǎn)，仍在沖溝匯集地表水及地下水的范圍內(nèi)，裂隙水的補(bǔ)給源是分水嶺地段的地下水及沖溝匯集到的兩側(cè)地表水的入滲。

(2)地震影響情況。

1#支洞控制段下游至2#控制段上游洞線附近一定范圍的山體受1976年兩次中強(qiáng)地震(6.2～6.7級(jí))的影響較嚴(yán)重，導(dǎo)致洞室圍巖裂隙貫通性提升，巖石完整性變差，巖體向松弛或半松弛狀態(tài)轉(zhuǎn)化。

(3)與地震滑坡體的關(guān)系。

從藍(lán)圖《甲電(施)—水工(隧)—01》可以看出，涌水塌方段K1+597距離1976年地震滑坡體上游邊線水平距離約400 m。

3 涌水塌方前的施工情況

3.1 第一次涌水塌方

2010年2月11日，當(dāng)掌子面開挖至樁號(hào)K1+597，約17∶00時(shí),發(fā)現(xiàn)距離掌子面約20 m處(樁號(hào)約為K1+577)一榀拱架右側(cè)拱肩以下發(fā)生變形，噴護(hù)混凝土開裂，裂縫寬度約5 cm，裂縫中有少量涌水。2月12日下午洞內(nèi)出現(xiàn)大量涌水，14∶00派員乘坐裝載機(jī)(此時(shí)洞內(nèi)積水深已超過50 cm，無法步行)到洞內(nèi)查看，發(fā)現(xiàn)距離掌子面約11 m處(樁號(hào)為K1+586)頂拱部位有一直徑約40 cm的出水空洞，水流中夾帶大量碎渣。16∶00左右再次進(jìn)洞查看時(shí)，發(fā)現(xiàn)出水點(diǎn)已被涌渣淹埋無法看到，涌渣量約3 400 m3。

3.2 第二次涌水塌方

2010年10月21日13∶30，在出完洞渣扒面時(shí)，K1+899.3(改1)右側(cè)邊墻及右頂拱2 m范圍出現(xiàn)塌方并呈現(xiàn)漏斗狀，伴發(fā)大量涌水、流渣，發(fā)生涌水塌方事故，流渣堆至K1+865(改1)樁號(hào)。1#支洞控制段下游側(cè)圍巖左側(cè)為灰?guī)r，較完整；右側(cè)為紅色泥巖，成層狀向左側(cè)呈60°傾角并與右邊墻呈楔形切割，巖石破碎，遇水泥化。施工過程中嚴(yán)格按V類圍巖支護(hù)方式進(jìn)行施工。

4 涌水塌方的原因分析

4.1 第一次涌水塌方

本次涌水、塌方洞段圍巖巖性為三迭系中統(tǒng)鹽塘組(T2y)。巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，夾泥質(zhì)灰?guī)r。砂巖具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，巖屑成份為石英、長(zhǎng)石、巖屑、云母等，少量有機(jī)質(zhì)碎片?；?guī)r具細(xì)晶結(jié)構(gòu)，巖石成份以方解石為主，含有白云石及少量黃鐵礦，自生石英，自生長(zhǎng)石和泥質(zhì)。經(jīng)調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn)，引起本次涌水、塌方事故的主要原因?yàn)槠鋹毫拥乃牡刭|(zhì)環(huán)境。

4.2 第二次涌水塌方

本次涌水、塌方洞段征兆性不強(qiáng)，按先前施工經(jīng)驗(yàn)按V類圍巖支護(hù)方式進(jìn)行的施工是安全可靠的。事件發(fā)生后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析認(rèn)為，此次涌水、塌方事故發(fā)生的主要原因?yàn)轱柡偷牡叵滤饔谩?/p>

5 后續(xù)處理方案及實(shí)施情況

5.1 第一次涌水塌方處理方案

根據(jù)專家咨詢會(huì)議精神，對(duì)本次涌水塌方建議采用向外側(cè)改線的方案(錨噴支護(hù)-小導(dǎo)管-鋼格柵-錨噴支護(hù))并確定了以下幾項(xiàng)原則：(1)后期再做封堵；(2)進(jìn)洞前先錨固，以確保安全；(3)盡早進(jìn)洞，允許部分開挖不到位；(4)小洞進(jìn)洞，開挖時(shí)逐步達(dá)到設(shè)計(jì)開挖邊線；(5)對(duì)于未開挖到位的部分最后進(jìn)行處理。

該方案施工的項(xiàng)目主要有：涌水引排處理、原洞加固、改線進(jìn)洞施工及后期處理等。

5.1.1 涌水引排處理

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，采用在樁號(hào)k1+530段用人工裝粘土編織袋形成擋水圍堰(底寬5 m，頂寬1.5 m，高3 m，長(zhǎng)度與隧洞寬度一致。為盡快進(jìn)洞,先形成小集水坑滿足排水要求即開始進(jìn)行原隧洞的加固和開洞工作，此方案一旦遇停電和水泵損壞將對(duì)生產(chǎn)造成影響。集水坑在設(shè)備正常時(shí)使用一臺(tái)22 kW水泵排水至洞外(并再備用一臺(tái))。另安裝兩趟φ159引水鋼管備用，從擋水圍堰引至k1+430底板處，再排至交叉口的集水坑后抽排至洞外。為防止下游集水坑水泵損壞后大量涌水對(duì)上游造成影響，在支洞與主洞交叉口處分別設(shè)置了一臺(tái)22 kW和7.5 kW水泵對(duì)涌水進(jìn)行排除，并考慮備用一臺(tái)100 kW發(fā)電機(jī)用于排水(考慮汛期洞內(nèi)滲(涌)水量可能進(jìn)一步增加，考慮了一定的富裕度)。因1#洞上、下游圍巖均含泥質(zhì)灰?guī)r，遇水泥化嚴(yán)重，加之本次涌水、涌渣影響，洞內(nèi)道路狀況十分差，難以滿足通行要求，需將道路表面的泥漿全部清除，然后用我部篩分系統(tǒng)生產(chǎn)的、粒徑為40～80 mm的粗骨料填筑隧洞道路，用粗骨料裝編織袋砌筑排水溝(排水溝尺寸為0.5 m×0.5 m)，以保證一段時(shí)間內(nèi)達(dá)到透水、濾漿效果。同時(shí)，派人及時(shí)清理排水溝，以保證排水溝通暢，并加大了排水、排漿力度，布置了多臺(tái)排污泵進(jìn)行排水、排污，盡可能地保證隧洞施工正常進(jìn)行。

5.1.2 改線洞開洞前的加固

為盡快實(shí)現(xiàn)隧洞貫通，采用先加固→導(dǎo)洞鎖口、開挖→正常洞斷面施工的施工思路迅速進(jìn)洞展開正常洞斷面的開挖，而對(duì)于導(dǎo)洞段欠挖以及原設(shè)計(jì)封堵混凝土在條件成熟時(shí)(二襯施工時(shí))再作處理。

加固施工：根據(jù)當(dāng)時(shí)的施工工況、圍巖情況及改線洞的線型布置等因素，導(dǎo)洞開口樁號(hào)擬定為k1+516.12 ～k1+522.32,導(dǎo)洞斷面為城門洞形，支護(hù)成型后寬4.5 m，高5 m,頂弧半徑為2.45 m，角度為134°，導(dǎo)洞長(zhǎng)約13 m。具體施工程序如下：

① 在導(dǎo)洞位置清理出15 m長(zhǎng)的平面，以利鉆爆等作業(yè)，上游面形成8%的坡度，以滿足車輛通行要求。

② 對(duì)原洞段k1+516.12～k1+522.32右側(cè)、頂拱及左側(cè)導(dǎo)洞范圍外增設(shè)錨桿(φ25，L=3 m，間排距1 m)，掛網(wǎng)噴護(hù)15 cm厚混凝土。

③ 在開洞口上、下游2 m范圍增設(shè)錨桿(φ25,L=3 m，間排距1 m)，架立格柵拱架(主筋φ25，斷面為20 cm×20 cm，間距0.5～0.8 m)并網(wǎng)噴C20混凝土25 cm厚。

④ 導(dǎo)洞下游側(cè)預(yù)留三角體進(jìn)行灌漿固結(jié)處理，采用小導(dǎo)管灌漿施工工藝，小導(dǎo)管長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整、間排距為1 m×1 m，灌漿壓力不小于3 kg，孔深4.5 m。

5.1.3 改線進(jìn)洞施工

(1)導(dǎo)洞的開挖。

① 上述加固措施完成后，在導(dǎo)洞開口頂拱部位施工小導(dǎo)管：L=3 m，仰角15°，間距40 cm，灌漿壓力不小于3 kg；

② 導(dǎo)洞鎖口完成后進(jìn)行導(dǎo)洞鉆爆作業(yè)，將周邊孔間距控制在0.4 m以內(nèi)，孔深0.5 m，鉆孔開孔位置距設(shè)計(jì)開挖線10 cm。爆破若出現(xiàn)欠挖，用風(fēng)鎬修邊，爆破嚴(yán)格按光面爆破技術(shù)進(jìn)行；

③ 爆破后先用人工排險(xiǎn)，在爆破渣體上立即素噴5 cm厚C20混凝土，完成后進(jìn)行出渣；

④ 渣出完后立即開展格柵拱架的支護(hù)工作(拱架主筋φ25,斷面為20 cm×20 cm，間距0.5～0.8 m；錨桿φ25,L=3 m，間排距1 m；掛網(wǎng)鋼筋φ6.5，20 cm×20 cm；噴C20混凝土，25 cm厚)；

⑤ 小導(dǎo)管施工：L=3 m，仰角15°，間距40 cm，灌漿壓力不小于3 kg。每一排小導(dǎo)管搭接長(zhǎng)度為1 m。初步計(jì)劃從洞口往下游30 m范圍布設(shè)小導(dǎo)管。

(2)進(jìn)入設(shè)計(jì)斷面后的施工：

計(jì)劃在k1+533.01(改線樁號(hào))處擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面(可根據(jù)實(shí)際開挖揭示的圍巖類別作適當(dāng)調(diào)整)，因此段均處于涌水、涌渣影響段，為保證洞室安全，改線洞前30 m(k1+515.453 (改)～ k1+545.453(改))按Ⅴ類圍巖開挖，頂拱布置間距0.4 m，長(zhǎng)3 m，φ50小導(dǎo)管，改線涌水、涌渣影響段施工主要采用短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的方式進(jìn)行。

5.1.4 第一次涌水塌方處理方案的實(shí)施情況

在具體實(shí)施過程中，本著安全第一、質(zhì)量保證的原則謹(jǐn)慎施工，“涌水引排處理、原洞加固”嚴(yán)格按擬定方案施工。原洞加固完成后，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理再次進(jìn)行會(huì)商，在有相當(dāng)把握的前提下改變了原有的導(dǎo)洞進(jìn)洞方式(圖1)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，由原來的導(dǎo)洞進(jìn)洞改為全斷面進(jìn)洞(支護(hù)措施不變)，取得了良好的效果，加快了施工進(jìn)度。

圖1 進(jìn)洞方式對(duì)比圖

5.2 第二次涌水塌方處理方案及實(shí)施情況

出現(xiàn)此次涌水塌方后，在總結(jié)第一次改線進(jìn)洞施工過程后，參建四方果斷決策采取第二次改線的施工方案，具體方案如下：

(1) 樁號(hào)K1+862.9處為改線洞斷面下游邊線，洞軸線與原改線軸線呈70°夾角，根據(jù)實(shí)際情況與主洞順接。

(2) 對(duì)原洞段k1+868～k1+850段設(shè)置工字鋼拱架(I14、間距0.4 m)，鎖腳錨桿(φ25，L=3 m，間距1 m)，掛網(wǎng)(φ6.5，間排距20 cm)，噴混凝土C20封閉。

(3) k1+870～k1+876處設(shè)集水坑：集水坑寬2 m，深1 m，采用現(xiàn)有排水設(shè)備抽排。

(4)對(duì)原洞段k1+862.9～k1+855.419進(jìn)行清淤，滿足設(shè)計(jì)高程。清理結(jié)束后，對(duì)原洞段k1+862.9～k1+855.419范圍外增設(shè)錨桿(φ25，L=3 m，間排距1 m)掛網(wǎng)噴護(hù)15 cm。對(duì)洞臉下游側(cè)三角體進(jìn)行灌漿固結(jié)處理，間排距1 m×1 m，孔深4.5 m。

(5) 改線洞段按V類圍巖施工，設(shè)置工字鋼拱架(I14、間距0.4 m)。增設(shè)超前支護(hù)錨桿(φ25，L=3 m，間距0.4 m,排距2 m) 。

圖2 第二次涌水塌方改線圖

在具體實(shí)施過程中，嚴(yán)格按上述方案施工，僅用了5 d時(shí)間就進(jìn)入了正常的洞挖施工(圖2)。

6 結(jié) 語

(1)在隧洞施工過程中，地質(zhì)情況的超前探測(cè)和預(yù)報(bào)十分必要，尤其是在不良地質(zhì)段就顯得極為重要，可用于指導(dǎo)施工，能有效保證施工安全和進(jìn)度。

(2)小斷面隧洞出現(xiàn)大方量涌水塌方情況時(shí)，采取改線繞過的施工方案因施工工序較為容易組織，可以大大縮短施工時(shí)間。

(3)在圍巖強(qiáng)度低的開挖支護(hù)過程中，對(duì)拱圈范圍采取超前錨桿、小導(dǎo)管固結(jié)的方式可以有效控制超欠挖并能杜絕塌方。

(4)在隧洞開挖支護(hù)過程中，設(shè)置排水孔十分必要，能完全釋放出山體的內(nèi)水壓力，在地下水豐富的洞段，也是減少塌方的必要手段。

(5)在處理塌方的初始階段，將巖石清理干凈，素噴一層厚5～8 cm的混凝土后再進(jìn)行后續(xù)處理是保證安全的必要措施。

作者簡(jiǎn)介:

代 勛(1981-)，男，四川樂山人，工程師，從事水電工程施工技術(shù)與質(zhì)量管理工作.