淺談洪屏抽水蓄能電站進(jìn)廠交通洞塌方處理措施

劉 彥 鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

淺談洪屏抽水蓄能電站進(jìn)廠交通洞塌方處理措施

劉 彥 鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：在軟弱破碎且地下水豐富的地質(zhì)條件下修建隧洞，在其施工開挖中出現(xiàn)坍塌是經(jīng)常遇到的問題。介紹了江西洪屏抽水蓄能電站進(jìn)廠交通洞開挖過程中發(fā)生大塌方的處理過程，在參建各方的共同努力下，經(jīng)過方案優(yōu)化、技術(shù)處理，成功處置了該塌方。

關(guān)鍵詞：隧洞塌方；處理措施；洪屏抽水蓄能電站；進(jìn)廠交通洞

1工程概述

洪屏抽水蓄能電站進(jìn)廠交通洞是進(jìn)入電站地下廠房的主要交通通道，位于下庫進(jìn)出水口的左側(cè)，洞口開挖高程為186.15 m，開挖洞徑為8 m×8.25 m(寬×高)～9.6 m×9.55 m(寬×高)，長1 610.05 m，城門洞型，襯砌斷面凈尺寸為7.8 m×7.8 m(寬×高)，平均縱坡為4.87%。洞內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，進(jìn)廠交通洞樁號0+215～0+320段為F54、F55、F11斷層帶和影響范圍帶，該段圍巖類別為Ⅳ、Ⅴ類，圍巖破碎、不穩(wěn)定，整體性差，局部有滲出水點(diǎn)出現(xiàn)。

2012年2月21日20∶40左右，進(jìn)廠交通洞0+235.5樁號處突然發(fā)生塌方，塌方巖石呈褐色，破碎松散，呈碎石狀，層間無粘結(jié)力。塌方體將整個洞段完全封閉，同時擾動樁號0+215～0+230范圍初期支護(hù)的噴混凝土出現(xiàn)裂縫。經(jīng)探查后確定塌方段位于樁號0+235.5～ 0+253頂拱，塌 方 量 共 計(jì) 約 1 330 m3(長×寬×高：17.5 m×

7.92 m×9.5 m)。

2塌方原因分析

塌方發(fā)生后，工程建設(shè)單位組織參建各方進(jìn)行了多次現(xiàn)場踏勘，對本次塌方的原因進(jìn)行了全面分析，最后確定造成此次塌方的原因?yàn)橐韵聝蓚€方面：

(1)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，原有支護(hù)措施不當(dāng)。設(shè)計(jì)方對該段圍巖地質(zhì)條件的突變未能從設(shè)計(jì)角度及時反映并提出針對在圍巖類別發(fā)生突變后新的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致該段整體性較差的圍巖未能及時得到加強(qiáng)支護(hù)。

(2)支護(hù)不及時、暴露時間過長，導(dǎo)致風(fēng)化嚴(yán)重、變形失穩(wěn)。施工方在發(fā)現(xiàn)該段圍巖地質(zhì)條件突變后，雖然上報了監(jiān)理方和設(shè)計(jì)方請求變更支護(hù)形式，但未主動采取加固措施，致使圍巖暴露時間過長，加之原支護(hù)措施偏弱、圍巖抗力不足而引起塌方。

3針對該塌方段及影響段采取的處理措施

根據(jù)“加固后方、封閉巖面、穩(wěn)定塌體”的處理原則，對進(jìn)廠交通洞塌方分塌方影響段(樁號0+215～ 0+230)、塌方段(樁號0+230～ 0+255.5)和后續(xù)施工段(樁號0+255.5～ 0+320)三段進(jìn)行處理。

3.1塌方影響段的加固

待塌方洞段圍巖基本穩(wěn)定且不再發(fā)生垮塌時，對進(jìn)廠交通洞交通0+215～交通0+230未塌方段迅速采取措施，以保證塌方范圍不再擴(kuò)大，以利施工安全及對塌方段進(jìn)行處理。

(1)加強(qiáng)變形觀測。

在0+215、0+225、0+235三個樁號斷面邊墻及頂拱埋設(shè)圍巖變位計(jì)，嚴(yán)密觀測圍巖變形發(fā)展情況。每日上、下午各觀測一次并做好相關(guān)記錄，分析該段洞室圍巖變化情況，當(dāng)其有明顯變位時應(yīng)加密變形觀測頻次，及時將觀測成果和變形情況上報監(jiān)理工程師和有關(guān)各方。

(2)做好施工排水工作。

由于洞內(nèi)圍巖滲水部位較多，項(xiàng)目部根據(jù)治塌先治水的原則，除系統(tǒng)排水孔外，在出水點(diǎn)設(shè)置隨機(jī)排水孔以排除圍巖滲水，并在洞內(nèi)設(shè)一臨時集水坑，用水泵將坑內(nèi)的積水及時排出洞外。

(3)塌方影響段的加固。

對塌方影響的洞段(交通0+215～交通0+230段，共計(jì)15 m)及時進(jìn)行加固處理，在原格柵鋼架施工支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用第二層鋼拱架支撐及錨噴加固。利用現(xiàn)有材料I22b型鋼拱架3榀對0+230部位進(jìn)行加固，其他部位采用I18b型鋼拱架對塌方影響段進(jìn)行加固，鋼拱架間距為750 mm，沿鋼拱架周邊設(shè)φ25L=4.5 m@1 m錨桿(含鎖腰、鎖腳錨桿)并與鋼架焊接牢固，縱向每榀鋼拱架之間采用間距1 m的φ25鋼筋焊接連接，采取噴C25、厚200 mm掛網(wǎng)混凝土覆蓋封閉，鋼筋網(wǎng)采用φ8@200 mm×200 mm或φ6.5@150 mm×150 mm并與鋼拱架焊接連接，以保證鋼拱架與噴混凝土能夠整體協(xié)同受力。

固結(jié)灌漿：待噴混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度后，對該段圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿孔入巖3 m，灌漿壓力為0.1～0.3 MPa，布置間排距為3 m×3 m。灌漿時注意觀察變形情況，控制灌漿壓力，以保證灌漿效果。塌方影響段加固支護(hù)情況見圖1。

圖1　塌方影響段加固支護(hù)斷面圖(樁號：0+215～0+230)

3.2塌方段的處理

對于塌方洞段，在處理、加固好未塌方段和保證安全的前提條件下待塌腔穩(wěn)定后進(jìn)行處理。首先封閉涌石掌子面，采用管棚護(hù)頂、小導(dǎo)管注漿、上下超短臺階、拱部預(yù)留核心土弧形開挖、鋼拱架掛網(wǎng)混凝土初期支護(hù)快速閉合的方法通過塌方體。

(1)封閉涌石掌子面：從洞外運(yùn)土分層堆碼砂袋反壓坡腳，先對砂袋和渣體表面噴射C25混凝土進(jìn)行封閉保護(hù)，噴射混凝土厚20 cm，形成一道混凝土止?jié){墻，塌方石渣坡腳部位樁號為0+230。由于原鋼格柵變形較明顯，混凝土裂縫較嚴(yán)重，部分混凝土脫落，遂對噴混凝土開裂部位進(jìn)行補(bǔ)噴，以起到防止注漿時漿液外流和塌方體繼續(xù)流塌之作用。頂部圍巖受塌方體的影響呈碎塊狀堆積，只有對該段加強(qiáng)處理方可保證塌方段處理的施工安全。

(2)設(shè)置管棚穿越塌方區(qū)：沿隧洞拱部已支護(hù)輪廓線外側(cè)施工大管棚，管棚起點(diǎn)位置為0+230，布設(shè)范圍為拱部及拱角下1.55 m范圍，管棚超前支護(hù)采用外徑為108 mm×8 mm的熱軋無縫鋼管(節(jié)長3 m、6 m，絲扣長15 cm),管棚環(huán)向間距為500 mm,鋼管沿隧道頂拱周邊布置，外插角在1°～5°之間調(diào)整。單根鋼管長度及布置范圍可根據(jù)塌方區(qū)實(shí)際情況確定，管棚鋼管均為前部鉆孔的鋼花管，其既是鋼管管棚，又是注漿鋼管。管棚安裝完畢，在管棚鋼管內(nèi)安裝3根φ32錨筋束并注入水泥漿，所起到的作用是既提高管棚的剛度，又將漿液注入到管棚周圍的松渣體內(nèi)，進(jìn)而提高圍巖的自穩(wěn)能力。水泥漿水灰比取1∶1，注漿初壓為0.5～1 MPa，終壓為1.5 MPa。

(3)固結(jié)渣體和拱部圍巖：若要實(shí)現(xiàn)從坍塌的渣體下部開挖，必須在開挖線以上使渣體形成厚度超過3 m的一個注漿固結(jié)圈。由于大管棚注漿范圍有限，形成有效的注漿加固圈有一定難度，故必須對未完全固結(jié)的渣體進(jìn)行二次注漿。管棚灌漿完成后，在管棚之間打入超前注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用長4 m，φ42×3.5 mm的熱軋無縫鋼管(管的前端鉆直徑為8 mm的注漿小孔，管尾部預(yù)留1 m不鉆孔)，外插角為30°～45°，縱向間距2 m，作為小導(dǎo)管超前注漿。對于管棚注漿未能進(jìn)行完全充填的部位則需進(jìn)一步固結(jié)拱部圍巖。小導(dǎo)管從架立的拱架腹部穿過，灌漿壓力為0.1～0.3 MPa。漿液注入后使塌洞內(nèi)的渣體基本上在開挖線外形成了一個3 m厚的漿體保護(hù)殼。

(4)上臺階拱部預(yù)留核心土弧形開挖：由于塌方體穩(wěn)定性較差、易坍塌，故采取預(yù)留核心土弧形開挖的方式以穩(wěn)住掌子面的松渣。弧形開挖進(jìn)尺一次為0.75 m。

(5)拆除格柵拱架：對于變形較大的、侵占設(shè)計(jì)斷面的格柵拱架采用人工拆除，用風(fēng)鎬鑿除混凝土，拆除一榀后立即用一榀鋼拱架進(jìn)行替換，鋼拱架間距為750 mm，待鋼拱架安裝、錨桿及掛網(wǎng)噴護(hù)完成后方容許拆除下一榀格柵拱架。對于沒有侵占設(shè)計(jì)斷面的格柵拱架可以不拆除，將鋼拱架安裝在格柵內(nèi)側(cè)對格柵拱架進(jìn)行加固。

(6)拱部初期支護(hù)：拱部開挖完成后，馬上對開挖面進(jìn)行素噴混凝土封閉，厚5 cm。迅速安裝I18b工字鋼鋼架支撐，端部型鋼拱架與管棚之間采用焊接，鋼拱架間距為750 mm, 沿鋼拱架周邊設(shè)φ25、L=4.5 m@1 m錨桿(含鎖腰、鎖腳錨桿)并與鋼架焊接牢固，縱向每榀鋼拱架之間采用間距為1 m的φ25鋼筋焊接連接，后采取噴200 mm厚掛網(wǎng)混凝土覆蓋封閉，鋼筋網(wǎng)采用φ8@200 mm×200 mm(或φ6.5@150 mm×150 mm)并與鋼拱架焊接連接。在工字鋼和連接筋安裝完成后，噴護(hù)30 cm厚的C25混凝土。

(7)下臺階墻部開挖：距上臺階2～4 m開始開挖下臺階松渣體，一次掘進(jìn)進(jìn)尺為0.75 m。

(8)隧洞下半部初期支護(hù)：下臺階開挖后迅速安設(shè)邊墻型鋼拱架，并與拱部鋼拱架連接牢固。拱腳處挖基槽，澆筑C25混凝土基礎(chǔ)，拱架底腳座安裝在混凝土基礎(chǔ)上并確保拱腳穩(wěn)固。沿鋼拱架周邊設(shè)φ25、L=4.5 m@1 m錨桿與鋼架焊接，鋼拱架之間用間距為1 m的φ25鋼筋焊接連接，掛網(wǎng)噴200 mm厚混凝土封閉，形成閉合初期支護(hù)。

(9)塌腔回填混凝土。

塌腔部位主要位于頂拱，采用C15素混凝土回填，在頂拱鉆回填灌漿孔，預(yù)埋φ108鋼管，待噴混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時回填混凝土(砂漿)施工?；炷敛捎帽盟腿雮}；對于邊墻塌方部位，若塌腔體積較大，在回填混凝土外側(cè)設(shè)置一層φ22@200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng)，回填混凝土不得侵入原鋼筋襯砌混凝土范圍。

(10)固結(jié)灌漿：回填混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上時進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿孔間、排距為3 m，灌漿孔入巖3 m，灌漿管采用小導(dǎo)管進(jìn)行灌漿。灌漿采用1∶1水泥漿，灌漿壓力為0.1～0.3 MPa。灌漿時注意觀察變形情況，控制灌漿壓力以保證灌漿效果。塌方段管棚支護(hù)斷面見圖2。

3.3后續(xù)施工段采用的主要施工措施

對于未開挖的Ⅳ～Ⅴ、Ⅴ類圍巖段，在開挖之前，必須全面檢查原支護(hù)段加固和塌方處理的施工質(zhì)量，在灌漿及襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上時方可組織進(jìn)行。開挖時應(yīng)遵循“弱爆破、短進(jìn)尺、早封閉、勤觀測”的原則，加強(qiáng)支護(hù)，精心施工。

頂拱采用超前注漿管棚施工，管棚采用外徑為108 mm,壁厚8 mm的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距500 mm，單根長度24 m，管棚仰角為1°。

管棚注漿完成后進(jìn)行爆破作業(yè)施工，采用“短進(jìn)尺、弱爆破、勤支護(hù)”的施工方法，每循環(huán)進(jìn)尺小于1 m，爆破后及時噴50 mm厚混凝土對巖面進(jìn)行封閉，噴護(hù)結(jié)束后進(jìn)行鋼拱架的安裝，采用I18工字鋼鋼架，縱向間距為750 mm，沿鋼拱架周邊設(shè)φ25、L=4.5 m@1 m厚錨桿(含鎖腰鎖腳錨桿)，并與鋼架焊接牢固，縱向每榀鋼拱架之間采用間距為1 m的φ25鋼筋焊接連接后采取噴200 mm厚掛網(wǎng)混凝土覆蓋封閉，鋼筋網(wǎng)采用φ8@200 mm×200 mm或φ6.5@150 mm×150 mm并與鋼拱架焊接連接。

靠近塌方區(qū)約20 m段(約0+255.5～0+275.5)固結(jié)灌漿的布置及要求與塌方以外段固結(jié)灌漿相同。

4結(jié)語

圖2　塌方段管棚支護(hù)斷面圖(樁號：0+230～0+255.5)

在軟弱破碎且地下水豐富的地質(zhì)條件下的隧洞開挖中經(jīng)常會出現(xiàn)坍塌問題，施工中重視超前地質(zhì)預(yù)報、加強(qiáng)與相關(guān)方的溝通、根據(jù)地質(zhì)情況制定有效的處理措施及施工方法就顯得尤為重要。洪屏抽水蓄能電站地下廠房隧洞塌方發(fā)生在2011年2月21日，項(xiàng)目部于2月27日確定處理方案，按照“先支后清、先護(hù)后挖、管棚為主、輔助固結(jié)”的處理原則于4月中旬處理完成。用時短、效果好、安全合理，從而保證了隧洞總體開挖進(jìn)度，確保了開挖工程的如期進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫霞.引水隧洞塌方處理探索[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012,6(5):104-106.

[2]趙文博.談鋼拱架、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的施工工藝及質(zhì)量控制[J].黑龍江科技信息，2012,20(15):79-81.

[3]劉國偉.管棚法高壓注漿與小導(dǎo)管注漿結(jié)合處理隧道塌方[J].科學(xué)之友,2008,37(14):28-31.

[4]師全海.小導(dǎo)管注漿在處理公路隧道大塌方中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007，60(S2)：72-74.

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV7;TV554;TV51;TV52

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0035-03

作者簡介:

劉彥鵬(1980-)，男，甘肅甘谷人，工程師，從事水電工程施工安全管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)