洞松水電站引水隧洞塌方及涌水處理

摘要本文介紹洞松水電站引水隧洞在開挖掘進(jìn)中，針對(duì)塌方所采取的注漿小管棚處理措施；特別是涌水引起大塌方洞段的超前大管棚結(jié)合固結(jié)、回填灌漿的處理措施，取得良好效果。值得類似隧洞工程塌方處理借鑒。關(guān)鍵詞小管棚超前大管棚涌水引水隧洞塌方灌漿洞松水電站位于甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣碩曲四級(jí)電站。電站裝機(jī)容量180MW(3×60MW),設(shè)計(jì)引用流量102.3m2/s,額定水頭197m。電站為引水式電站，引水隧洞為有壓洞，長(zhǎng)18084.06m,設(shè)計(jì)底坡i=0.365%,進(jìn)口高程2741m,為平底馬蹄形。V類圍巖洞段開挖斷面52.86m2,C25鋼筋混凝土襯砌厚度80cm;IV類圍巖洞段開挖斷面46.27m2,C25鋼筋混凝1:襯砌厚度60cm。該工程首部樞紐工程及引水隧洞(樁號(hào)0+062～3+000)段由我局于承擔(dān)施工，總工期2年。相對(duì)寬闊，僅近廠區(qū)約2km河段地形狹窄，區(qū)內(nèi)來說，右岸為近南北向的條形山，左岸以寬緩的冰磧、冰水堆積階地為主，碩曲河沿右岸山脊坡腳通過，河流呈蛇形彎曲，水流較急，漫灘不發(fā)育，兩岸零星分布有I級(jí)河流階地。引水線路所在的右岸，地面高程3250～2740m,相對(duì)高差達(dá)510m,主要發(fā)育有1、2、3號(hào)沖溝，展布方向以厚度達(dá)15m左右(拉洼雄溝),溝內(nèi)均有常年流水。其中以2號(hào)沖溝——拉洼雄溝切割較深，延伸較另外，在黑達(dá)村對(duì)岸存在一個(gè)大的弧形岸坡，岸為深灰色變質(zhì)砂巖與板巖互層，以薄層泥質(zhì)、砂基性火山巖及灰?guī)r透鏡體；地下水發(fā)育。引水線現(xiàn)為南北向的褶皺和斷裂，次為北東、北西向的斷裂。引水線路區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模較大的斷層8條，其中區(qū)域性大斷層有索讓斷裂(F?g)、普魯邊松斷裂(Fg)、鄉(xiāng)城斷裂(Fso),這三條斷裂走向基本隧洞主要傍山通過，側(cè)向埋深180～600m,垂直埋深150～500m,以板巖和變質(zhì)砂巖為主，巖層陡傾，存在緩傾角結(jié)構(gòu)面，洞頂和洞壁巖體存在沿結(jié)構(gòu)面跨坍的機(jī)率大。截止2010年9月15日本標(biāo)段已掘進(jìn)隧洞圍巖分類詳見表1。1"支洞在主洞1+978.84m樁號(hào)處與主洞相接，支洞進(jìn)口底板高程2761.8m,與主洞底板交點(diǎn)高程2733.78m,1*支洞全長(zhǎng)406.65m,平均縱坡-6.9%,支洞斷面4.5×5.3m(寬×高)。0+062～3+000段引水隧洞施工分三個(gè)作業(yè)面同(1)增加護(hù)拱，防止進(jìn)一步變形表1-1已掘進(jìn)隧洞圍巖分類表圍巖類別IV?類圍巖洞段IV?類圍巖洞段V類圍巖洞段合計(jì)工作面隧洞進(jìn)口合計(jì)百分比時(shí)施工，進(jìn)口工作面承擔(dān)0+062～0+978.84段隧洞，長(zhǎng)度916.84m;1*施工支洞下游作業(yè)面施工隧洞1+978.84～3+000段，長(zhǎng)度1021.16m;1*施工支洞上游作業(yè)面施工隧洞0+978.84～1+978.84段，長(zhǎng)度1000.00m。裝載機(jī)裝渣，自卸汽車出渣，小型挖掘機(jī)開挖排水溝、處理拱頂安全，循環(huán)進(jìn)尺0.8~1.8m。Ⅲ類凝土厚度、加密錨桿基礎(chǔ)上，增加型鋼支撐(間距0.8~1.2m);V類圍巖采用0.6m型鋼支撐，其2塌方體處理措施在洞松水電站引水隧洞的施工過程中，曾遇多處因地質(zhì)圍巖差而引起的塌方情況，如S0+763、S2+406.5、S2+538.1、S1+702.6等多處塌方和S1+350～S1+423的三次塌方。塌方洞段出現(xiàn)坍塌。塌方體石碴封閉了掌子面，堆積長(zhǎng)度約4～6m,部分頂拱以上形成塌腔，空腔高度墻拱變形洞段加鋼護(hù)拱加強(qiáng)支撐，以防止支護(hù)好的洞段繼續(xù)變形，拱架間用φ25鋼筋焊接，間距50cm,護(hù)拱腳用型鋼連接，護(hù)拱緊貼砼面，用木楔將空隙部分塞緊，塌方處理完后拆除加強(qiáng)(2)封閉掌子面除部分掌子面少量空隙外，塌方體多將掌子載機(jī)將石渣輔以人工土袋封閉，并在松散堆積體和土袋上噴C20砼止?jié){墻，厚度20cm;(3)注漿小管棚施工在頂拱鉆超前φ48小管棚，管棚向上傾斜3～5°,長(zhǎng)度6m,間距30cm,管棚內(nèi)注漿，利用管棚灌漿固結(jié)松散碴體，管棚注漿完成后，松碴體得到一定固結(jié)。小管棚的布設(shè)間距較小，且設(shè)有灌漿的小孔，注漿小管棚自身具有一定的承載(4)塌方體回填、固結(jié)灌漿施工在掌子面頂拱上的坍塌體向上仰角40°~60°打一排φ48小導(dǎo)(花)管5根，長(zhǎng)度6m,其中一部分孔灌漿過程中吸漿量較大，可適當(dāng)加一定數(shù)量的細(xì)砂，施灌過程中采用待凝灌漿，并加3%的速凝劑，灌漿壓力0.3～0.5MPa,水灰比1:1～0.5:1。由于塌方體為泥質(zhì)粉砂巖，遇水部分已泥化，部分塌方體灌漿吃漿量小，不得不盡仰角導(dǎo)管灌漿結(jié)束后，空腔得到一定回填，回漿管返漿后可停止灌漿，并可計(jì)算出灌漿高度，是(5)塌方體開挖與支護(hù)灌漿結(jié)束12小時(shí)后，利用小管棚作棚架支撐，清除塌方石碴，欠挖部位不能放炮，拱腳不夠部60～80cm后，利用已有臺(tái)車(門架)安裝鋼支撐，并按V類圍巖加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)施工，鋼支撐采用I18工字鋼，盡量貼近掌子面，拱架間采用φ25鋼筋連接，間距均為50cm,與鋼拱架焊接牢固。拱架鎖腳錨桿φ25、L=4.5m,均勻布置在直墻段：頂拱上布置系統(tǒng)錨桿φ25,L=4.5m,間距1.5m;布φ6.5鋼筋網(wǎng)片，@15×15cm,并滿噴C20砼。(6)墻拱變形段處理措施度過塌方段后，反過來處理變形段，在墻拱變形段頂拱布置φ48灌漿管，長(zhǎng)度6m,每個(gè)斷面布置2個(gè)灌漿孔，排距2m,利用φ48灌漿管對(duì)變比2:1、1:1、0.5:1,灌漿壓力0.3～0.5Mpa,壓力可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況作適當(dāng)調(diào)整。在變形嚴(yán)重鋼支撐附近增加φ25、L=6m的錨桿，錨頭與拱架焊從塌方體開挖揭露水泥的結(jié)石和石碴固結(jié)情能有效地承受來自塌方體上部空腔塌碴帶來的沖回填灌漿和強(qiáng)有力的支護(hù)措施，是處理普通塌方2009年9月初，在引水隧洞1+654.20樁號(hào)掘進(jìn)工作面處，左拱頂部位(高程約2738m)出現(xiàn)小打排水孔及噴射砼封閉塌方，同時(shí)采取工字鋼進(jìn)行支護(hù)。約在3小時(shí)后，拱頂位置突然出現(xiàn)較大水量呈現(xiàn)逐步加大的變化趨勢(shì)，涌水初期，集水井的水泵排水量?jī)H為250.00m/h足以排除涌水，并增加排水設(shè)備，洞內(nèi)最高達(dá)到了500.m3/h左右作面被淹沒，涌水從1*支洞洞口自流排出，部分抽排水設(shè)備被淹沒水中。在1*支洞洞口(高程2761.8m)測(cè)量自然流出最大水量約為800m3/h~850.m3/h,且受鄉(xiāng)城縣地處邊遠(yuǎn)山區(qū)無法購(gòu)買水泵及排水管路等因素影響，造成洞內(nèi)被項(xiàng)目部立即組織購(gòu)買抽水設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)排，在經(jīng)過近1個(gè)月的洞內(nèi)抽排水搶險(xiǎn)，洞內(nèi)積水被排3.3大塌方體的處理實(shí)施方案左側(cè)掌子面附近已完成支護(hù)的工字鋼支撐已經(jīng)產(chǎn)生明顯的變形，噴射的砼部分出現(xiàn)裂縫，裂縫中有大量的地下水分多處涌出。頂拱出現(xiàn)大面積坍塌，塌方體封閉掌子面，堆積長(zhǎng)度約經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工代表共同討論研(1)對(duì)變形洞段加固處理由于涌水已從噴砼支護(hù)洞段裂縫間滲出，說在原每榀工字鋼拱架部位再疊加一榀116工字鋼加強(qiáng)支護(hù)，因塌方體堆渣必須在掌子面處理完成后方可清除，故該疊加的I16工字鋼護(hù)拱不能一次全面施工，只能采用上、下半拱分別完成，上的縱向型鋼上(縱向型鋼采用I18工字鋼，固定于φ48,L=4.5m注漿管棚上),并打10根4.0m,管距約50cm,穿進(jìn)位置選在前端原已安裝完成的鋼拱架退后第二榀，主要布設(shè)在拱頂左邊(4)封閉坍塌體增設(shè)止?jié){墻，即塌方處理前用C20噴砼封閉坍塌體，厚度30cm。塌體與頂拱結(jié)合部位砌砂袋止?jié){內(nèi)墻。主要目的是增加固結(jié)灌漿壓力和防止坍塌體，厚度30cm。塌體與頂拱結(jié)合部位砌砂袋止?jié){內(nèi)墻。主要目的是增加固結(jié)灌漿壓力和防止沖刷掏空，鋼筋鎖腳錨桿砂漿灌注質(zhì)量難以得到桿)。型鋼間用φ25鋼筋連接，間距50cm,局部出現(xiàn)拉裂縫部位補(bǔ)掛φ6.5@200鋼(2)引排涌水噴射砼為宜，將內(nèi)部積水的部位布置φ150鋼管多根，網(wǎng)孔直徑為φ200300,前端管口用φ6.5鋼筋作成網(wǎng)狀，閘閥的目的是以便度過塌方段后返回來處理、加(3)探清拱頂以上松散體在塌方處的頂部用小導(dǎo)管向上探進(jìn)，主要目的是探明洞頂上面堆渣厚度，如果上部堆渣較厚則可直接采用固結(jié)灌漿的處理方式。同時(shí)在塌方上端鉆設(shè)φ100鋼管兩排用以引水，鋼管長(zhǎng)(5)超前大管棚施工采用φ127鋼管棚布設(shè)在上半拱圈位置，管壓部分可根據(jù)場(chǎng)地就近安置。中127鋼管為特制無縫鋼管，1.5m一節(jié)，分內(nèi)外連接絲口，每節(jié)由一頭。在施工過程中如正常的地質(zhì)鉆孔加套管一樣一節(jié)一節(jié)加長(zhǎng)。為了加強(qiáng)后期的灌漿效果，鋼管周壁鉆設(shè)有小孔，數(shù)量不能太多(保證鋼管的抗扭矩能力)。整個(gè)掌子面的鋼管鉆設(shè)只用了一臺(tái)鉆機(jī)，用時(shí)約20天，每一根鋼管在鉆設(shè)過程中地下相鄰管棚接頭絲口不得在同一斷面上，應(yīng)錯(cuò)縫安裝，鋼管前端一定長(zhǎng)度制作成花管。管棚采用φ127無縫鋼管(地質(zhì)導(dǎo)管),間距0.3m,180°范圍內(nèi)布設(shè)，L=20m,傾角3～5°,管尾與鋼拱架焊接牢固。見圖1。(6)超前大管棚注漿管壁布設(shè)φ12眼孔(花管),通過管棚注漿對(duì)坍塌體進(jìn)行固結(jié)灌漿。因塌方中有較豐富的地前期可選擇經(jīng)驗(yàn)參數(shù)比，水：水泥：水玻璃=1.5:1.0:0.5,在實(shí)際施工過程中適當(dāng)調(diào)整。灌漿壓力初選為0.1～0.5Mpa,根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，以出現(xiàn)少量冒漿為準(zhǔn)，灌漿結(jié)束前必須持漿3～5min,(根據(jù)速凝劑的凝結(jié)時(shí)間可調(diào)整)。在灌漿施工時(shí)，先施工大管棚上的第二層小花管，從地下滲水情況判斷有一定效果。然后繼續(xù)對(duì)大管棚進(jìn)行灌漿，鋼管頭設(shè)了一個(gè)灌漿用的封頭。灌漿順序是從兩邊腰部向頂部靠攏的擠壓式。整個(gè)灌漿過程中根據(jù)情況調(diào)整漿液濃度和摻加水玻璃的比例，但由于滲水量和壓力較大，很難控制漿液凝結(jié)時(shí)間，大部分漿液被地下水帶走。施工時(shí)段10天，水泥總耗量約350t。(7)拱頂坍塌體固結(jié)、回填灌漿在頂拱上部和邊墻采用小導(dǎo)管(花管),對(duì)邊墻和頂拱上部進(jìn)行固結(jié)、回填灌漿，注漿小導(dǎo)管①48,L=6m,間距0.6m,施工角度40°,搭接長(zhǎng)(8)坍塌體清除及隧洞支護(hù)掘進(jìn)過程中采用上下導(dǎo)坑開挖支護(hù)，每次掘進(jìn)一110小挖機(jī)配合的方式進(jìn)行。先用110型小挖機(jī)刨φ48、L=4.5m鋼管，中間加φ28鋼筋，并注漿固管棚掘進(jìn)過程中的支撐點(diǎn)。在上半拱施工掘進(jìn)中該部位進(jìn)行密集布設(shè)φ48、L=3.0m鋼管并固結(jié)灌上導(dǎo)坑一直掘進(jìn)了14.2m才出露較好一點(diǎn)的巖層，呈穩(wěn)定狀態(tài)，于是開始進(jìn)行下導(dǎo)坑的開挖及支護(hù)(9)支護(hù)參數(shù)鋼拱架I18工字鋼，間距0.6m;連接鋼筋φ25,與拱架焊接牢固，間距0.5m;鋼筋網(wǎng)片φ6.5@15cm×15cm;系統(tǒng)錨桿φ25,L=4.5m,間距1.5m,排距對(duì)應(yīng)鋼拱架布設(shè)。鎖腳錨桿10根φ25,L=4.5m,左右各5根，均勻布置，對(duì)涌水較人的孔位可采用錨固劑藥卷施工(因內(nèi)部局部已被水流沖刷、淘洗后，已形成較為松散的塌方堆積體，不易成孔且鋼筋鎖腳錨桿灌注質(zhì)量難以保證，故在該松散部位(無涌水)采用自進(jìn)式中空錨桿)。拱頂及邊墻噴射C20砼，厚度20cm;拱腳基礎(chǔ)C20砼0.8m×0.3m×0.3m。(10)變形洞段的加固處理待完成塌方段的掘進(jìn)及臨時(shí)支護(hù)工作后再掘進(jìn)約5m的圍巖段，反回來處理已支護(hù)變形段：先關(guān)閉φ150的導(dǎo)水管閘閥，對(duì)整個(gè)變形段及受此花管直徑選擇φ48的小導(dǎo)管，管長(zhǎng)選擇L=1.0m,間距1.5m,范圍選擇此區(qū)間的拱頂及左右邊墻。漿液選擇1:1的純水泥漿，壓力要大過地下水壓間距1.5m,梅花型布置，1:0.5～1:1純水泥漿，適當(dāng)打一些排水孔，孔徑φ48,孔深3m,如果滲水量