xx電站引水隧洞不良地質(zhì)地段塌方處理

xx電站引水隧洞不良地質(zhì)地段塌方處理xx水庫電站工程系xx三級水庫電站二期工程，位于xx縣xx中段支流梓溪上，以發(fā)電為主，并兼有調(diào)洪等綜合利用效益。水庫設(shè)計總庫容0.472億m3，電站設(shè)計裝機(jī)容量1100KW。xx水庫電站樞紐由高壩、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房等建筑物組成，引水系統(tǒng)由進(jìn)水塔、引水隧洞、調(diào)壓井和高壓管道組成。引水隧洞全長1649.5m，隧洞開挖斷面設(shè)計為內(nèi)徑4.2m、底寬3.0m的平底馬蹄形，縱坡按一坡到底布置為4.0122﹪,爆破方式采用光面爆破。隧洞樁號引0+12.256～0+80m地質(zhì)主要為侏羅系長林組（J3c）含礫砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，洞室?guī)r石軟弱、風(fēng)化強(qiáng)烈，有斷層、風(fēng)化夾層，夾泥地質(zhì)結(jié)構(gòu)面發(fā)育（尤其是緩傾角夾泥層理很發(fā)育）、巖脈整體性差，斷層F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14交錯，巖體破碎。進(jìn)水口后邊坡開挖坡度53～650，基巖為強(qiáng)風(fēng)化含礫巖夾全強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，傾向山里，巖體完整性差。工程地質(zhì)條件很差。本流域地處中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，多年平均降水量1581.1㎜。地下水主要為基巖裂隙水和孔隙水，水位變化受大氣降水影響，富水帶集中在節(jié)理裂隙、斷層密集帶、斷裂破碎帶、軟弱夾層和強(qiáng)風(fēng)化巖層中塌方段地下水富集，施工期間有大股水流涌出。隧洞1999年11月開工，2001年5月完工并開始運(yùn)行至今。1999年11月23日，隧洞施工不久，在樁號引0+17m處上游開始出現(xiàn)塌方，引0+35m段塌方最為嚴(yán)重。至2000年元月15日，塌方總長度達(dá)35m，塌方最大寬度7m，最高處離洞頂6m。2塌方原因分析2.1地質(zhì)原因塌方段地質(zhì)主要為侏羅系長林組（J3C）含礫砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，洞室?guī)r石軟弱、風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化夾層、夾泥地質(zhì)結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)斷層F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14集中交錯，巖體破碎，完整性差。根據(jù)有關(guān)規(guī)范，結(jié)合圍巖埋深、風(fēng)化程度、斷層破碎夾泥層的構(gòu)造組合條件進(jìn)行圍巖分類，根據(jù)隧洞開挖過程出露地質(zhì)顯示；塌方段圍巖類別為IV類，圍巖穩(wěn)定性為不穩(wěn)定至很不穩(wěn)，定巖體結(jié)構(gòu)特征為碎裂結(jié)構(gòu)至散體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面組合形式為具有危害性的層狀結(jié)構(gòu)面組合形式且其塊體尺寸小于洞室尺寸，力學(xué)參數(shù)f=1.5～2.5，k0=600～1500（Mpa/m）。工程地質(zhì)條件很差。2.2地下水作用塌方段地下水主要為基巖縫隙水和孔隙水，集中在節(jié)理縫隙、斷層密集帶、斷裂破碎帶、軟弱夾層和強(qiáng)風(fēng)化巖層中，水位變化受大氣降水影響，塌方段地下水密集，施工期間有大股水流涌出。使本來地質(zhì)就很差的圍巖顯得更不利穩(wěn)定。2.3大氣降水作用本工程進(jìn)水口開始塌方段上覆巖體厚1～5m，風(fēng)化強(qiáng)烈，夾泥地質(zhì)結(jié)構(gòu)面發(fā)育，節(jié)理縫隙密集；工程施工期間，降雨頻繁，致使圍巖更不利穩(wěn)定。3塌方處理方案的選擇及實(shí)施情況3.1方案選擇在圍巖不穩(wěn)定的洞室施工，有多種安全支護(hù)方法，最常見的有：噴素混凝土支護(hù)、掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護(hù)、砌混凝土預(yù)制塊或方塊石支護(hù)、混凝土超前樁旋噴支護(hù)、木支撐及鋼支撐支護(hù)等。因該隧洞為有壓引水洞，開挖后需進(jìn)行永久混凝土襯砌，且上部地質(zhì)差，斷層密集，巖體破碎，塌方空間大，無法采用噴素混凝土支護(hù)、掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土及混凝土超前樁旋噴支護(hù)；因現(xiàn)場石料開采困難，工期緊，故不能采用砌混凝土預(yù)制塊或方塊石支護(hù)；木支撐支護(hù)雖然簡便易行，然而考慮木料易腐爛，支護(hù)需要維持較長時間，故不宜采用。經(jīng)過綜合考慮和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析，選定用鋼拱架為支架的多邊形鋼支撐支護(hù)方案。處理情況（1）塌方段鋼拱架支護(hù)木“井”架支撐法處理在隧洞掘至樁號引0+17m上游開始出現(xiàn)塌方，且一直延伸至樁號引0+35m，塌方高達(dá)6m，且不斷掉塊。根據(jù)塌方段的工程地質(zhì)及施工條件，為安全施工，按照“人必須在保護(hù)棚下”的原則進(jìn)行施工?？紤]降低工程造價，在后期混凝土施工時不發(fā)生拆除費(fèi)用，即臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)不拆除，鋼拱架支護(hù)必須在設(shè)計開挖斷面以外。為使臨時結(jié)構(gòu)有足夠的承載能力，經(jīng)力學(xué)分析及經(jīng)濟(jì)比較，采用[14槽鋼能滿足要求。采用鋼拱架為支架的多邊形鋼支撐超前支護(hù)，在設(shè)計開挖斷面外用[14槽鋼按間距﹫80㎝進(jìn)行支護(hù)。為簡化鋼支撐結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝，把鋼支撐做成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，現(xiàn)場直接拼裝。其上方用方木、雜木按“井”字形直撐至巖面。防止上部圍巖繼續(xù)坍塌。拱架間用Φ20鋼筋焊接，使之連成整體；支護(hù)至掌子面時，為避免塌方的繼續(xù)，重新掘進(jìn)前采用打超前錨桿（錨桿Φ20鋼筋，孔深≥2m，孔向50～700斜向布置）對圍巖進(jìn)行擠壓加固，超前錨桿必須與前期支護(hù)的槽鋼焊接。支護(hù)后短進(jìn)尺（0.8～1m）進(jìn)行打孔、少藥量爆破。邊掘進(jìn)邊用鋼拱架支護(hù)，即掘進(jìn)一段支護(hù)一段，直至樁號引0+47m（洞室穩(wěn)定段）。在整個施工期間，經(jīng)常聽到該塌方段支護(hù)洞室內(nèi)有新的巖石掉落，該支護(hù)紋絲不動。（2）鋼支撐的安全拆除按設(shè)計要求，在隧洞進(jìn)口至樁號引0+22m間進(jìn)行的鋼支護(hù)必須全部拆除，即樁號引0+12.256～0+22m之間，其永久支護(hù)結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土）支護(hù)前須拆除拱架，然后才能進(jìn)行永久混凝土的施工。該段鋼支架共九個，根據(jù)該段隧洞圍巖地質(zhì)條件，不能一次拆除，否則極可能會引起整個洞口坍塌，延誤工期，造成不必要的損失。分析其上部地質(zhì)情況，斷層集中，巖體破碎，為確保安全拆除，按照“人必須在保護(hù)棚下”的原則，結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)性狀，拆除之后必有支木從未拆除拱架之頂拱伸出，構(gòu)成“保護(hù)棚”。擬定從里到外分三次拆除，每次三個拱架。拆除時須在槽鋼拱架頂拱1200處切水平縫，目的是槽鋼切斷后不因其上重負(fù)而直接掉落，危及操作工人，增加施工難度；并且易于拉拔操作。切縫過程應(yīng)在其下用圓木簡單牢固支撐。充分結(jié)合已施工好的進(jìn)水塔閘門預(yù)埋件的有利條件，利用預(yù)埋件作為固定吊點(diǎn)，用5T手動葫蘆配Φ12鋼絲繩同時拉出第一次拆除的三個頂拱和木支架。拱架卸除后待其上部圍巖應(yīng)力重新分布穩(wěn)定后，清除掉落石塊及木頭，再行拆除邊拱及其他雜物。確保整個拆除過程安全有序進(jìn)行。（3）塌方段水泥砂漿補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理隧洞不良地質(zhì)段（塌方段）設(shè)計在鋼拱架范圍內(nèi)采用鋼筋混凝土永久支護(hù)，其外部塌方空間同時需要回填密實(shí)。根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)成設(shè)備，采用UBJ—1.8型擠壓式灰漿泵（攪拌機(jī)型號“JP”）進(jìn)行施工。為了降低成本，選定灌注水泥砂漿，水泥砂漿比例：水泥：砂=1：1～2，在施工過程中根據(jù)吸漿量隨時調(diào)整砂漿比例，施工過程應(yīng)保持連續(xù)作業(yè)，避免不必要的堵管而造成誤工。根據(jù)進(jìn)水口段地形及塌方段距洞臉的位置，塌方段最高處頂部距洞臉處為18m。為確保塌方空洞切實(shí)回填密實(shí)，在洞臉相應(yīng)位置用潛孔鉆鉆設(shè)孔徑為82㎝的水平灌漿孔，同樣各孔用擠壓式灰漿泵灌注水泥砂漿直至不吸漿為止。為檢查塌方段灌漿效果，在不同高程、不同位置打檢查孔共6孔，單孔最大透水率q為1.8LU，效果良好。4運(yùn)行回訪情況xx電站工程引水隧洞