xx工程導(dǎo)流洞塌方處理施工技術(shù)總結(jié)

xx一級(jí)水電站左岸導(dǎo)流洞，斷面為城門洞型，襯砌后尺寸為15×19m(寬×高)。洞身長(zhǎng)度1214.359m，進(jìn)、出口底板高程分別為1638.50m和1634.00m。整個(gè)導(dǎo)流洞按雙彎道布置，由進(jìn)口引渠段、閘室段、漸變段、洞身段、堵頭段、洞身段和出口引渠段組成。洞身開挖分三層進(jìn)行鉆爆開挖，每層開挖過程中根據(jù)圍巖情況及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)，其中噴混凝土為10~15cm厚的鋼纖維混凝土，然后采用60～120cm厚鋼筋混凝土全斷面襯砌，其中邊拱為C30混凝土，底板為C40聚丙烯纖維混凝土。左岸導(dǎo)流洞圍巖巖性為大理巖，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，層間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且大多節(jié)理結(jié)構(gòu)呈張性，埋深較大部位的地應(yīng)力較高，易發(fā)生巖爆現(xiàn)象，主節(jié)理面的走向大致平行于洞軸線，傾向于山體內(nèi)側(cè)，傾角在50°-70°之間，另有幾組節(jié)理走向大致與其相同，傾向恰恰相反，傾角在60°-80°之間，在隧洞洞頂形成“人”字形構(gòu)造，易出現(xiàn)塌落和掉塊現(xiàn)象。隧洞洞身有三條大的斷層穿過，斷層及其影響帶為Ⅳ、Ⅴ類圍巖長(zhǎng)約300m長(zhǎng)，其中K0+890至出口段主要是f2斷層影響。左岸導(dǎo)流洞K0+430—K0+550洞段，2005年10月26日至2006年3月9日，先后發(fā)生10多次大塌方，大致劃分為4個(gè)階段。⑴初期階段：最初始于2005年10月26日，先由K0+450—K0+455右邊墻因欠挖處理引發(fā)。2005年11月2日，導(dǎo)流洞K0+500—K0+525左頂拱出現(xiàn)塌方。2005年11月4日K0+555—K0+565左頂拱向下游擴(kuò)展塌方。該階段塌方規(guī)模較小，塌方量在幾十到幾百方左右。⑵發(fā)展階段：2005年11月7日，彎弧上游段K0+426—K0+462因保護(hù)層開挖沿煌斑巖脈和薄層綠片巖發(fā)生較大規(guī)模塌方。2005年11月13日，塌方進(jìn)一步朝下游面擴(kuò)展至K0+460—K0+480。2005年11月23日，彎弧下游段在K0+500—K0+540出現(xiàn)大規(guī)模塌方。2005年11月26日，K0+550～K0+565再次塌方。該階段塌方規(guī)模較大，塌方量在幾百到幾千方左右。⑶高峰階段：2005年12月15日，K0+430—K0+500發(fā)生特大規(guī)模塌方。塌方面積約1500m2，塌方量約40000m3左右，將上下游塌方空腔連通。一天發(fā)生數(shù)次或者隔日、數(shù)日發(fā)生。⑴圍巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育、性狀差，巖層走向與洞軸線夾角小。該洞段屬?gòu)澔《?，水平和垂直埋深均?00～350m。該洞段發(fā)育有三組裂隙，局部見地下水出露。⑵地應(yīng)力高。據(jù)前期勘測(cè)資料，最大主應(yīng)力達(dá)34.14～40.4MPa，方向N50°~60°W。主應(yīng)力σ1與洞軸線夾角較大，基本與洞壁垂直，指向洞內(nèi)。⑶發(fā)育有不利的結(jié)構(gòu)面組合。該洞段發(fā)育N35～40E/SE順坡向裂隙和層面N20°~30°E/NW，構(gòu)成“人”字型不利組合。洞室開挖后，在地應(yīng)力作用下，靠河側(cè)洞壁及頂拱極易發(fā)生變形位移，以至于導(dǎo)流洞上半洞開挖時(shí)，整個(gè)彎弧段段拱頂均發(fā)生“人”字型掉塊或坍塌。⑷隨著下半洞、尤其是右邊墻和底板保護(hù)層開挖，在彎段中心（內(nèi)弧段）最大應(yīng)力釋放與巖層不利結(jié)構(gòu)面的共同影響下，極易導(dǎo)致右側(cè)邊墻及頂拱軟弱層被擠出滑塌。上半洞形成暫時(shí)穩(wěn)定的塌落拱，在拱腳失穩(wěn)滑塌后引發(fā)頂拱進(jìn)一步擴(kuò)展，形成新的“人”字型坍塌。⑸由于塌方規(guī)模大，難以及時(shí)處理，在圍巖壓力作用下，松動(dòng)圈范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。塌方迅速?gòu)较驍U(kuò)展并沿塌方段中心向兩端延伸，上游延伸至K0+430m，下游延伸至K0+550，總長(zhǎng)120m。其中K0+440～K0+490塌方平均高度超過設(shè)計(jì)開挖洞頂20m，最大高度為42m。塌方處理的重點(diǎn)：①分層出渣；②分層支護(hù)；③混凝土襯砌等。特別是塌方體堆渣的開挖清理決定了塌方段處理的總工期，而渣體開挖又受制于支護(hù)的速度，混凝土襯砌施工周期較長(zhǎng)，需及早進(jìn)行，整個(gè)塌方處理應(yīng)形成各工序銜接且交叉施工、空間上流水作業(yè)的格局。塌方處理的難點(diǎn)：①出渣與支護(hù)的交叉干擾。塌方段渣堆最大高度約40m，按5m臺(tái)階分層開挖，共需開挖支護(hù)8個(gè)循環(huán)，因此開挖與支護(hù)勢(shì)必交叉作業(yè)。開挖上一層后立即預(yù)襯邊墻混凝土，然后進(jìn)行錨筋束和錨索施工，在完成灌注漿后，拆除腳手架平臺(tái)，進(jìn)行下一層出渣支護(hù)，同時(shí)進(jìn)行上一層的錨索張拉，如此形成工作循環(huán)。②錨索、錨筋束、固結(jié)灌漿成孔困難。由于塌方體邊墻松弛變形大，特別是右邊墻夾鉆、塌孔等較普遍。對(duì)此，需增加回轉(zhuǎn)速度，降低鉆壓，同時(shí)為了成孔，對(duì)鉆孔進(jìn)行了固結(jié)灌漿，然后掃孔，再灌再掃等多次循環(huán)，直接影響了直線工期。③混凝土襯砌的施工安排。在塌方處理后期施工中，出渣、支護(hù)、灌漿、清基、鋼筋綁扎、立模、混凝土澆筑同時(shí)進(jìn)行，設(shè)備密度很大、干擾多，如何做好各項(xiàng)工序的銜接、施工資源的分配和協(xié)調(diào)，需要精心組織安排。塌方處理的總體步驟為：先對(duì)塌方段的上下游進(jìn)行鎖口，再對(duì)塌方穴進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，然后分層開挖，開挖一層支護(hù)一層，最后進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌。開挖、支護(hù)施工均分段進(jìn)行，形成分部、交叉的流水作業(yè)格局，整個(gè)塌方處理在上層貫通后，由塌方段上下游向塌方中部形成分別是鋼筋混凝土襯砌、Ⅴ層支護(hù)、Ⅳ層開挖、Ⅲ層支護(hù)、Ⅱ?qū)娱_挖、Ⅰ層支護(hù)的施工場(chǎng)面。為保證塌方處理施工安全，防止塌方范圍的擴(kuò)大，首先要對(duì)塌方段的上下游洞身段進(jìn)行鎖口加固。先對(duì)緊接塌方段上下游的未塌段進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，然后對(duì)局部塌方的變形段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，包括工字鋼支撐、長(zhǎng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等方式，直到塌方穴邊緣。對(duì)塌渣體堆滿導(dǎo)流洞的部位采用先對(duì)渣體固結(jié)灌漿、然后從渣體中開挖的方法，每循環(huán)開挖前需進(jìn)行小導(dǎo)管或錨桿超前支護(hù)，開挖出渣后架立工字鋼支撐，鋪鋼筋網(wǎng)片，噴鋼纖維混凝土，安裝砂漿錨桿鎖定鋼支撐。對(duì)渣體上部有空腔的部位，清除表面浮石，直接立雙層工字鋼支撐，采用角鋼連接成工字鋼梁，然后立模分兩次回填混凝土至2m厚，然后進(jìn)行錨桿施工，最終在工字鋼混凝土的上方形成的空腔，采用低標(biāo)號(hào)混凝土充填，以限制上部圍巖的變形。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，工字鋼混凝土上部的空腔高度最大為12m，經(jīng)上述處理后可以保證圍巖穩(wěn)定。在經(jīng)過上述處理后，塌方洞段上部已經(jīng)形成較為穩(wěn)定的拱殼，上下游貫通，然后對(duì)已處理部位進(jìn)行固結(jié)灌漿，針對(duì)施工部位的不同分別打長(zhǎng)錨桿、錨筋束、預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，局部巖體破碎帶進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)，確保支護(hù)處理的有效性。在塌方段上部加固施工結(jié)束后逐層清渣，每次挖除5m,兩側(cè)間隔進(jìn)行，出渣后對(duì)邊墻部位先進(jìn)行邊墻2m厚工字鋼混凝土支護(hù)，工字鋼間距60cm，混凝土澆筑完成后，按照1.5×1.5m的間距安裝3Ф28m錨筋束，再施工L=30m（750KN）的預(yù)應(yīng)力錨索，以便混凝土和圍巖整體受力。由于錨索施工工期較長(zhǎng)，使用錨筋束可以在錨索施工期間保證邊墻的穩(wěn)定性。隨著出渣和邊墻混凝土的施工進(jìn)度交叉進(jìn)行，在施工過程中，右邊墻塌孔嚴(yán)重，采取了預(yù)固結(jié)灌漿的方式進(jìn)行處理。對(duì)沒有清理干凈的虛渣部分，整體進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿，灌漿深度超過虛渣厚度5m。每分段開挖一層，及時(shí)支護(hù)一層，在塌方段兩端施工時(shí)應(yīng)保證進(jìn)入塌方段中部的施工道路，以便使各項(xiàng)工序順利進(jìn)行。由塌方段上下游向中間每支護(hù)結(jié)束一段，混凝土襯砌一段，在清基結(jié)束后，先對(duì)該段底板混凝土進(jìn)行整段施工，然后分倉(cāng)襯砌邊、拱混凝土。在塌方段的上下游各布置1臺(tái)鋼筋臺(tái)車和2臺(tái)鋼模臺(tái)車，在鋼筋安裝結(jié)束后，前面鋼模臺(tái)車跳倉(cāng)澆筑，后面臺(tái)車逐個(gè)補(bǔ)缺澆筑，在上下游分別形成一輛臺(tái)車等強(qiáng)另一輛臺(tái)車澆筑的格局。 測(cè)量放線一鋼支撐定位立鋼支撐焊連接筋打鎖腳錨桿圖1工字鋼混凝土施工工藝流程圖塌方穴頂拱雙層工字鋼組合梁施工：工字鋼由鋼加廠加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后分層安裝，工字鋼間距55cm左右，為Ⅰ20a型，根據(jù)空穴形狀調(diào)整圓弧段半徑，局部超挖嚴(yán)重部位增加附拱，以保證工字鋼與頂拱塌方穴結(jié)合貼切，工字鋼間用Ф28mm螺紋鋼筋做縱向連接鋼筋，連接筋間距75cm，每根梁在安裝時(shí)分段組裝，接頭鋼板為厚10mm的鋼板，螺栓連接，螺栓間距15cm，兩層工字鋼間距50cm，兩層工字鋼間用角鋼連接。每根梁借助腳手架管進(jìn)行安裝，然后加固，安裝模板，澆筑混凝土，使單根梁可以承重。第一次澆筑混凝土厚度同粱高?；炷翝仓戤吅?，適當(dāng)待凝等強(qiáng)后，再澆筑150cm厚混凝土，使工字鋼混凝土能夠承重。變形段及邊墻工字鋼施工：變形段直接沿支護(hù)面立工字鋼支撐，鋼支撐間距80cm，焊縱向連接筋，間距1m，安裝L=3m、Φ25錨桿鎖腳固定，掛鋼筋網(wǎng)片，噴C20素混凝土；在邊墻超挖較多部位，沿設(shè)計(jì)開挖線向外1m立工字鋼支撐，安裝鎖腳錨桿固定，并在工字鋼內(nèi)側(cè)用鋼筋連結(jié)，使其形成一個(gè)整體，然后在工字鋼外側(cè)鋪上模板，澆筑混凝土。混凝土的澆筑強(qiáng)度不能太高，以防鋼支撐或模板變形。為了保證錨索施工時(shí)上部穩(wěn)定問題，在加固混凝土完成后及時(shí)進(jìn)行錨筋束施工，錨筋束間距1.5×1.5m，錨筋束為L(zhǎng)＝9m，328mm的鋼筋。在出渣后及時(shí)錨噴支護(hù)，同時(shí)根據(jù)圍巖情況進(jìn)行錨筋束施工。由于每層出渣高度為3~5m，所以錨筋束可使用液壓快速鉆機(jī)鉆孔，在插入鋼筋束后按規(guī)定灌漿，在凝固前不得碰撞錨頭。如果鉆孔時(shí)遇到巖石擠壓破碎帶卡鉆時(shí)，則采用砂漿球固壁的方法，確保鉆孔的成孔效果。塌方段錨索主要參數(shù)為：L=30m，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力為1000KN和1500KN，L=40m，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力為1500KN，其中上部為1000KN，下部為1500KN，間排距4×4m。根據(jù)塌方部位的實(shí)際情況，對(duì)錨索進(jìn)行定位編號(hào)，在出渣后先進(jìn)行錨噴支護(hù)或工字鋼混凝土施工，然后靠邊墻搭腳手架，YXZ-70鉆機(jī)就位造孔，如在打鉆過程中遇到圍巖破碎地段時(shí)，為保證成孔質(zhì)量及效率，對(duì)鉆孔進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，待凝等強(qiáng)后掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)。同時(shí)在錨索編制場(chǎng)編制錨索，下錨采用人工下錨的方式，要保證錨索在孔內(nèi)順直不扭曲，不得向外拉。然后按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行灌漿和錨墩澆筑。錨索張拉在錨固灌漿抗壓強(qiáng)度達(dá)到35MPa及錨墩混凝土等的承載強(qiáng)度達(dá)到施工圖紙規(guī)定值后進(jìn)行。由于各根鋼絞線長(zhǎng)度不等，采用單根間隔對(duì)稱分序張拉，確保各根鋼絞線平均受載，如此一個(gè)張拉循環(huán)完畢，繼續(xù)進(jìn)行下一循環(huán)張拉，直至設(shè)計(jì)工作荷載。張拉力應(yīng)逐級(jí)增大，其最大值為錨索設(shè)計(jì)荷載的1.05～1.1倍，穩(wěn)壓10～20min后鎖定。鎖定后的48h內(nèi)，若錨索應(yīng)力下降到設(shè)計(jì)值以下時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。最大張拉力不得超過預(yù)應(yīng)力鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的70%。由于塌渣體高達(dá)40余米，上下游清渣時(shí)按照12%的坡度修筑出渣道路，均不能到達(dá)渣堆頂部，因此采用兩臺(tái)反鏟接力出渣，兩平臺(tái)高差7m，兩臺(tái)反鏟相距15m左右，上臺(tái)階反鏟甩渣，下臺(tái)階反鏟裝車，在每層施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況上下游采取不同的坡道單側(cè)運(yùn)輸。鋼筋由鋼加廠加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后人工安裝，鋼筋驗(yàn)收合格后鋼模臺(tái)車就位，混凝土由砼拌和站拌制，砼運(yùn)輸罐車運(yùn)輸至工作面，泵送入倉(cāng)，插入式振搗棒振搗，混凝土終凝后養(yǎng)護(hù)24h拆模，進(jìn)入下一循環(huán)。在塌方段每層的邊墻工字鋼混凝土施工結(jié)束后，對(duì)該層進(jìn)行固結(jié)灌漿。采用JT—25型圓盤鉆機(jī)直接鉆孔，間排距3m,梅花形布置,孔深為入圍巖15m，孔徑為φ50mm，分兩段灌，采用活塞式灌漿泵，自動(dòng)記錄儀進(jìn)行記錄。采用一次成孔分段灌漿的方法，第一段先灌孔底7m，然后掃孔灌第二段，第一段灌漿壓力為0.5Mpa，第二段灌漿壓力為0.8Mpa，整個(gè)灌漿按照設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求進(jìn)行。為了給施工和搶險(xiǎn)工作組提供可靠信息，為塌方處理提供決策依據(jù)，在長(zhǎng)120m的塌方段內(nèi)，等距離了布置6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面分別布置了多點(diǎn)式錨桿測(cè)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、鋼筋計(jì)、收斂計(jì)等。及時(shí)掌握圍巖變形情況，分析圍巖穩(wěn)定性，為補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、加固措施提出指導(dǎo)依據(jù)。同時(shí)，測(cè)量人員利用全斷面觀測(cè)儀每班兩次對(duì)圍巖進(jìn)行變形觀測(cè)。根據(jù)在塌方處理過程中各監(jiān)測(cè)斷面的觀測(cè)結(jié)果分析，在導(dǎo)流洞過流前頂拱具備自穩(wěn)能力，表明初期工字鋼腹拱混凝土與錨桿、錨筋束、錨索聯(lián)合支護(hù)的方案是可行的，支護(hù)是穩(wěn)定可靠的。根據(jù)多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和收斂變形時(shí)態(tài)曲線分析，塌方頂部腹拱混凝土應(yīng)力受下層開挖影響較小，邊墻及頂拱部位的加固支護(hù)效應(yīng)較明顯，圍巖趨于穩(wěn)定，塌方不再變形和下沉，達(dá)到了預(yù)期目的。針對(duì)塌方發(fā)展?fàn)顩r，xx建設(shè)管理局組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、承建單位召開了左岸導(dǎo)流洞塌方處理專題會(huì)議，會(huì)議決定成立搶險(xiǎn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)工作組，參建各方的現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人為工作組成員，并由承擔(dān)導(dǎo)流洞監(jiān)理任務(wù)的長(zhǎng)江委xx工程監(jiān)理部總監(jiān)任組長(zhǎng)，全權(quán)負(fù)責(zé)塌方現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)方案審定及施工現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)工作，為確保搶險(xiǎn)項(xiàng)目文件快速傳遞和及時(shí)處理，長(zhǎng)江委監(jiān)理部在導(dǎo)流洞工程監(jiān)理處設(shè)立專門的收發(fā)文件系統(tǒng)。截至2006年9月10日，共計(jì)召開塌方專題會(huì)議6次，搶險(xiǎn)工作組工作會(huì)議51次。為了應(yīng)對(duì)塌方，我局成立了“塌方搶險(xiǎn)”小組，由施工局主要領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)，并組織了多支塌方搶險(xiǎn)突擊隊(duì)，成員分別由開挖、支護(hù)、機(jī)械、混凝土、監(jiān)測(cè)、安保、物資供應(yīng)等專門人員組成，負(fù)責(zé)塌方搶險(xiǎn)處理所需的人員、設(shè)備和物資的統(tǒng)一安排，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)施工安排、方案調(diào)整、資源調(diào)動(dòng)和技術(shù)聯(lián)系工作。鑒于塌方處理工程的復(fù)雜性，尤其是搶險(xiǎn)過程中的施工安全，給施工人員造成心理壓力，容易使施工人員信心不足，我局除積極改善施工條件外，還經(jīng)常給作業(yè)人員交底，共同討論施工方案