水電站2#引水隧洞塌方處理探討

水電站2#引水隧洞塌方處理探討【內(nèi)容提要】對xx水電站2#引水隧洞塌方的原因進行了調(diào)查分析，針對現(xiàn)場塌方的實際情況，塌方處理分兩步進行：首先對受塌方影響的初期支護裂縫地段進行加固；其次是對塌方體進行搶險處理。在現(xiàn)場針對掌握情況認真研究處理塌方方案，認真制定處理塌方的步驟、方法及預防塌方的施工措施?！娟P(guān)鍵詞】引水隧洞塌方裂縫搶險處理1．工程概況xx水電站位于四川省xx自治州xx縣境內(nèi)，xx河中游xx至xx河段，是xx河流域水電規(guī)劃二庫五級方案開發(fā)的第3梯級電站，該電站為大（2）型引水式，單一發(fā)電工程。電站首部位于河口下游約400m的xx河段，壩址距上游xx縣縣城約26km，距下游xx縣城約98km；廠址距xx縣城約79m。xx水電站引水隧洞全長約16.15km，xx集團有限公司承建的MEG2007/C2-2合同段起訖里程為（引）2＋462引）4＋499，隧洞總長2037m，斷面為圓形，內(nèi)徑8.60m，開挖斷面為直徑9.4~10.2m的圓形，縱坡1.58‰，全斷面采用鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。樁號（引）2＋462引）3＋520，段長1058m，隧洞最大埋深600m，與巖層走向夾角約20~60°左右。該段巖層軟硬相間，千枚巖所占比例比較高，表現(xiàn)為互層狀結(jié)構(gòu)，巖體完整性差，圍巖不穩(wěn)定。施工開挖時易產(chǎn)生小規(guī)模塌方。樁號（引）3＋520引）4＋499，段長979m，其中包括xx，最淺埋深約75m，覆蓋層厚約5m，成分主要為崩積、洪積成因的塊碎石土，與巖層走向夾角約20～60°左右。該段因過溝段隧洞洞頂板上覆基巖厚度小，溝內(nèi)常年流水，風化卸荷作用強烈、地下水比較活動，巖體完整性差，呈碎裂-散體結(jié)構(gòu)，圍巖極不穩(wěn)定。如在過溝段進行開挖時突發(fā)性大量涌水，有可能導致大塌方。因此，塌方的預防和處理是一個難點。2．塌方情況xx水電站2#引水隧洞開挖采用“新奧法”施工，上下臺階法開挖(Ⅲ類采用全斷面開挖其中下臺階預留斷面2米。全隧道施工均采用光面爆破技術(shù)。2008年8月26日，引水隧洞下游掌子面開挖至樁號（引）3+321時，在排險過程中，拱部出現(xiàn)局部掉塊，深度約2m。8月27日，經(jīng)業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工單位四方查看現(xiàn)場后形成了該塌方段處理方案:按80cm間距施作鋼支撐(Ⅰ18工字鋼采用超前錨桿及模噴混凝土支護措施。我部按照該方案對塌方段進行了處理，并安全通過該段施工。9月7日，繼續(xù)進行洞挖施工，在鉆爆前按既定方案要求認真施作了超前錨桿，但放炮后掌子面再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，塌方巖石將超前錨桿壓毀，并將超前錨桿從巖體中抽出，塌方深度約3米。塌方后施工單位立即通知業(yè)主、設計、監(jiān)理來查看現(xiàn)場，并形成了（引）3+321～（引）3+323段塌方處理方案：按40cm間距施作鋼支撐(Ⅰ18工字鋼采用超前注漿小導管超前支護措施。9月10日，施工隊已經(jīng)支護好兩榀鋼支撐，在晚22點進行下三榀工字鋼施工過程中，再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，將已經(jīng)支立好的三榀工字鋼砸毀，塌方深度約4.5米。在9月11日，早晨監(jiān)理查看了塌方現(xiàn)場，并指示我部清理好現(xiàn)場，按原定方案重新支護。9月13日，早晨我部工人已經(jīng)將重新加工的三榀鋼支撐安裝就位，鎖腳錨桿也施作完畢，正在準備施作噴射混凝土時，掌子面再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，將三榀工字鋼砸毀，將鉆爆臺車掩埋（包括12臺風鉆，2臺電焊機塌方深度約15米，且在（引）3+316引）3+317附近已經(jīng)噴護好的混凝土表面出現(xiàn)兩條裂縫。到9月14日早晨，塌方體繼續(xù)垮塌，將（引）3+321附近兩榀工字鋼砸毀，并且在（引）3+320處右側(cè)155°方向，已經(jīng)噴好的混凝土面被雜掉，面積約0.8m2。9月15日～17日對（引）3+305引）3+321段進行變形觀測，發(fā)現(xiàn)2條裂縫，圍巖變形較大。經(jīng)參建四方現(xiàn)場勘察并繪制成圖(圖1)，塌方高達到15m，塌方范圍為（引）3+316引）3+323。經(jīng)過四方察看現(xiàn)場決定對塌方進行變更處理。4m3+321③4m3+321③3+3053+3133+3153+3173+3163+3233+3233+3173+3093+3123+317..3+3169.2m330m①3+316拱頂寬度2cm，長度5米橫向裂縫；②3+317拱頂左側(cè)寬度2cm，長度4米橫向裂縫。③3+320右側(cè)拱頂155度處掉0.8平米噴射混凝土。④3+312左側(cè)拱腰處寬度3cm，長度4米裂縫。⑤3+309右側(cè)拱腰處寬度2cm，長度6米裂縫。3．塌方原因分析事后對塌方的原因進行了調(diào)查分析，其原因為：(1)不良地質(zhì)造成的塌方，塌方后發(fā)現(xiàn)掌子面為薄～中層狀砂巖與千枚巖互層，巖體呈碎裂～嵌鑲結(jié)構(gòu)，由于上段塌方引起掌子面巖體松動，造成掌子面塌方。(2)施工中對圍巖認識不足，沒有根據(jù)該段圍巖實際情況及時進行變更支護形式。4．塌方搶險處理2008年9月15日，塌方事故發(fā)生后，及時對塌體進行清渣處理，但在清理過程中掌子面再次出現(xiàn)塌方，2008年9月17日，為了勘探塌方空腔的高度和摸清塌方體的情況，作為處理塌方體時選擇施工方案的依據(jù)，采用了美國地球物理公司生產(chǎn)的SIR-3000地質(zhì)雷達（天線主頻為400M）對塌方體上面空腔進行探測，勘探結(jié)果塌方高達到15m，塌方范圍從（引）3+316～（引）3+323。針對現(xiàn)場塌方的實際情況，塌方處理分兩步進行：首先對受塌方影響的初期支護裂縫地段進行加固；其次是對塌方體進行搶險處理。4.1裂縫段落加固處理措施塌方事故直接影響初期支護拱體長度達16m，拱頂初期支護下沉變形較大，共出現(xiàn)4條大裂縫，最大裂縫為3cm，一處噴射混凝土掉塊，已經(jīng)噴好的混凝土面被雜掉，面積約0.8m2。為了防止塌方范圍繼續(xù)擴大，以及防止前端的初期支護下沉變形加大或再次出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象，對初期支護裂縫地段采取了如下加固措施：(1)停止下游洞內(nèi)一切施工作業(yè)，以減少對圍巖的擾動。50mm導管L=5m,環(huán)向間距50cm 洞軸線縱向間距50cm,呈梅花型布置(2)對樁號（引）3+305～（引）3+320.6 洞軸線縱向間距50cm,呈梅花型布置進行加固，在拱頂180°以上范圍內(nèi)，打φ50、×5mm徑向注漿小導管（L=5.0m），呈梅花型布置，間距為0.5m×0.5m(圖R4,9180°2)。施工后及時注漿以加固圍巖或R4,9180°松散渣體，防止洞室周圍圍巖塑性區(qū)進一步擴展。小導管周壁注漿比較簡單，注漿時間短，符合該下導未開挖斷面下導未開挖斷面段處理的實際情況，通過監(jiān)控量測結(jié)圖2徑向小導管注漿加固果可以看出小導管注漿后圍巖變形減少，達到了預期的效果。圖2徑向小導管注漿加固(3)采用Ⅰ18工字鋼施作鋼支撐，間距40～60cm，每榀鋼支撐施打φ22鎖腳錨桿20根，錨桿長度3.0m，鋼支撐用φ22縱向鋼筋連接，環(huán)向間距1.0m。加設楔形木墊于原噴射混凝土與鋼支撐之間塞縫。對于原來有鋼支撐段落安裝位置應同原鋼支撐重疊（臨時支護在施作二次襯砌時，如嚴重侵限可拆除）。(4)徑向小導管注漿前先噴5-10cm厚度的C20砼封閉掌子面，并根據(jù)需要打?qū)Ч茴A注漿固結(jié)松散渣體。4.2塌方整治總體方案通過現(xiàn)場采用了美國地球物理公司生產(chǎn)的SIR-3000地質(zhì)雷達（天線主頻為400M）對塌方體上面空腔進行探測得知塌方體圍巖結(jié)構(gòu)大部分松散，塌方空腔較大(高度為15m，不含隧洞高度)，塌方體不對稱，右側(cè)空腔較大。在處理、加固好未塌方段后，在保證安全的前提條件下，按照下列方案和工藝過程進行塌方處理。(1)加強對塌方段的監(jiān)控量測，對洞周、塌方范圍進行定時、定位的觀測，隨時掌握塌方體動向。并及時反饋進行分析，修正和完善搶險方案，提供補救措施。施工過程中派專人進行觀察，一旦有再次塌方跡象，施工人員立即撤到安全地帶，保證支護過程中安全施工。(2)在塌方體表面噴一層10cm厚的C20早強混凝土將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。(3)在塌方體表面根據(jù)情況打入φ50mm小導管，原則上間距為1.5m，梅花型布置，導管長為5m，注30號水泥漿以固結(jié)塌方體，對塌方體的導管注漿逐級跟進。(4)采用雙側(cè)壁導坑法掘進，逐段清除塌方體并開挖到設計輪廓線后，隨即噴射4cm混凝土，采用鋼支撐(Ⅰ18工字鋼）密排安裝至掌子面（間距最大不超過20cm），采用φ22縱向連接筋，環(huán)向間距0.5m。并用注漿導管鎖腳。鋼支撐架設后應立即復噴到位。(5)在掌子面輪廓線處施打φ50mm小導管，環(huán)向間距為30cm、外插角為5°、長度為5m，小導管縱向間距為2.5m，布置范圍為拱頂150°,并壓漿固結(jié)周圍巖，注漿壓力為0．5～1．5MPa，注漿前對掌子面噴射5cm厚度C20混凝土封閉。小導管布置見圖3和圖4。 C20混凝土4m第一層泵送混凝土下游方向注漿小導管10cm厚C20噴射砼3+317 小導管泵送混凝土導管3+3163+3053+3133+3153+3173+3213+323 空洞第三層泵送混凝土4m第一層泵送混凝土下游方向注漿小導管10cm厚C20噴射砼3+317 小導管泵送混凝土導管3+3163+3053+3133+3153+3173+3213+3233+3093+312..3+3169.2m圖3塌方處理側(cè)面示意圖180°R4,9洞軸線180°R4,9洞軸線(6)待鋼支撐及小導管注漿施作完畢并達到要求后，通過泵送混凝土導管對空腔進行泵送C20混凝土，泵送前事先預埋泵送混凝土管及透氣管，泵送混凝土到離拱頂10m高度時停止泵送混凝土。此混凝土應分3次泵送，第一次泵送混凝土到離拱頂4.5m高度時停止泵送，待混凝土固結(jié)后，繼續(xù)第二次泵送混凝土離拱頂7.5米高度時停止泵送，待混凝土固結(jié)后，繼續(xù)第三次泵送混凝土直至設計高度，泵送混凝土的具體數(shù)量應根據(jù)現(xiàn)場確定。待泵送混凝土固結(jié)后，方可進行下一道工序。(7)下一步開挖時采用預留核心土法掘進，每次進尺控制在1.0-1.5m內(nèi)，開挖后隨即噴射4cm混凝土封閉巖面，架設鋼支撐(Ⅰ18工字鋼），鋼架間距為40cm，并施作好鎖腳錨桿，鋼支撐架設后應立即復噴到位。(8)處理完塌方段后，通過地質(zhì)雷達預報確定圍巖情況，具體支護方案根據(jù)四方共同確認后再重新調(diào)整。5．塌方處理的施工要求(1)項目部一定要由領(lǐng)導帶班、技術(shù)人員和安全員24小時輪流值班，遇到突發(fā)事件，立即采取應急處理措施。(2)及時匯報，先期監(jiān)控頻率按2h／次，待變形基本控制住后可每班監(jiān)控1次，及時向業(yè)代處和總監(jiān)辦匯報監(jiān)控結(jié)果。(3)在施工過程中，應以安全為重，為了防止作業(yè)人員疲勞，宜采用3班工作制，禁止無關(guān)人員進入洞內(nèi)，安全員應隨時注意觀察圍巖變化。若有突變，所有人員必須立即撤離。(4)應加快處理速度，以盡量減少裂縫發(fā)展。6．結(jié)束語通過xx水電站2#引水隧洞塌方的處理得到以下體會：(1)不但自然因素引起隧洞塌方，而且人為因素也引起隧洞塌方，地質(zhì)勘測、施工工序與管理對隧洞塌方起決定性作用。(2)處理塌方必須分秒必爭適時地投入搶險工作。塌方事故發(fā)生后，業(yè)主、設計、監(jiān)理和施工單位應派出相關(guān)領(lǐng)導、隧洞地質(zhì)專家、工程技術(shù)人員等迅速到塌方點，詳細勘察塌穴高度、寬度、縱向長度及塌穴穩(wěn)定情況；研究工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、洞頂水的流向和涌水特點、范圍；檢查塌方對初期支護的損壞情況和影響區(qū)域；分析塌方的主要原因和塌方可能繼續(xù)發(fā)展的趨勢等。在現(xiàn)場掌握情況的基礎上，認真研究處理塌方的對策。(3)塌方處理方案至