獅子坪水電站閘門豎井上室交通洞塌方的處理

劉 波， 李漢青

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072)

1 工程概況

獅子坪水電站隱藏式閘門豎井上室交通洞全長26.89 m(0+000 ～0+026.89)，整個洞身段處于巖層擠壓破碎帶，巖石極為破碎，巖層之間充填巖屑、泥，部分為松散黑色夾泥層，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖石完整性非常差。2006年9月1日，獅子坪水電站隱藏式閘門豎井上室交通洞0+006～0+026.89段發(fā)生大面積垮塌，垮塌高度約15 m，垮塌方量約為2 000 m3，垮塌的松散石渣充填整個洞室，處理難度相當大。

2 采用的處理措施

2.1 前期處理

(1)松散石渣渣體的前期處理。垮塌的松散石渣堆滿了整個洞室，且渣體為堆積體，整體強度非常低。在進行出渣時，石渣堆積體頂部易發(fā)生大塊石滾落，嚴重威脅出渣人員、設備的安全。對此，初步擬定對垮塌段采用以下方式進行處理:洞室全斷面進行C20混凝土回填→按照設計斷面進行開挖→安全支護→永久混凝土襯砌。

(2)在垮塌的松散石渣渣體前1 m架立全斷面封堵模板，采用泵送混凝土進行回填固結(jié)石渣，共澆筑混凝土576 m3。但是，由于垮塌洞段較長，混凝土不能將整個松散渣體連成一體，固結(jié)段為0+006～0+014，其后0+014～0+026.89段采用管棚法施工，具體施工方法詳述于后。

(3)開挖采用覆蓋層進洞的施工措施。在澆筑的混凝土斷面上進行測量放樣，采用少藥量、弱爆破、短進尺、強支護的施工方法，將孔深嚴格控制在2 m以內(nèi);對開挖出露的洞段立即進行工字鋼支撐支護，工字鋼間距嚴格控制在40 cm以內(nèi)，并采用鎖腳錨桿對拱角進行固定，每個拱角為4根φ22×3.5 m的錨桿，拱架與拱架之間用φ22螺紋鋼焊接，間距為30 cm，鋼筋焊在拱架上部，形成一排縱向連系筋，將整個工字鋼支撐連接成一個整體，進而提高工字鋼支撐的整體受力。

(4)在混凝土固結(jié)段開挖4 m后，立即對開挖段進行永久鋼筋混凝土襯砌，以保證施工掌子面的穩(wěn)定;同時，預埋回填和固結(jié)灌漿管，泵送C20混凝土填滿垮塌的空腔，以保證施工和后期工程運行安全。

2.2 后期處理采用的施工方法

在開挖、襯砌到樁號0+014處，塌方處渣體固結(jié)效果不明顯。經(jīng)過對塌方段現(xiàn)場進行多次考察、深入分析、反復論證后決定采用管棚法進行施工，具體施工工藝流程為:

灌漿固結(jié)塌方體→超前管棚支護→按照設計斷面進行開挖→鋼拱架支護→網(wǎng)片制安→永久混凝土襯砌→回填灌漿→固結(jié)灌漿。

(1)C20混凝土封閉垮塌渣體。由于渣體較松散，管棚造孔較困難，故先用C20噴射混凝土封閉松散渣體，厚度為8～10 cm。

(2)自鉆式錨桿錨固。由于渣體成孔條件差，采用自鉆式錨桿，呈梅花型布置，錨桿桿長6 m，孔深5.6 m ，外露0.4 m ，間排距為0.8 m ×2.0 m，錨桿灌漿漿液為0.6∶1水泥砂漿，灌漿壓力不小于0.4 MPa。

(3)管棚鉆孔。由于該垮塌松散堆渣體夾雜有大小不均勻的各類巖石，直接施工置入和成孔后再置入鋼管的施工工藝無法實現(xiàn)，故采用φ110偏心錘跟進管鉆進施工工藝，圓弧上管棚向上仰角為 5°～8°，兩側(cè)邊墻管棚向左、右 3°～5°，孔深12.5～13 m。將圓弧上管棚間距控制在30 cm以內(nèi)，邊墻上管棚間距控制在40 cm以內(nèi)。

(4)高壓風清管。當每根管棚跟進到設計深度后，用高壓風將管內(nèi)碎石、粉塵沖洗干凈，以保證鋼筋的順利置入。

(5)置入鋼筋。管棚沖洗干凈后，將加工有對中支架的φ28螺紋鋼置入φ108鋼管內(nèi)。

(6)管棚注漿。管棚前期工作完成后，在每根鋼管前端采用配套加工的止?jié){閥進行封閉，隨后進行管棚注漿施工。

(7)開挖采用覆蓋層進洞施工措施，在所澆筑的混凝土斷面上進行測量放樣，采用少藥量、弱爆破、短進尺、強支護的施工方法，孔深嚴格控制在2 m以內(nèi)，對開挖出露的洞段立即進行工字鋼支撐支護，工字鋼間距嚴格控制在40 cm以內(nèi)，采用鎖腳錨桿對拱角進行固定，每個拱角為4根φ22×3.5 m錨桿，拱架與拱架之間用φ22螺紋鋼焊接，間距為30 cm。將鋼筋焊在拱架上部，形成一排縱向連系筋，將整個工字鋼支撐連接成一個整體，以提高工字鋼支撐整體承載力的能力。

(8)在混凝土固結(jié)段開挖4 m后，立即對開挖段進行永久鋼筋混凝土襯砌，以保證施工掌子面的穩(wěn)定，同時，預埋回填和固結(jié)灌漿管，泵送C20混凝土填滿垮塌空腔，以保證施工及后期工程運行安全。

2.3 施工措施實施后的效果

通過采用“少裝藥，短進尺，弱爆破，強支護，多循環(huán)”的方法，在施工過程中沒有出現(xiàn)一次安全事故，架設的格柵拱架沒有出現(xiàn)一次塌方。

3 處理塌方的幾點體會

(1)對于洞室塌方不可盲目出渣、強行掘進。首先應對塌方體進行全方位的觀察，深入研究，分析塌方產(chǎn)生的深層原因，從而選取合理的安全處理方式并盡快進行表面封閉，使其保持相對穩(wěn)定，盡可能減少擾動次數(shù)，避免造成冒頂塌方。

(2)固結(jié)灌漿是基礎。固結(jié)灌漿可以使塌方渣體形成一個整體，從而提高巖石的強度級別，是塌方處理的關鍵。

(3)超前管棚是前提。沿洞頂軸線設置超前管棚，對阻止塌方體下滑將起到重要作用。

(4)自鉆式錨桿是關鍵。根據(jù)現(xiàn)場實測，冒頂塌方介質(zhì)為粘土、砂礫石、碎石及片石，且碎石與粘土沒有固結(jié)。采用自鉆式錨桿直接注漿后，將松散渣體有效的固結(jié)成一個整體，給管棚造孔提供了可操作性，有效地防止了再次塌方。

(5)回填灌漿是補強。根據(jù)3個月時間的現(xiàn)場觀測，回填灌漿的工字鋼拱架與混凝土連成一體，強度明顯提高，為后期下底開挖與澆筑混凝土奠定了堅實的基礎。