某水電站導(dǎo)流洞特大型塌方的處理

孫小利

(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 北京 100048)

1 工程及區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)情況

某水電站是以發(fā)電為主的水電水利樞紐工程,工程等級(jí)為Ⅱ等大(2)型工程。電站裝機(jī)容量3×60MW,正常蓄水位以下庫(kù)容3.0×108m3。工程主要建筑物有泄洪(兼導(dǎo)流)洞、心墻堆石壩、溢洪道、引水隧洞、廠區(qū)樞紐、開關(guān)站等。其中右岸導(dǎo)流洞洞身段全長(zhǎng)700m,斷面形狀為圓形,內(nèi)徑為10.0m。

從右岸導(dǎo)流洞樁號(hào)0+00～0+088施工開挖揭露的地質(zhì)條件來看,圍巖巖性為三疊系各統(tǒng)地層。地層巖性主要為黃褐色中厚層長(zhǎng)石石英砂巖、灰深灰色中厚層泥質(zhì)粉砂巖及黑色薄層～中厚層粉砂質(zhì)泥巖夾黑色薄層炭質(zhì)泥巖。

圖1 右岸導(dǎo)流洞樁號(hào) 0+00～0+088

由于受北東向大斷裂帶的影響,右岸導(dǎo)流洞區(qū)發(fā)育有密集的多組次級(jí)斷裂,致使巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,多為不穩(wěn)定的Ⅳ類和極不穩(wěn)定的圍巖。在樁號(hào)0+00～0+088導(dǎo)流洞左側(cè)洞壁巖體以∠65°～68°的角度傾向洞內(nèi),巖層走向與此段段洞向接近平行。在右岸導(dǎo)流洞該段又有破碎帶形成的頂部4#沖溝經(jīng)過,再加上地下水作用,夾層炭質(zhì)泥巖,遇水軟化,強(qiáng)度降低。因此,發(fā)生過多次可能造成重大傷亡事故的幾十～幾百m3的塌方。這些不利因素給完成施工帶來極大的難度、復(fù)雜性和安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 特大塌方事件

水電站右岸導(dǎo)流洞開挖貫通時(shí),在0+058～0+96m洞段發(fā)生了長(zhǎng)38m、寬8m、高近20m的特大塌方,塌落最大高度約24m,松方在6000m3左右。嚴(yán)重影響在雨季后實(shí)現(xiàn)截流的工期目標(biāo),如不能妥善處理,發(fā)生了冒頂,還要延誤工期,增加施工成本,或有可能造成重大傷亡事故。

塌方穩(wěn)定后,地質(zhì)工程師進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)勘察,塌方體記錄如下:

(1)從導(dǎo)流洞下游方向查勘:在0+075m處,整個(gè)導(dǎo)流橫斷面被頂部整體塌下巖體給嚴(yán)嚴(yán)堵死,如像一道石閘門,堵住導(dǎo)洞的巖體呈N40ESE∠80°,見圖2。塌落體為灰色,深灰色厚層泥質(zhì)粉砂巖,層面未見錯(cuò)開。左壁巖層GN45WSW∠68°。在0+080～0+087m處,頂部約有2m厚的中厚層石英砂巖順著∠68°的斜坡面滑向?qū)Ф?原錨在頂部鋼管 (直徑1.5吋)也脫落下來。塌方處右側(cè)巖體則呈倒懸狀態(tài)。塌方體最大的石塊為L(zhǎng)=2.2m、B=1.3m和H=1.25m,一般石塊為L(zhǎng)=1m以上、B=1m和h=0.6m,約占30%～50%。

洞軸左側(cè)頂部有滴水,左側(cè)斜坡面 (巖面)較濕潤(rùn),見圖2。

圖2 從導(dǎo)流洞下游方向查勘的塌方情景描述圖

(2)從導(dǎo)流洞進(jìn)口方向查勘:進(jìn)口0+058處,右壁G N60W SW∠75°為黑色中厚層粉砂質(zhì)泥巖,風(fēng)化后呈葉片狀脫落母巖 (層間夾有薄層炭質(zhì)泥巖)。左壁:黑色中厚層泥質(zhì)粉砂巖,弱風(fēng)化Ⅲ類,G N65WSW∠70°,頂部為泥質(zhì)粉砂巖,塊狀。

(3)原安裝好的鋼拱架全被塌方體砸塌,并被埋住。

3 特大塌方的處理過程

當(dāng)時(shí)組織施工各方根據(jù)對(duì)以上情況的分析,最初的指令為:

(1)堅(jiān)決要求停止右壩肩的施工;

(2)分段逐步少量清理塌方碎石;

(3)在清理完塌方的洞段,架設(shè)鋼拱架,在支撐鋼拱架頂部和塌方空腔之間架設(shè)鋼管支撐,頂住巖石,然后在鋼拱架頂部澆筑混凝土,形成1米左右的保護(hù)層 (俗稱:戴帽),向前逐步推進(jìn)。

在處理過程中,發(fā)生多次清理塌方碎石過量。最后一次將十幾米長(zhǎng)洞段的塌方碎石一次全部清走,貫通了導(dǎo)流洞。在架設(shè)鋼拱架完畢和做好部分鋼管支撐之后,6月20號(hào)又在右岸泄洪洞K0+58～0+75.8發(fā)生5003～600m3的塌方,將剛安裝好的全部鋼拱架和鋼管支撐砸塌,險(xiǎn)些發(fā)生重大傷亡事故。所幸在塌方數(shù)分鐘前洞中停電,在現(xiàn)場(chǎng)的十幾名人員已撤離,沒有發(fā)生傷亡。在這次塌方發(fā)生后,進(jìn)洞勘查,還不時(shí)有石塊塌落,及頂部圍巖擠壓發(fā)出的巖石爆裂聲。

在這次塌方后,塌方段變得更加難以處理。為了防止塌方向進(jìn)口段擴(kuò)大,在塌方段上游端用鋼拱強(qiáng)行鎖口時(shí),就有施工人員被落石劃傷。最為危險(xiǎn)的是,在塌方洞段右側(cè)傾斜700,從塌方頂部斜插入洞底,50cm左右厚的巖層從中間破裂,向外鼓出,并且后部出現(xiàn)空腔。在十幾米外可以聽見在這塊巖層后部有小塊石頭滾落聲。如果不將這塊巖石處理掉,施工人員是不可能進(jìn)入塌方段施工。施工方曾利用在塌方段開挖洞身的下半段的爆破震掉這塊危石,但沒有成功。

事后組織各方協(xié)商,堅(jiān)持以人為本,堅(jiān)定認(rèn)為架設(shè)鋼管支撐的方案極不安全,一旦再發(fā)生塌方,施工人員無法躲避,而且架設(shè)鋼管價(jià)格昂貴,進(jìn)度緩慢,增加再次塌方的幾率。改進(jìn)施工方案為:

(1)對(duì)此次塌方后,塌方段形成的右側(cè)危懸巨石進(jìn)行小裝藥爆破;

(2)堅(jiān)持分段逐步少量清理塌方碎石;

(3)清理后,架設(shè)鋼拱架,不再做鋼管支撐。但在鋼拱架的下部安裝混凝土模板,澆筑保護(hù)層。人員在混凝土模板下施工,一旦再發(fā)生塌方,人員有逃生的機(jī)會(huì)。

此種施工方式進(jìn)度快、安全和經(jīng)濟(jì)。施工方用1.5kg的炸藥將右側(cè)危懸巨石成功地炸掉。在按以上方式施工過程時(shí),曾有多次落石砸在模板上,施工人員都得到了及時(shí)躲避。在雨季結(jié)速前,塌方段全部 “戴帽”完畢,未發(fā)生死亡事故,為按時(shí)截流提供了關(guān)鍵條件。翌年開始回填塌方段空腔。

4 經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論

根據(jù)以上成功的施工過程,認(rèn)為:在如此復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和不利的巖體結(jié)構(gòu)條件下,在雨季能夠安全和較快的成功處理了這種特大型塌方,而且此種處理塌方的方式有著推廣的意義。并且得出經(jīng)驗(yàn)如下:

(1)要以人為本,安全第一,施工時(shí)必須給施工人員留有安全通道和安全屏障,有了安全保障后,施工的效率才會(huì)更高;

(2)在發(fā)生特大塌方時(shí),應(yīng)在隧洞塌方段圍巖穩(wěn)定后,盡快采取工程措施,防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大,造成更大的損失;

(3)盡量在雨季來臨之前完成隧洞開挖和塌方處理,以免從洞頂上的滲入的地下水給隧洞圍巖造成進(jìn)一步的不穩(wěn),帶來更大的安全風(fēng)險(xiǎn);

(4)處理這類特大型塌方時(shí),施工方式要穩(wěn)妥安全,逐步逐段向前推進(jìn),少量除渣。實(shí)際上塌下來的石塊堆對(duì)塌方段的邊壁有支護(hù)作用。逐段支護(hù)和 “戴帽”,穩(wěn)中求快。

總之施工組織各方應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的實(shí)際情況,不斷改進(jìn)施工方式,采取安全、穩(wěn)妥和高效的處理方式,才能縮短處理這類特大型塌方的工期、節(jié)約費(fèi)用和降低在塌方段再發(fā)生塌方的幾率。這樣才能保證工程工期目標(biāo)的完成。