某水電工程2#導(dǎo)流洞塌方分析及處理

□劉新平（云南金沙江中游水電開發(fā)有限公司）

1.工程概況

2#導(dǎo)流洞1-1支洞于2008年3月20日開始開挖支護(hù)，2008年5月28日完成。1#主洞與2#主洞連通洞0+074～0+120按照設(shè)計(jì)B型斷面開挖支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為：頂拱邊墻噴15cm厚C20混凝土，系統(tǒng)錨桿φ25，L=4.5m，間排距2m×2m。進(jìn)主洞前導(dǎo)1-1支洞0+115.009～0+120.009段（即與2＃主洞岔洞部位），加強(qiáng)支護(hù)如下：增加鋼支撐（120a，榀距0.5m），鋼支撐用φ25鋼筋（間距2m）縱向連接，并施工砂漿錨桿（φ25、L=6m、間排距2m×0.5m）（見設(shè)計(jì)通知單2008-009號(hào)）。于2008年8月底完成。

導(dǎo)流洞進(jìn)入主洞后，由于地質(zhì)條件較差，對(duì)2#導(dǎo)流洞K0+160～248段部分洞段支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。增設(shè)了預(yù)應(yīng)力錨桿、錨筋樁等加強(qiáng)支護(hù)。2#導(dǎo)流洞K0+165～197段，原設(shè)計(jì)藍(lán)圖該段屬Ⅲ類圍巖，支護(hù)類型B，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖實(shí)際圍巖揭露情況，支護(hù)加強(qiáng)，調(diào)整為D型斷面開挖支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為：頂拱邊墻掛網(wǎng)噴20cm厚C20鋼纖維混凝土，系統(tǒng)錨桿φ28，L=9m，間排距4m×0.5m與φ25，L=4.5m，間排距4m×0.5m交錯(cuò)布置，同時(shí)設(shè)鋼支撐120a，榀距0.5m(見2008年8月1日，K0+180～210段，設(shè)計(jì)通知單2008-009號(hào))，并在該段增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿φ32，L=9m，取消重合部分的系統(tǒng)錨桿。2008年11月14日，根據(jù)安全監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)，該段累計(jì)收斂變形較大，又在該段增設(shè)3φ28，L=9m錨筋樁（見技術(shù)核定單NO.2008導(dǎo)-2#-003號(hào)）。按照以上技術(shù)文件要求，施工單位于2009年3月份完成了該段的上層系統(tǒng)支護(hù)、鋼支撐架設(shè)、預(yù)應(yīng)力錨桿、錨筋樁和排水孔施工。

2009年4月1日，該段中層拉槽開始。在中層開挖過程中，由于該段巖石破碎，兩邊墻預(yù)留了4m保護(hù)層，分層開挖，中層拉槽層高控制在5m，開挖后及時(shí)采用噴鋼纖維混凝土封閉巖面，系統(tǒng)錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿及時(shí)跟進(jìn)。根據(jù)設(shè)計(jì)通知單2009-020號(hào)要求，該段導(dǎo)流洞支護(hù)和襯砌進(jìn)行了調(diào)整：在該段左右邊墻起拱線以下增加3排φ28，L=9m錨筋樁，并與鋼支撐焊接連接，同排錨筋樁之間采用兩道φ25鋼筋焊接連接；取消鋼支撐接腳施工。2009年5月13日完成了該段的中層和下層系統(tǒng)支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨桿、錨筋樁和排水孔施工。

施工過程中根據(jù)巖石裂隙情況，對(duì)該段采用隨機(jī)錨桿進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)。從該段支護(hù)施工完后，至2009年5月21日，2#導(dǎo)流洞K0+190和K0+208兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)資料（觀測(cè)周報(bào)第29～39期，2009年3月5日至5月14日）顯示，該段圍巖收斂變形處于穩(wěn)定狀態(tài)。

該段的支護(hù)，按設(shè)計(jì)要求及時(shí)進(jìn)行了施工，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整加強(qiáng)。2009年5月22日，該段出現(xiàn)塌方。

2.導(dǎo)流洞地質(zhì)情況及塌方

2.1 地質(zhì)情況

2#導(dǎo)流洞0+160～0+180段，屬Ⅳ類圍巖，0+180～0+197段，屬于Ⅴ類圍巖。該段主要為玄武巖，綠泥石化嚴(yán)重，外觀呈粉狀。節(jié)理較為發(fā)育，巖石非常破碎，巖體自穩(wěn)性較差；地下水較為豐富，滲水嚴(yán)重。

從塌方體形狀來看，除個(gè)別大塊石外，大部分塌方巖石很破碎（詳見圖 1、2）。

圖1 2#導(dǎo)流洞塌方圖（下游樁號(hào)約K0＋205部位）

圖2 2#導(dǎo)流洞塌方圖（1#支洞與2＃主洞岔洞口部位）

2.2 塌方基本情況

2#導(dǎo)流洞上游工作面樁號(hào)K0+160～210m段，于2009年5月21日13∶30min左右發(fā)現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，連續(xù)掉塊持續(xù)至5月21日19∶30min，掉塊稍穩(wěn)定，施工單位開始對(duì)掉塊部位進(jìn)行噴護(hù)，以確保穩(wěn)定。5月21日23∶13min，該段又出現(xiàn)連續(xù)較多掉塊，5月22日04∶05～08∶30min，掉塊加劇變成大面積連續(xù)塌方，5月22日09∶13min左右，塌方堆渣已將該區(qū)域洞室堆滿，頂拱塌方繼續(xù)。至5月23日，塌方區(qū)域仍未穩(wěn)定，平均2～3min發(fā)生一次掉塊。塌方段樁號(hào)為K0+160～210m，為1#上線施工支洞與2#導(dǎo)流洞的岔洞口處（見圖3）。塌方段長(zhǎng)50m，頂拱塌方高度約20～30m（塌方照片見圖1、2），塌方方量約15000m3。

圖3 導(dǎo)流洞塌方示意圖

2.3 塌方原因分析

根據(jù)對(duì)塌方現(xiàn)場(chǎng)的查看、分析地質(zhì)資料、核對(duì)施工開挖、支護(hù)方案,塌方原因分析如下:該段主要為玄武巖，綠泥石化嚴(yán)重，節(jié)理較為發(fā)育，巖石非常破碎；地下水較豐富、滲水嚴(yán)重；對(duì)該段的支護(hù)主要為淺層支護(hù)，最大長(zhǎng)度為9m。盡管在實(shí)施過程中對(duì)支護(hù)型式和支護(hù)措施進(jìn)行了加強(qiáng)，但從塌方實(shí)際情況判斷為深層失穩(wěn)。

因此該段塌方主要原因?yàn)榈刭|(zhì)因素，綠泥石化玄武巖加上水的作用，導(dǎo)致較大塌方。

3.塌方處理措施

3.1 處理方案

3.1.12#導(dǎo)流洞0+160～K0+210塌方段治理方案以對(duì)塌方體頂部灌注鋼纖維混凝土、固結(jié)塌方渣體、分部開挖、分部支護(hù)為主；鋼纖維混凝土厚度4～8m，塌方渣體應(yīng)進(jìn)行固結(jié)灌漿，開挖進(jìn)尺宜短，及時(shí)采取鋼拱架或鋼筋格柵加噴混凝土支護(hù)，必要時(shí)采取管棚支護(hù)方式，對(duì)頂拱拱腳部位設(shè)置錨筋樁（3φ28，L＝9m）。

3.1.2 鋼纖維混凝土灌注方案采用錨固鉆機(jī)以跟管方式在塌方段上下游適當(dāng)洞頂部位造孔（φ168）后下設(shè)φ146鋼套管，泵送C25鋼纖維混凝土；采用錨固鉆機(jī)以跟管方式在塌方段上下游部位平行洞軸線造孔，套管壁四周布一定數(shù)量花孔，對(duì)塌方渣體進(jìn)行注漿以固結(jié)。

3.1.3 對(duì)塌方段上下游側(cè)穩(wěn)定區(qū)域適當(dāng)布設(shè)錨索，以防止塌方范圍向上下游方向擴(kuò)延。

3.1.4 在導(dǎo)流洞進(jìn)口明渠邊坡EL.1584m馬道向塌方段鉆孔，以固結(jié)塌方段上部，并可對(duì)塌方段空腔進(jìn)行回填灌漿。

3.1.5 在塌方段附近及周邊增設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)，特別是進(jìn)口段及施工支洞部位；施工單位加強(qiáng)變形觀測(cè)。

3.2 處理效果及施工改進(jìn)措施

經(jīng)采取上述措施后，施工單位于2009年8月份對(duì)塌方體完成了鋼纖維混凝土灌注，并于8月份開始了塌方體的開挖支護(hù)，至2009年10月份全面完成了處理。該塌方處理取得了很好的效果。

通過對(duì)本次塌方處理方案、處理過程的分析,針對(duì)導(dǎo)流洞的施工,我們必須特別注意地質(zhì)分析工作,不斷改進(jìn)施工措施、方案:施工過程中嚴(yán)格按照短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的要求進(jìn)行,根據(jù)圍巖的風(fēng)化程度,地層巖性,斷層、破碎帶性狀和規(guī)模分析圍巖穩(wěn)定能力,采取相應(yīng)措施。超前排水以降低圍巖滲水。超前錨桿配合短進(jìn)尺、弱爆破、噴(加鋼纖維)、錨、鋼拱架等綜合手段逐步強(qiáng)行推進(jìn)。采用全斷面開挖,初期支護(hù)采用型鋼拱架支承、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土,管棚或自進(jìn)式錨桿或系統(tǒng)錨桿加隨機(jī)錨桿,二次支護(hù)方式采用鋼筋混凝土襯砌,并對(duì)圍巖及時(shí)進(jìn)行固結(jié)灌漿。施工中改進(jìn)施工檢測(cè)工作。建立超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng),重點(diǎn)預(yù)報(bào)掌子面前方的地質(zhì)情況、圍巖整體性、斷層破碎帶位置及地下水情況等;及時(shí)對(duì)預(yù)報(bào)效果進(jìn)行檢查,建立長(zhǎng)期預(yù)報(bào)與短期預(yù)報(bào)相結(jié)合的地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

4.結(jié)語

導(dǎo)流洞的施工關(guān)系到水電站截流施工是否能夠按期進(jìn)行，導(dǎo)流隧洞塌方體的處理直接影響到隧洞的直線工期，因此，塌方體的預(yù)防和治理對(duì)隧洞的施工至關(guān)重要。隧洞塌方是一種常見工程現(xiàn)象，塌方一般發(fā)生在強(qiáng)風(fēng)化帶、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)條件的圍巖處，在該類洞段施工中應(yīng)盡量注意排除導(dǎo)致塌方的各種因素，要及時(shí)支護(hù)和襯砌避免塌方產(chǎn)生。塌方一旦發(fā)生，應(yīng)該及時(shí)迅速地分析原因，確定塌方形式，對(duì)未塌區(qū)域先進(jìn)行加固，防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大，并根據(jù)不同的塌方形式采取及時(shí)有效的支護(hù)措施。

通過對(duì)2#導(dǎo)流隧洞的施工、隧洞塌方的預(yù)防和處理的分析研究，得出隧洞施工中首先要做好地質(zhì)預(yù)報(bào)，塌方發(fā)生后，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)特征、塌方特征及施工條件等選擇相應(yīng)的、安全合理的施工方法和措施，為今后水電工程導(dǎo)流隧洞的開挖和支護(hù)施工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。