黃友富
(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院大安監(jiān)理公司 西安 710001)
金盆水庫樞紐工程位于渭河一級支流黑河下游周至縣馬召鎮(zhèn)黑峪口。樞紐工程由攔河壩、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、壩后電站、副壩等建筑物組成。工程規(guī)模為大(二)型二等工程,溢洪洞設(shè)計標準為Ⅱ級建筑物,總庫容2億m3,電站總裝機容量 20MW。該工程是以城市供水為主兼顧灌溉、發(fā)電、防洪等的綜合利用水利工程。
溢洪洞布設(shè)于大壩右岸,結(jié)構(gòu)形式為“龍?zhí)ь^”式,洞身橫斷面為圓拱直墻形,斷面尺寸由12m×14.73m變?yōu)?0m×11.5m。由進口引渠、閘室段、陡坡漸變段(底坡比 1:2)、反弧段、平洞段及挑流鼻坎段組成,全長 389.40m。最大泄流量2200 m3/s,最大流速41.10m/s。
溢洪洞貫穿河道右岸山體,圍巖結(jié)構(gòu)成分復雜。巖性主要為弱風化云母石英片巖,片理和裂隙發(fā)育,巖體破碎,完整性差,地下水位高于洞頂。洞室圍巖分為3類:穩(wěn)定性差(Ⅲ)類,不穩(wěn)定(Ⅳ)類,極不穩(wěn)定(Ⅴ)類,其中,不穩(wěn)定(Ⅳ)類和極不穩(wěn)定(Ⅴ)類占52%。沿洞線分布的較大規(guī)模斷層共計7條,分別是F2、F3、F4、F5、F15、F23、F79等。其中,F(xiàn)79斷層影響帶寬度達20m,并且與F5斷層形成斜交,對施工威脅最大。洞段地質(zhì)條件的先天不足為后期施工埋下了極大隱患。
由于溢洪洞位于 7條斷層切割的較破碎山體圍巖之中,盡管承包商在施工過程中步步為營,穩(wěn)扎穩(wěn)打,仍然還是避免不了洞內(nèi)塌方。樁號0+080~0+100m段自發(fā)生首次塌方后,連續(xù)發(fā)生了數(shù)次小規(guī)模塌方,直至次年在位于溢洪洞樁號(山頂處)0+100.6~0+108.5m山體表面出現(xiàn)一直徑約 8.5m,深約 15m的圓形塌陷坑,塌陷坑地表與洞頂高差約85m。初步分析認為,造成本次塌方冒頂?shù)闹饕蛩厥鞘蹻79斷層與F5斷層斜交形成的三角體影響所致,其洞身樁號為0+069~0+084m。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),洞內(nèi)塌方體介質(zhì)基本是砂礫、碎石、大塊石等。
本次塌方量大、范圍廣,在總結(jié)不良地質(zhì)段常規(guī)處理塌方辦法的前提下,結(jié)合金盆水庫工程的實際(為西安市供水時間不變),決定采用不清除塌方渣體,而采用超前固結(jié)灌漿、強支撐、低擾動開挖的施工方案。即在塌方體中進行超前固結(jié)灌漿、超前導管或錨桿(自鉆式與系統(tǒng))配合、鋼拱架支撐、謹慎開挖、掛網(wǎng)噴漿結(jié)合系統(tǒng)錨桿再進行二次固結(jié)灌漿等多重施工工藝,對塌方體進行封閉處理。洞外山上和洞內(nèi)同時進行施工。
3.2.1 洞外塌陷坑處理措施
(1)在處理山頂塌陷深坑時,首先清理塌陷坑周邊松動危險的巖石。在坑壁布設(shè)觀則點,隨時掌握坑口、滑裂面變形情況,確??觾?nèi)作業(yè)人員安全。為固定洞頂塌方體,在坑內(nèi)布設(shè) 17根錨索。具體實施是先造孔,后下 50mm鋼管,再穿φ32mm精軋螺紋鋼筋,然后加壓注漿。
(2)在坑內(nèi)四周邊壁破碎巖面布設(shè)長4.5m,直徑 28mm@150cm×150cm系統(tǒng)錨桿,并掛直徑6mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng),再噴射 10cm厚的 C20混凝土,增強巖石整體強度。
(3)在塌陷坑底部澆筑1m厚C15混凝土蓋,且插入直徑32mm螺紋鋼筋作為聯(lián)系筋,間距1m梅花形布置。在C15混凝土蓋與坑壁接觸處還布設(shè)長 4.5m,直徑 28mm@50cm錨桿 2排。同時在澆筑 C15混凝土時順便預(yù)埋 5根直徑 108mm鋼管,梅花形布置,作為后續(xù)注漿充填通道。
(4)回填塌陷坑的土石料最大粒徑限制在25cm左右,夯填密實,坑口回填高程高于原地面40cm。在山上坑頂回填土上澆注直徑為16m,厚80cm的C15混凝土蓋板。周邊做排水溝。
3.2.2 洞內(nèi)塌方體表層處理措施
對塌方體暫不做開挖清渣處理,先采取封閉噴漿加固措施。
(1)封閉噴漿前在塌方體上打長 1.5m,直徑 25mm插筋錨桿,間、排距1m。然后噴C20混凝土漿,適當添加速凝劑,增加早期強度。在拱基線附近噴漿層厚20cm,其他范圍15cm。
(2)對現(xiàn)拱架上部20cm處至斜坡面,沿開挖線放大20~30cm范圍,架立模板澆筑C20混凝土。在支模澆筑混凝土前,先在拱腳線附近清出8個長、寬、深各50cm 的側(cè)向臺坑,然后在此坑中架立型鋼拱架。在加固澆筑的C20混凝土中布設(shè)了4品鋼拱架。
3.2.3 穿越塌方體洞挖處理措施
(1)沿開挖線外側(cè) 5~10cm處先打一圈長6m的φ48mm注漿管和自鉆式錨桿,二者間隔布置,孔間距40cm,松動區(qū)間距為30cm,孔深5.8m,錨桿向外側(cè)夾角為 5~10o。注漿漿液水灰比1:0.45,漿液中按1:1比例摻入細沙,灌漿壓力1MPa。每孔注漿量大于 0.3m3。施灌過程中有部分孔內(nèi)壓力升不起來,采用適當調(diào)整漿液水灰比或增加添加劑用量的辦法解決。再不行就采用三缸活塞注漿泵,出口注漿壓力為 4MPa。待噴射混凝土和注漿體強度達到75%時開始試挖,選擇相對穩(wěn)定的位置挖出一條 2m×2m的小導洞,洞深 2m左右,從洞內(nèi)檢查固結(jié)灌漿效果,為調(diào)整漿液比和修正注漿參數(shù)提供依據(jù)。試開挖時,有的地段固結(jié)效果不理想又重新補灌。將開挖線外側(cè)深度 5~10cm修正為 35~40cm,再打一圈長6m的φ48mm注漿管和自鉆式錨桿,其他參數(shù)不變,繼續(xù)復灌。
(2)正式開挖時,在掌子面沿洞開挖線外側(cè) 40cm處挖出長 1m,寬 1.5m的弧形槽,將事前用20#工字鋼加工制作的2組鋼拱架支于槽內(nèi),間距 0.8m,并用型鋼焊接牢固,在上、下兩側(cè)加掛φ10mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)。視圍巖穩(wěn)定情況再決定先打系統(tǒng)錨桿還是先噴漿,或者是先噴混凝土再打系統(tǒng)錨桿。系統(tǒng)錨桿用φ25mm螺紋鋼,若成孔困難則選用自鉆式錨桿,其他參數(shù)同前。噴混凝土厚度以能夠覆蓋上、下2層鋼筋網(wǎng)為準,噴混凝土的標號為C20。支撐噴護強度達到后,開挖以人工松動為主,確需放炮時也是采用多打眼,少裝藥預(yù)列爆破方法。石碴清至塌方體外用反鏟運出。下一道循環(huán)開挖工序同前,每循環(huán)開挖進尺控制在 0.8m。開挖工序基本為:架立拱架→掛網(wǎng)噴漿→打系統(tǒng)錨桿→噴混凝土→開挖出碴。
塌方冒頂是水利工程工地不良地質(zhì)段經(jīng)常發(fā)生的事情,處理的方法各異。黑河溢洪洞塌方體因其量大,故未盲目清渣,采用在塌方體內(nèi)直接進行開挖成洞。關(guān)鍵是將松散塌方堆積體通過處理加工,使其固結(jié)成為一個整體。即通過對圍巖超前注漿加固,使之在拱周邊形成一個具有一定厚度的保護殼體,然后再按常規(guī)施工工序進行作業(yè)。同時也應(yīng)用了自鉆式錨桿,將自鉆式錨桿和系統(tǒng)錨桿有機結(jié)合,比管棚法要安全快捷一些。在合同工期內(nèi)完成了隧洞開挖、襯砌的施工任務(wù)。但造價偏高。