甲米河一級水電站1#支洞下游控制段洞軸線調(diào)整施工

王建興，唐平康

(1.中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610081;2.四川鹽源甲米河水電開發(fā)有限公司，四川鹽源，615700)

1 工程概況

甲米河一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣鹽塘河干流甲米河上，取水樞紐位于鹽塘河甲米村上游約5.3km，距縣城約54.7km。廠區(qū)位于桃子鄉(xiāng)跨棉村，距鹽源縣城約67km，距西昌市區(qū)約220km，鹽瀘旅游公路沿鹽塘河于電站河對岸通過，交通方便。電站系具日調(diào)節(jié)功能的引水式電站，電站裝機(jī)3×12MW，設(shè)計水頭90m，設(shè)計引用流量45.45m3/s。電站樞紐建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成。本標(biāo)承擔(dān)首部樞紐及引水系統(tǒng)前段工程標(biāo)施工任務(wù)，包括首部樞紐及引水隧洞前段(隧0+000m～隧7+180m)的全部建筑工程、金屬結(jié)構(gòu)制作及安裝工程。引水隧洞接進(jìn)水口，首端底板高程2146.65m，隧洞設(shè)計縱坡為1.725‰，為馬蹄形斷面，開挖直徑上半圓為6.2m，下半部分側(cè)拱半徑為6.2m，圓心角30°，底部為平底，底寬4.36m。

1#支洞控制段下游開挖至1+597.00m樁號時，因?yàn)閲鷰r破碎且有地下水作用，已開挖支護(hù)好的頂拱出現(xiàn)突然涌水現(xiàn)象，頂拱形成漏斗狀涌碴，塌方長度約40m，經(jīng)綜合考慮后決定向河側(cè)調(diào)整洞軸線進(jìn)行施工。但是開挖至1+899.3m時，又出現(xiàn)類似第一次的涌水涌碴情況，參建單位果斷決策，再次采取了第二次洞軸線調(diào)整的施工方案。

2 涌水塌方前的施工情況

2.1 第一次涌水塌方前的施工

1+535.2m～1+538.6m段在施工過程中出現(xiàn)過局部塌方及小量涌水，經(jīng)設(shè)計代表及監(jiān)理工程師現(xiàn)場確定加強(qiáng)支護(hù)，共增設(shè)3榀格柵拱架，其他Ⅳ類圍巖洞段為掛網(wǎng)錨噴。

1+553.0m處左側(cè)邊墻底部出現(xiàn)一約1.0m3大小的溶洞，采用混凝土噴護(hù)。

2009年12月24日，1+584.0m～1+590.0m段出現(xiàn)了較大規(guī)模塌方，采用回填洞渣后用小導(dǎo)管超前注漿，再對回填區(qū)進(jìn)行半洞開挖，鋼拱架支護(hù)，拱架間距50cm。塌方處理完畢后，由于巖石較差，承包人仍采取上、下半洞開挖，格柵拱架跟進(jìn)支護(hù)，至2010年2月11日掌子面開挖至樁號K1+597.0m。

2010年2月11日，下午約17∶00，發(fā)現(xiàn)距離掌子面約20m處(樁號約為K1+577.0m)一榀拱架右側(cè)拱肩以下變形，噴護(hù)混凝土開裂，裂縫寬度約5cm，縫中有小量涌水。

2月12日下午洞內(nèi)出現(xiàn)大量涌水，14∶00左右，乘坐裝載機(jī)(此時洞內(nèi)積水深已超過50cm，無法步行)到洞內(nèi)查看，發(fā)現(xiàn)距離掌子面約11.0m處(樁號為K1+586.0m)頂拱部位有一直徑約40cm的出水空洞，水流中夾帶大量碎碴。16∶00左右，再次進(jìn)洞查看時，出水點(diǎn)已經(jīng)被涌碴淹埋，涌碴量約3400m3。

2.2 第二次涌水塌方的施工

2010年10月，1#支洞控制段下游側(cè)圍巖左側(cè)為灰?guī)r，較完整，右側(cè)為紅色泥巖，成層狀向左側(cè)呈60°傾角，并與右邊墻呈楔形切割，巖石破碎，遇水泥化，施工過程中嚴(yán)格按V類圍巖支護(hù)方式進(jìn)行。2010年10月21日13∶30時，出完洞碴扒面時，1+899.3m右側(cè)邊墻及右頂拱2m范圍塌方并出現(xiàn)漏斗狀，并伴發(fā)大量涌水、流碴的涌水塌方事故，流碴堆至1+865.0m樁號。

3 涌水塌方原因分析

3.1 第一次涌水塌方分析

本次涌水、塌方洞段圍巖巖性為三迭系中統(tǒng)鹽塘組(T2y)，巖性以長石巖屑砂巖為主，夾泥質(zhì)灰?guī)r。砂巖具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，巖屑成份為石英、長石、巖屑、云母等，少量有機(jī)質(zhì)碎片?；?guī)r具細(xì)晶結(jié)構(gòu)，巖石成份以方解石為主，含有白云石及少量黃鐵礦，自生石英，自生長石和泥質(zhì)，巖層產(chǎn)狀為115°∠58°。凡波拉達(dá)溝為常年流水沖溝，位于本次涌水、塌方洞段東北側(cè)，受構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育，巖體完整性差。塌方段雖已穿過沖溝，但離溝底不遠(yuǎn)，仍在沖溝匯集地表水及地下水的范圍，裂隙水的補(bǔ)給源是分水嶺地段的地下水及沖溝匯集兩側(cè)地表水的入滲。經(jīng)認(rèn)真調(diào)查與分析認(rèn)為，發(fā)生本次涌水、塌方事故的主要原因?yàn)閻毫拥乃牡刭|(zhì)環(huán)境。

3.2 第二次涌水塌方分析

第二次涌水、塌方洞段征兆性不強(qiáng)，按先前施工經(jīng)驗(yàn)，按Ⅴ類圍巖支護(hù)方式進(jìn)行施工是安全可靠的。事件發(fā)生后根據(jù)現(xiàn)場情況認(rèn)為，發(fā)生此次涌水、塌方事故，主要原因?yàn)轱柡偷牡叵滤饔谩?/p>

4 處理方案及實(shí)施情況

4.1 第一次涌水塌方處理方案

根據(jù)專家咨詢會會議精神，對本次涌水塌方建議采用向外側(cè)洞軸線調(diào)整方案(錨噴支護(hù)——小導(dǎo)管——鋼格柵——錨噴支護(hù))，確定了以下幾項(xiàng)原則:(1)廢棄洞段封堵后期再施工;(2)進(jìn)洞前先加固開口段及影響段，確保安全;(3)盡早進(jìn)洞，允許部分開挖不到位;(4)小洞進(jìn)洞，開挖時逐步達(dá)到設(shè)計開挖邊線;(5)未開挖到位部分最后處理。

方案施工項(xiàng)目主要有:涌水引排處理，原洞加固，洞軸線調(diào)整后進(jìn)洞施工及后期處理等。

4.1.1 涌水引排處理

為盡量減少涌水對隧洞上下游工作面及洞軸線調(diào)整后隧洞的施工影響，加快施工進(jìn)度，并盡可能保證施工在干地進(jìn)行。經(jīng)現(xiàn)場查勘，采用在1+530m用人工裝粘土編織袋形成擋水圍堰(底寬5m，頂寬1.5m，高3m，長度與隧洞寬度一致，為盡快進(jìn)洞先形成小集水坑滿足22kW排水要求，即開始進(jìn)行原隧洞加固和開洞工作。此方案一旦遇停電和水泵損壞，將對生產(chǎn)造成影響)和集水坑。在設(shè)備正常時，用一臺22kW水泵排水至洞外(并備用一臺22kW水泵)。考慮到水泵損壞后更換水泵約需2h，此時間足以使隧洞下游撐子面大量積水，造成工作面無法施工。為此，另安裝φ159mm引水鋼管兩趟，從擋水圍堰引至1+430m底板處，再排至交叉口的集水坑，抽排至洞外。為防止下游集水坑水泵損壞后，大量涌水對上游造成影響，在支洞與主洞交叉口再設(shè)置一臺22kW和7.5kW水泵，清除涌水，并考慮備用一臺100kW發(fā)電機(jī)用于排水(考慮汛期洞水滲(涌)水量可能進(jìn)一步增加，有一定的富余度)。因1#洞上、下游圍巖均含泥質(zhì)灰?guī)r，遇水泥化嚴(yán)重，加之本次涌水、涌碴影響，洞內(nèi)道路狀況十分差，難以滿足道路通行要求。為此，將道路表面泥漿全部清除，然后用我部篩分系統(tǒng)生產(chǎn)的40mm～80mm粗骨料填筑隧洞道路，用粗骨裝編織袋砌筑排水溝(排水溝0.5m×0.5m)，以保證一段時間內(nèi)達(dá)到透水、濾漿效果。同時每班派6人及時進(jìn)行排水溝清理，保證排水溝通暢，并將泥漿用編織袋裝好后倒運(yùn)至洞外。并加大排水、排漿力度，布置多臺排污泵，每臺排水泵均派專人負(fù)責(zé)，損壞后及時維修。同時，采用人工和設(shè)備加強(qiáng)對道路的維修和保養(yǎng)，盡可能保證隧洞施工正常進(jìn)行。

4.1.2 洞軸線調(diào)整后開洞前加固

為盡快實(shí)現(xiàn)隧洞貫通，采用先加固→導(dǎo)洞鎖口、開挖→正常洞斷面施工的施工思路，迅速進(jìn)洞展開正常洞斷面開挖。導(dǎo)洞段欠挖以及原設(shè)計封堵混凝土，在條件成熟時(二襯施工時)再作處理。

加固施工。根據(jù)目前施工工況、圍巖情況及洞軸線調(diào)整后的線型布置等因素，導(dǎo)洞開口樁號擬定為1+516.12m～1+522.32m，斷面為城門形，支護(hù)成型后寬 4.5m高 5.0m，頂弧半徑2.45m、角度134°，導(dǎo)洞長約13m。具體施工程序如下:

(1)此段受涌水、涌碴影響，底板淤積厚度約2.5m。為保證加固的架立格柵拱架不懸空和導(dǎo)洞底板能一次到位，以滿足安全和斷面尺寸滿足通行等施工要求，在圍堰的保護(hù)下進(jìn)行基礎(chǔ)清理，并配備4臺7.5kW排污泵排漿、排水。清理時人工將表面泥漿裝編織袋用裝載機(jī)運(yùn)出洞外，再用裝載機(jī)裝碴，通過自卸汽車運(yùn)出洞外，出現(xiàn)泥漿后先用排污泵排漿、排水，人工裝編織袋方式繼續(xù)清理，清理至接近設(shè)計開挖線后裝載機(jī)不便裝車，再用挖掘機(jī)、汽車配合人工清理。在導(dǎo)洞位置基本形成15m長的平面，以利鉆爆等作業(yè)，上游面形成8%的坡度，滿足車輛通行要求;

(2)清理基本結(jié)束后，對原洞段1+516.12m～1+522.32m右側(cè)、頂拱及左側(cè)導(dǎo)洞范圍外增設(shè)錨桿(φ25mm，L=3.0，間排距 1.0m)掛網(wǎng)噴護(hù)15cm;

(3)1+516.12m ～1+514.12m、1+522.32m～1+538m 增設(shè)錨桿(Φ25mm，L=3.0，間排距1.0m)，架立格柵拱架(主筋 Φ25mm，斷面20×20cm，間距0.5m～0.8m)并網(wǎng)噴C20混凝土，厚25cm;

(4)導(dǎo)洞下游側(cè)預(yù)留三角體，采用小導(dǎo)管進(jìn)行灌漿固結(jié)處理。小導(dǎo)管長度根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整，間排距1m×1m，灌漿壓力0.2MPa～0.3MPa，孔深4.5m。

4.1.3 洞軸線調(diào)整后進(jìn)洞施工

4.1.3.1 導(dǎo)洞開挖

(1)導(dǎo)洞加固完成后，在導(dǎo)洞開口頂拱部位施工小導(dǎo)管:L=3.0m、仰角15°、間距40cm、灌漿壓力0.2MPa～0.3MPa;

(2)導(dǎo)洞鎖口完成后進(jìn)行導(dǎo)洞鉆爆作業(yè)，周邊孔間距控制在0.4m以內(nèi)，孔深0.5m，開孔位置距設(shè)計開挖線10cm，爆破若出現(xiàn)欠挖用風(fēng)鎬修邊，爆破嚴(yán)格按光面爆破技術(shù)進(jìn)行;

(3)爆破后先用人工排險，在爆破碴體上立即素噴5cm厚C20混凝土，再進(jìn)行出碴;

(4)碴出完后立即開展格柵拱架支護(hù)。拱架主筋 Φ25mm、斷面 20cm×20cm、間距 0.5m～0.8m，錨桿 Φ25mm、L=3.0m、間排距1.0m，掛網(wǎng)鋼筋 φ6.5mm，20cm×20cm，噴 C20混凝土厚25cm;

(5)小導(dǎo)管施工。L=3.0m、仰角15°、間距40cm、灌漿壓力0.2MPa～0.3MPa，每一排小導(dǎo)管搭接長度1m，初步計劃從洞口往下游30m范圍布設(shè)小導(dǎo)管。

4.1.3.2 進(jìn)入設(shè)計斷面后的施工

計劃在1+533.01m(洞軸線調(diào)整后樁號)擴(kuò)挖至設(shè)計斷面。此段均處于涌水、涌碴影響段，為保證洞室安全，洞軸線調(diào)整后洞前30m(1+515.453m～1+545.453m)按Ⅴ類圍巖開挖，頂拱布置間距0.4m、長3m、φ50mm小導(dǎo)管，施工主要采用短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的方式進(jìn)行。

4.1.4 第一次涌水塌方處理方案實(shí)施情況

在具體實(shí)施過程中本著安全第一、質(zhì)量保證的原則謹(jǐn)慎施工，“涌水引排處理、原洞加固”按擬定方案進(jìn)行。原洞加固完成后，業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理再次會商，在有相當(dāng)把握的前提下改變了原有導(dǎo)洞進(jìn)洞方式(見圖1)，實(shí)施全斷面進(jìn)洞(支護(hù)措施不變)，取得了良好效果，加快了施工進(jìn)度。

圖1 進(jìn)洞方式對比

4.2 第二次涌水塌方處理方案及實(shí)施

出現(xiàn)此次涌水塌方后，在總結(jié)第一次洞軸線調(diào)整進(jìn)洞施工過程后，參建四方果斷決策采取第二次洞軸線調(diào)整(圖2)的施工方案。具體方案如下:

(1)樁號1+862.9m處為洞軸線調(diào)整后的洞斷面下游邊線，洞軸線與第一次洞軸線調(diào)整后軸線呈70°夾角，根據(jù)實(shí)際情況與主洞順接;

(2)對原洞1+868m～1+850m段，設(shè)置工字鋼拱架(I14、間距0.4m)，鎖腳錨桿(Φ25mm，L=3.0m 間距 1m)，掛網(wǎng)(φ6.5mm，間排距20cm)，噴混凝土C20封閉;

(3)1+870m～1+876m處設(shè)集水坑。集水坑寬2m，深1m，采用現(xiàn)有排水設(shè)備抽排;

(4)對原洞段1+862.9m～1+855.419m進(jìn)行清淤，滿足設(shè)計高程。清理結(jié)束后，對原洞段k1+862.9m～k1+855.419m范圍外增設(shè)錨桿(Φ25mm，L=3.0，間排距 1.0m)，掛網(wǎng)噴護(hù)15cm。洞臉下游側(cè)三角體灌漿固結(jié)處理，間排距1m×1m，孔深4.5m;

(5)洞軸線調(diào)整后洞段按Ⅴ類圍巖施工，設(shè)置工字鋼拱架(I14、間距0.4m)，增設(shè)超前支護(hù)錨桿(Φ25mm，L=3.0m間距0.4m，排距2.0m)。

具體實(shí)施過程中嚴(yán)格按上述方案施工，只用了5天時間就進(jìn)入了正常的洞挖施工。

圖2 第二次涌水塌方洞軸線調(diào)整

5 結(jié)語

5.1 在隧洞施工過程中，地質(zhì)情況的超前探測和預(yù)報十分必要，尤其在不良地質(zhì)段顯的極為重要，能有效保證施工安全和進(jìn)度。

5.2 小斷面隧洞出現(xiàn)大方量涌水塌方情況，采取洞軸線調(diào)整繞過的施工方案，因施工工序較為容易組織，可以大大縮短施工時間。

5.3 在圍巖強(qiáng)度低的開挖支護(hù)過程中，拱圈范圍采取超前錨桿、小導(dǎo)管固結(jié)的方式，可以有效控制超欠挖情況，并能杜絕塌方。

5.4 隧洞的開挖支護(hù)，設(shè)置排水孔十分必要，能完全釋放山體的內(nèi)水壓力。即使在地下水豐富洞段，也是減少塌方的必要手段。

5.5 在處理塌方時，初始階段應(yīng)將巖石清理干凈，素噴一層5cm～8cm的混凝土，再進(jìn)行后續(xù)處理，這是保證安全的必要措施。