澤城西安水電站臨時導(dǎo)流洞塌方原因分析及處理方案

吳明生

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 概況

澤城西安水電站（二期）工程位于山西省晉中市左權(quán)縣境內(nèi)，壩址在清漳河?xùn)|、西兩源匯合處以下約4.0 km。其中，臨時導(dǎo)流洞位于大壩右岸，大壩和溢洪道之間，全長432m，為城門洞形，底寬4m，直墻高3.5m，弧高0.95m，進口底高程804m，出口底高程796m。隧洞為裸洞。

臨時導(dǎo)流洞進、出口地形均較陡，出露地層為常州溝組第三至第七巖組石英砂巖、石英砂巖、含鐵質(zhì)長石石英砂巖和長石石英砂巖，厚度20～110 m。地下水位高程約804m。

2 導(dǎo)流洞塌方情況簡介

導(dǎo)流洞開挖時，隧0＋296～隧0＋308段發(fā)現(xiàn)了和隧洞軸線斜交的斷層及侵入體。因臨時導(dǎo)流洞只在永久導(dǎo)流泄洪洞完工前使用，設(shè)計為裸洞，不需進行混凝土二次襯砌，施工時施工單位遵照業(yè)主指示采取了格柵拱架的支護措施通過了該段。導(dǎo)流洞工程于2009年11月14日順利貫通，11月16日開始截流通水。

2011年9月14日臨時導(dǎo)流洞洞內(nèi)隧0＋290～隧0＋308段發(fā)生塌方。塌方塊體壓塌該段原有格柵拱架并充滿了整個斷面，導(dǎo)流洞無法正常通水，影響了其它工作的順利進行并造成了嚴重的安全隱患。

3 塌方原因分析

經(jīng)多次的塌方段現(xiàn)場調(diào)查、結(jié)合地質(zhì)資料、核對施工記錄后，認為隧洞塌方原因如下：

導(dǎo)流洞隧0＋270～隧0＋330段山頂部位有一條天然沖溝，隧洞縱向中心線和沖溝溝底縱向中心線交叉穿過，成30°左右角。

沖溝位于兩山之間，溝底為厚度10 m左右的的松散覆蓋層。覆蓋層主要為孤石、卵石夾少量泥、細砂等，并且該段發(fā)育3m左右順層面的擠壓性斷層破碎帶，破碎帶物質(zhì)為碎裂巖、糜棱角礫、石英團塊等，大部分呈碎塊狀、碎屑狀，巖體穩(wěn)定性很差。

由于常年地表水涌入和巖層間裂隙水的滲入，特別是2011年7月2日大洪水的影響，再加上臨時導(dǎo)流洞為裸洞，未進行二次混凝土襯砌支護，造成隧0＋270～隧0＋330段于2011年9月14日洞頂形成冒頂塌方。

4 塌方處理方案及措施

由于塌方地段外部山體坡度較陡，且塌體方量較大，位于松散堆積體陡坡部位，頂部大開挖方量較大且開挖處理周期較長。為了盡快貫通臨時導(dǎo)洞塌方段，確保后續(xù)工程正常進行，經(jīng)專家組討論，計劃在塌方體頂部采用山體回填灌漿以固結(jié)頂部松散覆蓋，并增加混凝土蓋板，減少頂部塌方量，洞內(nèi)采用小導(dǎo)管注漿，打錨桿、鋼拱架支護的施工方案。

1）塌方洞頂山體注漿

（1）采用液壓鉆機，用跟管鉆進的方法，在塌方體上方地面范圍內(nèi)打Φ90的垂直鉆孔，套管直徑Φ108，鉆孔深度根據(jù)實際地形測量深度控制，洞體正上方的導(dǎo)管插入深度以到洞頂高5～6m處為宜，洞體兩側(cè)邊墻以外范圍內(nèi)的導(dǎo)管深度以深入到洞底地標高為宜。孔眼沿塌方中心線開始按照梅花形布置，孔間距2m，鉆孔采用偏心鉆頭，孔徑120 mm。

（2）鉆完一孔即刻打入灌漿導(dǎo)管（2英寸鋼管）至設(shè)定深度，以防長時間放置導(dǎo)致塌孔。

（3）采取打完一根就注一根，邊打眼邊下管邊注漿的方法。

（4）山體注漿采用水灰比0.5∶1純水泥漿，為加快凝固，摻加適量水玻璃，各孔依次注漿，不能一次將孔全部注完，山體注漿時洞內(nèi)應(yīng)有專人看護，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)有漿液外漏，立即停止注漿，然后就開始注第二個孔，發(fā)現(xiàn)有漏漿就停止該孔注漿，以此順序把全部孔先注一次漿，等到全部孔第一遍注完后，又返回來從第一個孔開始注第二遍，直至全部的孔注漿時都不漏漿，然后逐個把孔注滿。

（5）所有孔注漿完成后，對原地面采用黏土進行回填，防止雨水或地表水下滲，增加洞內(nèi)支護體的荷載。洞頂回填應(yīng)有不小于2%的縱坡。

2）洞頂增加混凝土蓋板

施工過程中，由于陰雨天氣增加，洞頂?shù)奶吭龃?，造成洞?nèi)塌方段已完成的8—13榀鋼拱架右側(cè)嚴重變形，需進行切除，重新立架，造成施工進度緩慢，安全隱患增大。

經(jīng)多次分析討論，決定在臨時導(dǎo)流洞頂塌方段，沿洞頂中心線開挖一10 m×10 m×1.5m（長×寬×高）的方坑，綁扎鋼筋后，打C30的混凝土蓋板。待初凝后，洞內(nèi)開始出渣。若蓋板混凝土整體下降，則無需處理；若蓋板混凝土傾斜下降，下降一定角度后，再次開挖，打C30的混凝土蓋板，與第一次打的混凝土形成一三棱柱形蓋板，可通過旋轉(zhuǎn)，減少向下塌方量。

3）上游截水、排水

臨時導(dǎo)流洞上游已完成一道土石圍堰，為減少水的滲透，避免上下游水位落差較大，在臨時導(dǎo)流洞上游新修筑一道黏土圍堰，并做防滲處理，以減少地表水的滲透。同時通過水的自流和增加水泵排水，盡量減少塌方段上下游水頭差。

4）洞內(nèi)塌方段施工

（1）施工程序

洞內(nèi)支護應(yīng)從堅固巖體開始，與塌方段搭接不小于2m，支護采用“超前小導(dǎo)管＋鋼拱架＋系統(tǒng)錨桿＋噴射混凝土支護”的方法。

（2）施工方法

①打超前小導(dǎo)管并進行預(yù)固結(jié)灌漿

超前小導(dǎo)管選用Φ42無縫鋼管，管壁周圍打小孔，長度L=5m，間距為30 cm，外仰角為5°，搭接長度不小于1.5m。洞內(nèi)塌方段采用超前小導(dǎo)管邊鉆孔邊灌漿的方法，塌方段錨桿規(guī)格直徑為ф22，長度L=3m，間距1m×1m。超前小導(dǎo)管灌漿用42.5等級普通硅酸鹽水泥，為加快水泥凝固時間摻加適量水玻璃，具體摻量按廠家提供的數(shù)據(jù)確定。

②拱架支撐

拱架支撐采用I22的工字鋼制作，相鄰兩榀鋼拱架的中心間距不超過0.5m，由于塌方段堆渣呈緩坡堆積，鋼拱架不能一次支護到位，每榀鋼拱架分三至四節(jié)焊接。施工時首先安設(shè)拱頂部位鋼拱架，出渣后再安設(shè)支撐腿鋼拱架。

由于頂部鋼拱架沒有受力腿支撐，出渣后容易發(fā)生變形，決定每榀鋼拱架拱頂部位安設(shè)完成后，均焊接工字鋼對頂拱鋼拱架進行橫撐與斜撐，待底部腿支撐與噴漿完成后，再對橫撐與斜撐物進行切除，施工中盡可能每榀鋼拱架全部安裝完成后進行下一品鋼拱架的安裝。對于空洞和虛渣較多部位，加密超前小導(dǎo)管的數(shù)量，若無法直接安裝小導(dǎo)管，首先打入加密的鉆桿，再考慮超前小導(dǎo)管的打入。

③打系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土

錨桿選用直徑ф22鋼筋，長度3m，外露20～30 cm，露出部分和拱架焊接。鋼筋網(wǎng)片采用Φ6的鋼筋，間距20 cm×20 cm，鋼筋網(wǎng)片與錨桿、型鋼焊接為一體。

混凝土噴護厚度為50～100 mm，噴射混凝土面必須保證平整，噴射時拱頂和邊墻不得有空洞，如果有空洞應(yīng)用同標號混凝土回填或直接用噴射混凝土噴平。

④洞內(nèi)出渣

噴射混凝土完成以后，用裝載機進行出渣，然后再進行下一循環(huán)支護，在支護時拱架和超前小導(dǎo)管必須焊接，形成整體。出渣時派專人注意觀察，發(fā)生危險情況，及時撤離。

5 結(jié)語

臨時導(dǎo)流洞的施工是水電站工程的關(guān)鍵工作，其一旦發(fā)生塌方，將直接影響后序工程的順利進行，造成巨大的經(jīng)濟損失及嚴重的安全隱患。因此，作為施工單位，施工中遇到斷層破碎帶或強風(fēng)化帶等不良地質(zhì)條件時，不要存在僥幸心理，要及時地先行進行支護，盡量避免塌方事故的產(chǎn)生或塌方事故進一步擴大化。

塌方事故一旦發(fā)生時，應(yīng)及時地分析產(chǎn)生塌方的原因，結(jié)合工程地質(zhì)條件，選擇安全合理的施工方法。