巖溪水庫(kù)工程取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌處理分析

陳黎

（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州遵義563000）

巖溪水庫(kù)工程取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌處理分析

陳黎

（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州遵義563000）

巖溪水庫(kù)工程取水兼放空隧洞受到地形等因素的影響，導(dǎo)致在開挖施工中多次出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，該段洞內(nèi)多為碎石夾泥充填，且溢洪道左側(cè)邊墻頂部出現(xiàn)Lf1～Lf7條裂縫，分布在導(dǎo)流洞垮塌段頂部附近，且寬度逐漸增加后穩(wěn)定，因而對(duì)其進(jìn)行有效的處理是十分必要的。通過(guò)對(duì)巖溪水庫(kù)工程取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌現(xiàn)狀及原因的分析，提出取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌處理方案，采用永久襯砌、充砼回填處理，加強(qiáng)地表截排水和洞內(nèi)排水，并對(duì)垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，實(shí)施后，效果良好。

隧洞；地形；垮塌；原因；處理

1 工程概況

巖溪水庫(kù)右岸取水兼放空隧洞，由于壩址右岸地形受三面切割，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，且斜切河床發(fā)育的斷層影響，高臺(tái)組薄至極薄層泥質(zhì)白云巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體極為破碎，大多為散粒體，圍巖自穩(wěn)條件極差，開挖過(guò)程中曾出現(xiàn)多次不同程度的垮塌現(xiàn)象，整個(gè)洞身斷面基本采用鋼拱架支撐，因薄至極薄層泥質(zhì)白云巖基本呈碎裂散體結(jié)構(gòu)、巖體自穩(wěn)能力特別差、洞身部分排水孔失效的影響，隧洞樁號(hào)導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段因臨時(shí)支撐鋼拱架不能承受外水壓力和碎裂巖體的荷載而再次垮塌堵塞。

隨著洞身垮塌形成空腔引起頂部地表大面積變形，受垮塌和牽引的影響出現(xiàn)多條裂縫，其中部分裂縫開展和變形較快，形勢(shì)比較嚴(yán)峻。

2 取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌現(xiàn)狀及原因分析

2014年10月13日，導(dǎo)流隧洞樁號(hào)導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段再次出現(xiàn)垮塌，現(xiàn)該段洞內(nèi)多為碎石夾泥充填，且溢洪道左側(cè)邊墻頂部出現(xiàn)Lf1～Lf7條裂縫，經(jīng)調(diào)查，裂縫分布位置為導(dǎo)流洞垮塌段頂部附近，且寬度逐漸增加后穩(wěn)定。

垮塌原因分析為：導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400垮塌段洞身位于溢洪道附近，與溢洪道底板之間圍巖厚度約30 m。巖性為∈2g2極薄至薄層泥質(zhì)白云巖夾少量泥巖，且該區(qū)有f1斷裂通過(guò)。受巖性、層厚影響。圍巖破碎，裂隙發(fā)育透水性較強(qiáng)遇水軟化。巖體開挖呈泥狀及顆粒狀，自穩(wěn)能力極差。2014年4月至5月 0+342及0+405樁號(hào)開挖時(shí)間斷出現(xiàn)五次垮塌，總方量約300m3，主要集中在后25 m段。后采用全斷面鋼拱架支撐。成洞后未對(duì)洞頂空腔進(jìn)行回填，且一直未完成永久襯砌?？涨粌蓚?cè)及上部巖體在施工震動(dòng)及雨季水流作用下于10月13日再次在導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段產(chǎn)生垮塌，形成更大空腔。呆滯上部溢洪道左側(cè)墻巖體出現(xiàn)開裂。隧洞垮塌后通過(guò)對(duì)洞身進(jìn)行觀測(cè)，洞身其余洞段未見變形，軸線無(wú)位移現(xiàn)象。

3 處理措施

3.1 處理方案擬定

巖溪水庫(kù)工程導(dǎo)流隧洞布置于大壩右岸，因壩址區(qū)右岸地形受三面切割，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，且斜切河床發(fā)育的f1斷層影響，特別是樁號(hào)導(dǎo)0+342～0+405段高臺(tái)組薄至極薄層泥質(zhì)白云巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體極為破碎，大多為碎裂散體結(jié)構(gòu)，圍巖自穩(wěn)條件極差。此段開挖過(guò)程中出現(xiàn)多次不同程度的垮塌現(xiàn)象，總計(jì)垮塌方量約300 m3，主要集中在導(dǎo)0+380～0+405段，采取全斷面鋼拱架支撐才貫通成洞。成洞后未對(duì)洞頂垮塌形成的空腔進(jìn)行回填，未及時(shí)完成洞身永久鋼筋砼襯砌。加之該段隧洞位于溢洪道左側(cè)邊墻附近，與溢洪道底板之間圍巖厚度約30 m。溢洪道內(nèi)施工震動(dòng)影響，巖體裂隙發(fā)育透水性較強(qiáng)，雨季地表水下滲，泥質(zhì)白云巖及泥巖遇水軟化，巖體荷載全部作用于洞身臨時(shí)支撐的鋼拱架上，洞身排水孔部分失效等多種因素的共同作用下，導(dǎo)致2014年10月13日下午15時(shí)31分隧洞樁號(hào)導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段因臨時(shí)支撐鋼拱架不能承受外水壓力和碎裂巖體的荷載而再次垮塌，洞頂形成更大空腔，溢洪道左側(cè)洞頂?shù)乇沓霈F(xiàn)Lf1～Lf7裂縫，裂縫位于垮塌段洞頂附近及周邊，寬度逐漸增加后趨于穩(wěn)定。裂縫發(fā)育方向不規(guī)則，其中LF1、LF2、LF3、LF6發(fā)育方向約為NW10°～30°，LF4、LF5發(fā)育方向約為NW20°～35°，LF7發(fā)育方向約為NE83°。目前裂縫寬一般0.5 cm～0.8 cm，最寬約3 cm，長(zhǎng)度LF1長(zhǎng)約14 m，LF2～LF5約5～10 m，LF6最長(zhǎng)約28 m，LF7約2.5 m。隧洞垮塌后對(duì)洞身進(jìn)行觀測(cè)，垮塌前后洞身段未見明顯變形，軸線無(wú)位移現(xiàn)象。

根據(jù)取水兼放空隧洞洞身垮塌成因分析，為及時(shí)處理洞身垮塌帶來(lái)的安全隱患和確保今后溢洪道的運(yùn)行安全，同時(shí)為工程的截流和度汛目標(biāo)創(chuàng)造有利條件，經(jīng)省、市、縣級(jí)主管部門領(lǐng)導(dǎo)及參建各方代表共同研究決定，確定對(duì)取水兼放空隧洞洞身垮塌段采取如下處理措施[1]：

（1）為防止垮塌進(jìn)一步惡化，甚至冒頂影響溢洪道的施工和運(yùn)行安全，同時(shí)確保洞內(nèi)垮塌處理的施工安全，須及時(shí)對(duì)垮塌段隧洞前后洞身完成永久襯砌，對(duì)垮塌堆積物進(jìn)行充填處理，對(duì)垮塌段頂部空腔進(jìn)行砼回填處理，并加強(qiáng)地表截排水和洞內(nèi)排水措施。

（2）待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強(qiáng)度后，對(duì)洞內(nèi)垮塌段實(shí)施清理，臨時(shí)鋼拱架支撐，清理完畢后及時(shí)進(jìn)行永久襯砌。鋼筋砼襯砌達(dá)到強(qiáng)度后對(duì)垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。

3.2 洞內(nèi)垮塌處理方案設(shè)計(jì)

3.2.1 處理設(shè)計(jì)

為確保施工安全并結(jié)合處理時(shí)間綜合考慮，對(duì)取水兼放空隧洞樁號(hào)導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400垮塌段處理前，須在垮塌段前后洞身進(jìn)行不小于5 m的永久襯砌。隨后在導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400垮塌段地表變形區(qū)左右兩側(cè)（圖1剖面1-1′和3-3′）分別布置1#～7#和10#～16#鉆孔，設(shè)計(jì)為雙排，孔距6.0m，鉆孔梅花型布置，內(nèi)外兩排均平行于隧洞軸線，外側(cè)鉆孔以75°傾斜角鉆進(jìn)洞內(nèi)垮塌區(qū)，內(nèi)側(cè)則以85°或以上角度鉆進(jìn)?？咨钜源┻^(guò)垮塌空腔進(jìn)入洞頂附近垮塌堆積體為準(zhǔn)。上下游（剖面2-2′和4-4′）分別布置8#、9#和17#、18#鉆孔，設(shè)計(jì)均為單排，孔距為2.0 m。鉆孔以75°傾斜角鉆進(jìn)洞內(nèi)垮塌區(qū)。

3.2.2 施工工序

本次施工工藝先后順序?yàn)?先進(jìn)行隧洞左右兩側(cè)外排，再進(jìn)行隧洞兩側(cè)內(nèi)排，最后施工上下游側(cè)單排，由邊孔向中間孔依次順序施工，即由外及內(nèi)的施工原則。為減少擾動(dòng)保障安全，應(yīng)采用單臺(tái)鉆機(jī)施工。設(shè)計(jì)鉆孔孔徑不小于127 mm，采取無(wú)水鉆進(jìn)，避免隧洞周邊繼續(xù)垮塌。鉆孔時(shí)，遇到孔內(nèi)洞穴、垮塌空腔、塌孔、掉塊、垮塌堆積物、掉鉆的位置及長(zhǎng)度等應(yīng)詳細(xì)記錄，并及時(shí)報(bào)告監(jiān)理工程師結(jié)合充填工藝分析鉆孔和具體情況，做出決定后進(jìn)行下步施工。先施工鉆孔至洞內(nèi)對(duì)垮塌堆積物宜采用低標(biāo)號(hào)水泥砂漿摻石子充填，洞頂以上水泥砂漿強(qiáng)度逐級(jí)增加，建議采用M5～M10，達(dá)到一定強(qiáng)度后，空腔部分采用C15混凝土回填，具體施工工藝由施工單位自定。施工期間應(yīng)對(duì)地表裂縫及施工設(shè)備周邊加強(qiáng)觀測(cè)[2]，并提前做好安全措施和應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)新的較大裂縫、地面產(chǎn)生嚴(yán)重變形或鉆進(jìn)過(guò)程中洞身或變形區(qū)出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，應(yīng)立即撤離施工人員及設(shè)備。灌漿前應(yīng)對(duì)隧洞垮塌段兩端建議采用鋼模板加斜支撐封閉密實(shí)[3]，盡量做到充填灌漿漿液不從封堵模板縫隙滲出。

待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強(qiáng)度后，對(duì)洞內(nèi)垮塌段實(shí)施清理,I16～I(xiàn)20工字鋼制作成鋼拱架臨時(shí)支撐，清理完畢后及時(shí)采取60 cm厚C20鋼筋砼永久襯砌。筋砼襯砌達(dá)到強(qiáng)度后對(duì)垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，19#～38#孔為垮塌段洞頂圍巖固結(jié)灌漿孔，在隧洞軸線兩側(cè)地表垂直造孔，孔距3 m。采用雙排孔，排距2 m；結(jié)合隧洞洞身固結(jié)灌漿考慮底界至洞頂以上7 m。灌漿材料采用合格的42.5或以上強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的新鮮水泥，水泥細(xì)度要求通過(guò)80 um方孔篩的篩余量不大于8%。建議漿液水灰比為0.5∶1自流灌注。

圖1 垮塌段地表變形區(qū)剖面圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析可知巖溪水庫(kù)取水兼防控隧洞隨處巖層較為破碎，開挖過(guò)程中出現(xiàn)多次垮塌現(xiàn)象，而垮塌形成空腔導(dǎo)致多條裂縫的出現(xiàn)，迫切需要對(duì)進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)分析，建議在對(duì)垮塌處理之前須在垮塌段前后洞身進(jìn)行不小于5 m的永久襯砌。同時(shí)對(duì)垮塌堆積物進(jìn)行充填處理，待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強(qiáng)度后，對(duì)洞內(nèi)垮塌段實(shí)施清理，臨時(shí)鋼拱架支撐，清理完畢后及時(shí)進(jìn)行永久襯砌。鋼筋砼襯砌達(dá)到強(qiáng)度后對(duì)垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。今后，還需要加強(qiáng)對(duì)該隧洞的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，避免隧洞出現(xiàn)裂縫、垮塌等事故的發(fā)生。

[1]王興俊;;水利工程隧洞施工技術(shù)探討[J];河南科技;2011年18期. 56-57

[2]賀光明;朱世杰;;特殊環(huán)境下漫水灣供水工程隧洞的施工監(jiān)理[J];水電站設(shè)計(jì);2006年01期.23-24

[3]李生宏,宮志群,張勇,馬清秀;復(fù)雜地質(zhì)條件下特大斷面導(dǎo)流隧洞開挖與支護(hù)施工技術(shù)[J];鐵道建筑技術(shù);2002年05期.67-68

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1673-9000（2017）04-0072-02

2017-01-09

陳黎，（1979年-），男，貴州遵義，苗族，高級(jí)工程師，主要從事：水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。