某水電站泄洪隧洞塌方原因分析及處理措施

冀 飛

漢中市水利水電勘測設計院 陜西 漢中 723000

水工隧洞的斷面較小,采用全斷面掘進的方法進行開挖,如果圍巖條件松軟,則會可能出現自身穩(wěn)定性差的問題,在施工中成型困難,采取邊挖邊襯砌支護的方法,也不可避免地會發(fā)生隧洞塌方。因此,經過實踐證明,針對圍巖穩(wěn)定性差的問題,對塌方易發(fā)生地段進行破碎堆積石渣的壓力分析,展開超前管棚、固結灌漿、拱架支護等技術手段,可以進行很好的預防。

1 工程概況

某水電站泄洪隧洞位于河道左岸,電站由引水系統(tǒng)、廠區(qū)等構成,洞進口高程691.0m,全長631.0m,洞進口高程710.8m,洞涇在4.5以內,全長599.5m,其中洞身斷面為φ＝4.0m的圓洞,0.6——0.8m厚C25——C30鋼筋砼襯砌。出口采用消力池消能方式。洞豎井閘室段設3.5×3.5m平板檢修閘門一道,采用QPG800KN－50m卷揚機啟閉,出口閘室段設3.2×3.2m弧形工作閘門一道,采用QHSY－1000k N/400k N－5.5m液壓機啟閉。設計洪水位748.24m,下泄流量Q＝698.81m3/s,校核水位750.19m,下泄流量 Q＝702.08m3/s。消能設計洪水標準P＝3.33%(三十年一遇),最大下泄流量698.55m3/s,水庫水位為748.04m。在施工中,曾經出現過塌方堵塞隧洞的情況,后經過地質情況的檢測,發(fā)現,該地段多為砂質板巖互層,局部有裂隙和滲水的現象。

2 塌方原因分析

塌方風險事故按照塌方具體形態(tài)可以分為三類,分別是局部類別塌方、拱形塌方以及增強型拱形塌方[1]。其中局部性塌方主要集中在巖體較大的巖層中,很少出現在巖體兩側,而一般拱形塌方集中在工程施工跨度范圍內,主要發(fā)生在巖壁破壞嚴重,結構混亂的巖石體系中[2]。

由于地質條件的問題,導致圍巖突變,地下滲水較大,地下水存在于塌方地段,深入浸泡巖石,逐步軟化,粘結起來,洞內積水不斷增多,巖石進一步軟化,造成了隧洞的堵塞之后,沖擊了溝內的覆蓋層,由沒有基礎支護,地表水增大,導致了塌方。

再就是設計階段,由于國內工程施工現場對于圍巖地質條件的突變沒有及時地反映出來,針對圍巖的類別發(fā)生突變后新的支護設計方案,沒有及時地進行支護加強的設計。

施工階段,由于爆破技術的應用,地震發(fā)生的時候,容易對周邊的設施造成危害,人工鉆孔爆破開挖特別影響地質的穩(wěn)定性,開挖爆破技術,使得突變的地質結構更加不穩(wěn)定。再加上藥量的控制不當,因此,穩(wěn)定性被大大地破壞[3]。

開挖后的圍巖應力被重新分布,存在不良情況的圍巖,及時采取支護加固的方式,但是超前支護的措施在開挖方法上不正確,二次襯砌施工的時間不足,無法承受應力重新分布之后帶來的直接作用。

管理方面,由于技術人員疏忽、監(jiān)理工作不足,導致了工程管理關系不斷復雜化,轉包、分包的過程中,工程管理不善,監(jiān)督缺失,使得塌發(fā)生的概率加大。

3 處理措施

3.1 首先考慮塌方冒頂段的渣體誘發(fā)塌方的可能性,采用對巖體工程進行地質特性概括的方式,通過巖體穩(wěn)定性的評價,經過工程處理和設計,給出合理的評價,包括對巖石的類別的評價,圍巖突變的分類,塌方后破碎石渣的松散體的判斷等等,還要考慮松散體清除過程中圍巖的塌方出現概率。對于巖爆的情況,采用處理預案,提前釋放應力,短進尺或者光面爆破,掌子面噴水、柔性支護等,掌握巖爆的規(guī)律,調整預防措施。

3.2 對于塌方的基本荷載進行穩(wěn)定滲流等情況的分析,得到圍巖壓力和地下水的壓力,由于塌方段的堆積的破碎石渣沒有形成整體,無法按照完整的巖石進行壓力的計算,因此,無法形成具有穩(wěn)定拱頂的隧洞,按照圍巖壓力的計算,根據施工的支護措施進行修正,對外水壓力進行公示的計算。

3.3 通過注漿技術將破碎帶的巖石的物理性能進行改善,提高巖石的整體性和均質性,提高巖石的彈性模量和抗壓強度,減少巖石的變形和不均勻沉降,在巖層中進行隧洞開挖的時候,避免巖石坍塌或者集中滲漏,開挖前進行一定范圍的斜孔或者水平孔的超前固結灌漿。最終確定的塌方護理方案為超前管棚、灌漿法結合,構成鋼支撐強支護的施工方案。在鋼拱架的安裝上,首先安裝拱頂,采用鎖腳錨桿的方式,在確認安全的前提下,進行單側的拱架的掏槽,將拱架接長,達到拱腳,完成基巖的鏈接之后,在人工掏槽和拱架安裝的過程中,防止出現掌子面的塌方,安排專人進行施工監(jiān)護,發(fā)現異常立即撤離施工人員。

3.4 對于不好控制的軟巖來說,因為沉降無法效控制,而雙側壁屬于各自開挖,各自閉合,現在大量用的都是單側壁法,安全性來說屬于較好的,側導坑法廣泛應用在大斷面以及承載力低的地方[4]。在大跨度、松散軟土中,所以采用這個是盡可能的保證施工的安全,單側壁很有優(yōu)勢。但是會影響效率和整個施工的進程,所以綜合來說屬于較慢但是安全的方法。

結語

工程地下水的存在和地質的突變是塌方產生的直接原因,施工過程中,爆破擾動使得圍巖的確定性變差,如果不加以加入和強支護u,會加速塌方的發(fā)生,設計人員必須常駐工地,提高管理人員的素質和責任心,避免由于弱支護、多藥量、長進尺等給隧洞開挖帶來的風險,避免巖爆的發(fā)生,有效采取提前注漿、超前管棚的方式進行塌方的避免。