水電站2#引水隧洞塌方處理探討

水電站2#引水隧洞塌方處理探討【內(nèi)容提要】對(duì)xx水電站2#引水隧洞塌方的原因進(jìn)行了調(diào)查分析，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塌方的實(shí)際情況，塌方處理分兩步進(jìn)行：首先對(duì)受塌方影響的初期支護(hù)裂縫地段進(jìn)行加固；其次是對(duì)塌方體進(jìn)行搶險(xiǎn)處理。在現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)掌握情況認(rèn)真研究處理塌方方案，認(rèn)真制定處理塌方的步驟、方法及預(yù)防塌方的施工措施。【關(guān)鍵詞】引水隧洞塌方裂縫搶險(xiǎn)處理1．工程概況xx水電站位于四川省xx自治州xx縣境內(nèi)，xx河中游xx至xx河段，是xx河流域水電規(guī)劃二庫(kù)五級(jí)方案開發(fā)的第3梯級(jí)電站，該電站為大（2）型引水式，單一發(fā)電工程。電站首部位于河口下游約400m的xx河段，壩址距上游xx縣縣城約26km，距下游xx縣城約98km；廠址距xx縣城約79m。xx水電站引水隧洞全長(zhǎng)約16.15km，xx集團(tuán)有限公司承建的MEG2007/C2-2合同段起訖里程為（引）2＋462引）4＋499，隧洞總長(zhǎng)2037m，斷面為圓形，內(nèi)徑8.60m，開挖斷面為直徑9.4~10.2m的圓形，縱坡1.58‰，全斷面采用鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。樁號(hào)（引）2＋462引）3＋520，段長(zhǎng)1058m，隧洞最大埋深600m，與巖層走向夾角約20~60°左右。該段巖層軟硬相間，千枚巖所占比例比較高，表現(xiàn)為互層狀結(jié)構(gòu)，巖體完整性差，圍巖不穩(wěn)定。施工開挖時(shí)易產(chǎn)生小規(guī)模塌方。樁號(hào)（引）3＋520引）4＋499，段長(zhǎng)979m，其中包括xx，最淺埋深約75m，覆蓋層厚約5m，成分主要為崩積、洪積成因的塊碎石土，與巖層走向夾角約20～60°左右。該段因過(guò)溝段隧洞洞頂板上覆基巖厚度小，溝內(nèi)常年流水，風(fēng)化卸荷作用強(qiáng)烈、地下水比較活動(dòng)，巖體完整性差，呈碎裂-散體結(jié)構(gòu)，圍巖極不穩(wěn)定。如在過(guò)溝段進(jìn)行開挖時(shí)突發(fā)性大量涌水，有可能導(dǎo)致大塌方。因此，塌方的預(yù)防和處理是一個(gè)難點(diǎn)。2．塌方情況xx水電站2#引水隧洞開挖采用“新奧法”施工，上下臺(tái)階法開挖(Ⅲ類采用全斷面開挖其中下臺(tái)階預(yù)留斷面2米。全隧道施工均采用光面爆破技術(shù)。2008年8月26日，引水隧洞下游掌子面開挖至樁號(hào)（引）3+321時(shí)，在排險(xiǎn)過(guò)程中，拱部出現(xiàn)局部掉塊，深度約2m。8月27日，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位四方查看現(xiàn)場(chǎng)后形成了該塌方段處理方案:按80cm間距施作鋼支撐(Ⅰ18工字鋼采用超前錨桿及模噴混凝土支護(hù)措施。我部按照該方案對(duì)塌方段進(jìn)行了處理，并安全通過(guò)該段施工。9月7日，繼續(xù)進(jìn)行洞挖施工，在鉆爆前按既定方案要求認(rèn)真施作了超前錨桿，但放炮后掌子面再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，塌方巖石將超前錨桿壓毀，并將超前錨桿從巖體中抽出，塌方深度約3米。塌方后施工單位立即通知業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理來(lái)查看現(xiàn)場(chǎng)，并形成了（引）3+321～（引）3+323段塌方處理方案：按40cm間距施作鋼支撐(Ⅰ18工字鋼采用超前注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)措施。9月10日，施工隊(duì)已經(jīng)支護(hù)好兩榀鋼支撐，在晚22點(diǎn)進(jìn)行下三榀工字鋼施工過(guò)程中，再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，將已經(jīng)支立好的三榀工字鋼砸毀，塌方深度約4.5米。在9月11日，早晨監(jiān)理查看了塌方現(xiàn)場(chǎng)，并指示我部清理好現(xiàn)場(chǎng)，按原定方案重新支護(hù)。9月13日，早晨我部工人已經(jīng)將重新加工的三榀鋼支撐安裝就位，鎖腳錨桿也施作完畢，正在準(zhǔn)備施作噴射混凝土?xí)r，掌子面再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，將三榀工字鋼砸毀，將鉆爆臺(tái)車掩埋（包括12臺(tái)風(fēng)鉆，2臺(tái)電焊機(jī)塌方深度約15米，且在（引）3+316引）3+317附近已經(jīng)噴護(hù)好的混凝土表面出現(xiàn)兩條裂縫。到9月14日早晨，塌方體繼續(xù)垮塌，將（引）3+321附近兩榀工字鋼砸毀，并且在（引）3+320處右側(cè)155°方向，已經(jīng)噴好的混凝土面被雜掉，面積約0.8m2。9月15日～17日對(duì)（引）3+305引）3+321段進(jìn)行變形觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)2條裂縫，圍巖變形較大。經(jīng)參建四方現(xiàn)場(chǎng)勘察并繪制成圖(圖1)，塌方高達(dá)到15m，塌方范圍為（引）3+316引）3+323。經(jīng)過(guò)四方察看現(xiàn)場(chǎng)決定對(duì)塌方進(jìn)行變更處理。4m3+321③4m3+321③3+3053+3133+3153+3173+3163+3233+3233+3173+3093+3123+317..3+3169.2m330m①3+316拱頂寬度2cm，長(zhǎng)度5米橫向裂縫；②3+317拱頂左側(cè)寬度2cm，長(zhǎng)度4米橫向裂縫。③3+320右側(cè)拱頂155度處掉0.8平米噴射混凝土。④3+312左側(cè)拱腰處寬度3cm，長(zhǎng)度4米裂縫。⑤3+309右側(cè)拱腰處寬度2cm，長(zhǎng)度6米裂縫。3．塌方原因分析事后對(duì)塌方的原因進(jìn)行了調(diào)查分析，其原因?yàn)椋?1)不良地質(zhì)造成的塌方，塌方后發(fā)現(xiàn)掌子面為薄～中層狀砂巖與千枚巖互層，巖體呈碎裂～嵌鑲結(jié)構(gòu)，由于上段塌方引起掌子面巖體松動(dòng)，造成掌子面塌方。(2)施工中對(duì)圍巖認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)有根據(jù)該段圍巖實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行變更支護(hù)形式。4．塌方搶險(xiǎn)處理2008年9月15日，塌方事故發(fā)生后，及時(shí)對(duì)塌體進(jìn)行清渣處理，但在清理過(guò)程中掌子面再次出現(xiàn)塌方，2008年9月17日，為了勘探塌方空腔的高度和摸清塌方體的情況，作為處理塌方體時(shí)選擇施工方案的依據(jù)，采用了美國(guó)地球物理公司生產(chǎn)的SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)（天線主頻為400M）對(duì)塌方體上面空腔進(jìn)行探測(cè)，勘探結(jié)果塌方高達(dá)到15m，塌方范圍從（引）3+316～（引）3+323。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塌方的實(shí)際情況，塌方處理分兩步進(jìn)行：首先對(duì)受塌方影響的初期支護(hù)裂縫地段進(jìn)行加固；其次是對(duì)塌方體進(jìn)行搶險(xiǎn)處理。4.1裂縫段落加固處理措施塌方事故直接影響初期支護(hù)拱體長(zhǎng)度達(dá)16m，拱頂初期支護(hù)下沉變形較大，共出現(xiàn)4條大裂縫，最大裂縫為3cm，一處噴射混凝土掉塊，已經(jīng)噴好的混凝土面被雜掉，面積約0.8m2。為了防止塌方范圍繼續(xù)擴(kuò)大，以及防止前端的初期支護(hù)下沉變形加大或再次出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象，對(duì)初期支護(hù)裂縫地段采取了如下加固措施：(1)停止下游洞內(nèi)一切施工作業(yè)，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。50mm導(dǎo)管L=5m,環(huán)向間距50cm 洞軸線縱向間距50cm,呈梅花型布置(2)對(duì)樁號(hào)（引）3+305～（引）3+320.6 洞軸線縱向間距50cm,呈梅花型布置進(jìn)行加固，在拱頂180°以上范圍內(nèi)，打φ50、×5mm徑向注漿小導(dǎo)管（L=5.0m），呈梅花型布置，間距為0.5m×0.5m(圖R4,9180°2)。施工后及時(shí)注漿以加固圍巖或R4,9180°松散渣體，防止洞室周圍圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展。小導(dǎo)管周壁注漿比較簡(jiǎn)單，注漿時(shí)間短，符合該下導(dǎo)未開挖斷面下導(dǎo)未開挖斷面段處理的實(shí)際情況，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)結(jié)圖2徑向小導(dǎo)管注漿加固果可以看出小導(dǎo)管注漿后圍巖變形減少，達(dá)到了預(yù)期的效果。圖2徑向小導(dǎo)管注漿加固(3)采用Ⅰ18工字鋼施作鋼支撐，間距40～60cm，每榀鋼支撐施打φ22鎖腳錨桿20根，錨桿長(zhǎng)度3.0m，鋼支撐用φ22縱向鋼筋連接，環(huán)向間距1.0m。加設(shè)楔形木墊于原噴射混凝土與鋼支撐之間塞縫。對(duì)于原來(lái)有鋼支撐段落安裝位置應(yīng)同原鋼支撐重疊（臨時(shí)支護(hù)在施作二次襯砌時(shí)，如嚴(yán)重侵限可拆除）。(4)徑向小導(dǎo)管注漿前先噴5-10cm厚度的C20砼封閉掌子面，并根據(jù)需要打?qū)Ч茴A(yù)注漿固結(jié)松散渣體。4.2塌方整治總體方案通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采用了美國(guó)地球物理公司生產(chǎn)的SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)（天線主頻為400M）對(duì)塌方體上面空腔進(jìn)行探測(cè)得知塌方體圍巖結(jié)構(gòu)大部分松散，塌方空腔較大(高度為15m，不含隧洞高度)，塌方體不對(duì)稱，右側(cè)空腔較大。在處理、加固好未塌方段后，在保證安全的前提條件下，按照下列方案和工藝過(guò)程進(jìn)行塌方處理。(1)加強(qiáng)對(duì)塌方段的監(jiān)控量測(cè)，對(duì)洞周、塌方范圍進(jìn)行定時(shí)、定位的觀測(cè)，隨時(shí)掌握塌方體動(dòng)向。并及時(shí)反饋進(jìn)行分析，修正和完善搶險(xiǎn)方案，提供補(bǔ)救措施。施工過(guò)程中派專人進(jìn)行觀察，一旦有再次塌方跡象，施工人員立即撤到安全地帶，保證支護(hù)過(guò)程中安全施工。(2)在塌方體表面噴一層10cm厚的C20早強(qiáng)混凝土將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。(3)在塌方體表面根據(jù)情況打入φ50mm小導(dǎo)管，原則上間距為1.5m，梅花型布置，導(dǎo)管長(zhǎng)為5m，注30號(hào)水泥漿以固結(jié)塌方體，對(duì)塌方體的導(dǎo)管注漿逐級(jí)跟進(jìn)。(4)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法掘進(jìn)，逐段清除塌方體并開挖到設(shè)計(jì)輪廓線后，隨即噴射4cm混凝土，采用鋼支撐(Ⅰ18工字鋼）密排安裝至掌子面（間距最大不超過(guò)20cm），采用φ22縱向連接筋，環(huán)向間距0.5m。并用注漿導(dǎo)管鎖腳。鋼支撐架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位。(5)在掌子面輪廓線處施打φ50mm小導(dǎo)管，環(huán)向間距為30cm、外插角為5°、長(zhǎng)度為5m，小導(dǎo)管縱向間距為2.5m，布置范圍為拱頂150°,并壓漿固結(jié)周圍巖，注漿壓力為0．5～1．5MPa，注漿前對(duì)掌子面噴射5cm厚度C20混凝土封閉。小導(dǎo)管布置見圖3和圖4。 C20混凝土4m第一層泵送混凝土下游方向注漿小導(dǎo)管10cm厚C20噴射砼3+317 小導(dǎo)管泵送混凝土導(dǎo)管3+3163+3053+3133+3153+3173+3213+323 空洞第三層泵送混凝土4m第一層泵送混凝土下游方向注漿小導(dǎo)管10cm厚C20噴射砼3+317 小導(dǎo)管泵送混凝土導(dǎo)管3+3163+3053+3133+3153+3173+3213+3233+3093+312..3+3169.2m圖3塌方處理側(cè)面示意圖180°R4,9洞軸線180°R4,9洞軸線(6)待鋼支撐及小導(dǎo)管注漿施作完畢并達(dá)到要求后，通過(guò)泵送混凝土導(dǎo)管對(duì)空腔進(jìn)行泵送C20混凝土，泵送前事先預(yù)埋泵送混凝土管及透氣管，泵送混凝土到離拱頂10m高度時(shí)停止泵送混凝土。此混凝土應(yīng)分3次泵送，第一次泵送混凝土到離拱頂4.5m高度時(shí)停止泵送，待混凝土固結(jié)后，繼續(xù)第二次泵送混凝土離拱頂7.5米高度時(shí)停止泵送，待混凝土固結(jié)后，繼續(xù)第三次泵送混凝土直至設(shè)計(jì)高度，泵送混凝土的具體數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定。待泵送混凝土固結(jié)后，方可進(jìn)行下一道工序。(7)下一步開挖時(shí)采用預(yù)留核心土法掘進(jìn)，每次進(jìn)尺控制在1.0-1.5m內(nèi)，開挖后隨即噴射4cm混凝土封閉巖面，架設(shè)鋼支撐(Ⅰ18工字鋼），鋼架間距為40cm，并施作好鎖腳錨桿，鋼支撐架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位。(8)處理完塌方段后，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)確定圍巖情況，具體支護(hù)方案根據(jù)四方共同確認(rèn)后再重新調(diào)整。5．塌方處理的施工要求(1)項(xiàng)目部一定要由領(lǐng)導(dǎo)帶班、技術(shù)人員和安全員24小時(shí)輪流值班，遇到突發(fā)事件，立即采取應(yīng)急處理措施。(2)及時(shí)匯報(bào)，先期監(jiān)控頻率按2h／次，待變形基本控制住后可每班監(jiān)控1次，及時(shí)向業(yè)代處和總監(jiān)辦匯報(bào)監(jiān)控結(jié)果。(3)在施工過(guò)程中，應(yīng)以安全為重，為了防止作業(yè)人員疲勞，宜采用3班工作制，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入洞內(nèi)，安全員應(yīng)隨時(shí)注意觀察圍巖變化。若有突變，所有人員必須立即撤離。(4)應(yīng)加快處理速度，以盡量減少裂縫發(fā)展。6．結(jié)束語(yǔ)通過(guò)xx水電站2#引水隧洞塌方的處理得到以下體會(huì)：(1)不但自然因素引起隧洞塌方，而且人為因素也引起隧洞塌方，地質(zhì)勘測(cè)、施工工序與管理對(duì)隧洞塌方起決定性作用。(2)處理塌方必須分秒必爭(zhēng)適時(shí)地投入搶險(xiǎn)工作。塌方事故發(fā)生后，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位應(yīng)派出相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、隧洞地質(zhì)專家、工程技術(shù)人員等迅速到塌方點(diǎn)，詳細(xì)勘察塌穴高度、寬度、縱向長(zhǎng)度及塌穴穩(wěn)定情況；研究工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、洞頂水的流向和涌水特點(diǎn)、范圍；檢查塌方對(duì)初期支護(hù)的損壞情況和影響區(qū)域；分析塌方的主要原因和塌方可能繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)等。在現(xiàn)場(chǎng)掌握情況的基礎(chǔ)上，認(rèn)真研究處理塌方的對(duì)策。(3)塌方處理方案至