溧陽抽水蓄能電站通風(fēng)洞塌方的處理

潘福營

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川成都 610066)

1 概述

溧陽抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽市，樞紐建筑物主要由上水庫、排水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫等部分組成。電站安裝6臺單機(jī)容量為250 MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW。

通風(fēng)洞前期為施工支洞，后期作廠房永久通風(fēng)洞。隧洞采用城門洞型，混凝土襯砌厚度統(tǒng)一為60 cm，開挖斷面尺寸為 9.2 m ×8.1 m(寬 ×高)，洞長1 084.18 m，平均縱坡6.5%。根據(jù)洞室的圍巖分類，對Ⅲ類圍巖采取系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)型式;對Ⅳ、Ⅴ類圍巖采取系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)+鋼支撐拱架+混凝土襯砌的復(fù)合支護(hù)型式。鋼支撐采用I20工字鋼，Ⅳ類圍巖工字鋼間距1.2 m，Ⅴ類圍巖工字鋼間距0.8 m。

通風(fēng)洞地質(zhì)條件復(fù)雜，主要以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主，且地下水豐富，2009年9月10日通風(fēng)洞開挖到K0+605掌子面時(shí)出現(xiàn)了較大的塌方，直至9月13日塌方不斷，最后塌方體堆積料坡面延伸到頂拱處，塌方量達(dá)400多m3。

經(jīng)分析，塌方的主要原因是該段為與斷層相交部位，且為侏羅系凝灰?guī)r和志留系泥質(zhì)砂巖接觸帶，該洞段埋深約50～60 m，地面為農(nóng)田，覆蓋層較厚，構(gòu)造無露頭形跡。受構(gòu)造強(qiáng)烈擠壓造成巖體破碎，強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力弱;初步判定主要有一條寬度為7～8 m的陡傾角擠壓破碎帶在該段與隧洞大角度相交且不規(guī)則等地質(zhì)條件綜合影響是引起此處塌方的主要原因。

2 塌方處理措施

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對塌方體采取的處理措施主要是不出渣掘進(jìn)，在對堆渣體表面噴混凝土后，采用灌注水泥漿使堆渣體固結(jié)成一體，然后采用大管棚超前支護(hù)，短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)開挖。

對該塌方體的處理總體采取“加固掌子面的前3榀鋼支撐，固結(jié)松渣體與坍腔體、大管棚超前支護(hù)，短進(jìn)尺、機(jī)械和人工開挖、自進(jìn)式錨桿支護(hù)、鋼拱架緊跟、掛網(wǎng)噴鋼纖維混凝土”的綜合施工方案。塌方處理情況見圖1。

圖1 塌方處理示意圖

3 具體的施工方法

3.1 鋼支撐加固施工措施

由于施工期間塌方還在繼續(xù)，為了控制塌方不向已經(jīng)支護(hù)好的工作面延伸，對靠近塌方面的、可以施工的前四榀工字鋼進(jìn)行了加固施工，主要是鋼支撐之間采用I20工字鋼進(jìn)行連接，環(huán)向間距1.5 m，然后采用混凝土將鋼支撐之間噴滿C25鋼纖維混凝土，使鋼支撐形成為一個(gè)整體，從而控制塌方不向洞外方向發(fā)展。同時(shí)，加強(qiáng)變形監(jiān)測，及時(shí)掌握圍巖變化情況。

3.2 對塌方堆渣體進(jìn)行固結(jié)

3.2.1 塌方體表面的處理

為了保證對堆渣體進(jìn)行固結(jié)灌漿時(shí)漿液不外流，在塌方料堆積體表面先用C25噴射混凝土加φ8@150 mm×150 mm的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行噴護(hù)，噴射混凝土厚度為25 cm，使整個(gè)塌方面與周邊邊頂拱形成一個(gè)封閉面。

3.2.2 塌方體頂部的處理

首先，塌方體頂部采用砂漿泵回填一層約2 m厚的M25水泥砂漿，以保證其頂部封閉并形成一個(gè)硬的實(shí)體，主要目的是保證管棚支護(hù)形成一個(gè)受力整體，同時(shí)避免頂部繼續(xù)塌方對管棚造成突然沖擊。由于塌落體已經(jīng)將鋼支撐蓋滿，人員無法到達(dá)塌方體內(nèi)，塌方空腔的具體形狀無法明確，因此，先沿頂拱用手風(fēng)鉆在堆渣體上左、中、右鉆設(shè)10個(gè)孔，孔徑60 mm，打入φ42的無縫鋼管，用砂漿泵灌入砂漿。先左右，再中間，由低到高，灌注完成后1 d，再分部位鉆孔，判斷砂漿的厚度，如果厚度未達(dá)到，再進(jìn)行鉆孔灌漿，直至砂漿達(dá)到2 m。

3.2.3 堆渣體固結(jié)施工

堆渣體固結(jié)采用回填固結(jié)灌漿的方式，先灌注稀水泥漿，再灌注濃水泥漿。注漿孔沿堆渣體四周間隔1.5 m布置1根，排距1 m，第一榀鋼支撐上部50 cm布置1排，第一榀鋼支撐下部50 cm布置1排。水泥漿液水灰比為0.5∶1，采用間歇式灌漿，待壓力有一定上升(0.1～0.2 MPa)即可終止灌漿。灌漿過程中特別對拱肩部位進(jìn)行加強(qiáng)。灌漿首先灌注鋼支撐下部，再灌注鋼支撐上部，灌漿采取兩序間隔灌漿，一序隔孔灌漿，一序完成后再進(jìn)行加密二序孔的灌漿。灌漿壓力以不破壞堆渣體表面的噴混凝土為準(zhǔn)。渣體內(nèi)的注漿管采用φ42、壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管，前端加工成楔形，手風(fēng)鉆鉆孔，將管打入堆積料內(nèi)，孔深6 m以上，漿液采用400 L的高速攪拌機(jī)拌制，灌漿采用3SNS型灌漿泵。注漿分多次進(jìn)行，每次等強(qiáng)后即鉆孔，再灌漿，直至最后鉆孔要深入到堆渣體和巖面之間，使整個(gè)堆渣體和巖面形成一個(gè)整體。

3.3 大管棚施工

用鋼管搭設(shè)鋼管架作業(yè)平臺，作業(yè)平臺長度不小于10 m，上部留出3 m高作為施工空間。鋼管水平和垂直間距為@60 cm×60 cm。在平臺上進(jìn)行大管棚施工。

鉆孔采用YQ100B潛孔鉆配120鉆頭進(jìn)行，成孔后退出鉆具，安裝管棚并注漿固結(jié)形成較為穩(wěn)定的加固體以達(dá)到處理塌方的目的。

大管棚布置在頂拱180°和拱肩下1 m范圍內(nèi)，大管棚采用直徑為89 mm，壁厚5 mm的鋼管搭設(shè)，大管棚鋼管長度為12 m，每根鋼管長6 m，鋼管采用焊接連接，大管棚安裝完成后其外露端部要與鋼支撐焊接牢固。

將φ89鋼管制成花管，大管棚間距40～50 cm，鉆孔角度外插5°～20°。管棚距離設(shè)計(jì)開挖輪廓線外30 cm。為保證管棚強(qiáng)度與剛度，在φ89鋼管內(nèi)插入一根φ25鋼筋。

3.3.1 施工工藝

管棚施工工藝流程見圖2。

圖2 管棚施工工藝流程圖

3.3.2 管棚注漿

3.3.2.1 漿液配置

注漿材料及配合比:管棚注漿采用純水泥漿，遵循先稀后濃的原則。采用 1∶1 和 0.8∶1、0.5∶1三個(gè)比級灌注。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。根據(jù)鉆孔順序灌漿分序進(jìn)行，以確保鉆孔成孔質(zhì)量和灌漿質(zhì)量。

3.3.2.2 注漿管的設(shè)置

注漿采用孔口一次注漿，利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接，在注漿套管上準(zhǔn)備出氣管與進(jìn)漿管，由閥門控制(圖3)，然后安裝φ20塑料管作為排氣管，連接注漿管等各種管路，用錨固劑封閉掌子面與管棚間的孔隙，防止漏漿。關(guān)閉孔口閥門，開啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗(yàn)，如有泄漏應(yīng)及時(shí)檢修，試驗(yàn)壓力等于注漿終壓。

3.3.2.3 管棚注漿過程控制

(1)管棚施工每完成1根后開始注漿。注漿前，對所有孔眼安裝止?jié){塞，同時(shí)對管口與孔口外側(cè)進(jìn)行密封處理。

圖3 注漿管示意圖

(2)水泥漿液由制漿機(jī)制漿，采用3SNS高壓注漿泵將雙液漿注入管棚鋼管內(nèi)，注漿前先檢查管路和機(jī)械狀況，正常后開始施工。

(3)注漿采用連續(xù)灌注，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采用雙控:第一，注入率小于1 L，持壓5 min后停止注漿;第二，壓力必須達(dá)到 0.3～0.5 MPa。

(4)注漿過程應(yīng)派專人負(fù)責(zé)，填寫《注漿記錄表》，記錄注漿時(shí)間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控連通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。

3.4 塌方體開挖施工

大管棚注漿完畢等強(qiáng)后繼續(xù)開挖，塌方段開挖采用人工、反鏟和風(fēng)鎬逐步進(jìn)行，個(gè)別部位進(jìn)行弱爆破開挖，每次開挖50 cm即噴5 cm厚鋼纖維混凝土進(jìn)行封閉，待具備一榀鋼支撐的位置立即進(jìn)行鋼支撐的安裝，塌方體段鋼支撐間距50 cm，鋼支撐之間采用相同的工字鋼環(huán)向間距2 m加強(qiáng)連接，相應(yīng)部位的掛網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿、鎖腳和隨機(jī)錨桿、噴射混凝土立即進(jìn)行，一榀鋼支撐處理好后再繼續(xù)開挖，普通錨桿如果無法施工則應(yīng)立即改用自進(jìn)式錨桿。塌方段噴射混凝土采用20 cm厚C25鋼纖維混凝土。在施工過程中，如果有水滲出，立即布置隨機(jī)排水孔，將水引出塌方面。如此循環(huán)，直至開挖至巖體段。

4 結(jié)語

塌方在地下工程施工中隨時(shí)可能會遇到，塌方發(fā)生后應(yīng)根據(jù)塌方的原因和現(xiàn)場實(shí)際情況，在保證安全的前提下采取合理的處理方法。該工程在塌方后采用了用不出渣來限制塌方體進(jìn)一步擴(kuò)大的方式，待塌方體穩(wěn)定后，渣體固結(jié)灌漿，頂部固結(jié)灌漿，超前大管棚進(jìn)行施工，再逐步挖除塌方體，取得了很好的效果。這種處理方法從開始施工到塌方體部位全部挖除總共耗時(shí)18 d，取得了良好的效果。