公格爾水電站引水隧洞塌方處理分析

黃彰亮

(廣西水利電業(yè)集團(tuán)桂水電力股份有限公司，桂林 541000)

1 工程概況

公格爾水電站工程位于新疆克爾柯孜自治州阿克陶縣境內(nèi)的蓋孜河上，是一座以灌溉、發(fā)電、防洪為主，兼顧改善生態(tài)等綜合利用功能的大型水電站工程。公格爾水電站是蓋孜河中游河段的第一個梯級電站。該水電工程建成后，將有效緩解南疆電力供需緊張矛盾，對于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)地區(qū)穩(wěn)定具有重要的戰(zhàn)略意義。該工程引水隧洞長4.10km。其中，6號洞為長756m、寬3.30m、高3.86m的城門洞形斷面。

該引水隧洞采用水平旋噴樁加大管棚的預(yù)支護(hù)技術(shù)，成功穿越了6號施工支洞上游富水冰磧體洞段;采用鉆桿作為超前錨桿支護(hù)，成功渡過了5號施工支洞下游、6號施工支洞上游的Q4地層洞段 (含大量孤石)，解決了Q4地層孤石崩塌形成大面積塌方等難題。按期、保質(zhì)、保量、安全地貫通了引水隧洞，實(shí)現(xiàn)該電站工程里程碑式的節(jié)點(diǎn)，為整個電站工程首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電奠定了基礎(chǔ)。

2 塌方事故及原因

2012年7月15日，引水隧洞5號洞上游段k221.5掌子面上方發(fā)生塌方，塌方量達(dá)到30m3，未造成人員傷亡。施工單位及時對塌方進(jìn)行了處理，順利通過了塌方段。

由于地質(zhì)勘察資料與實(shí)際工程地質(zhì)情況不符合，巖體破碎，含水層、隧洞所經(jīng)地層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等情況未勘察清楚，是造成該引水隧洞塌方的直接原因。

3 塌方處理方法

處理引水隧洞塌方的超前支護(hù)方法包括管棚法、超前小導(dǎo)管注漿法、超前錨桿法等。公格爾水電站引水隧洞塌方采用管棚法進(jìn)行處理。為保證施工安全，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求選用115冷拔 (軌)無縫鋼管，管壁厚度為10mm。鋼管每節(jié)長度為4m，由絲扣連接，擬定的單根鋼管總長為32m(如不能滿足要求可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整)。鋼管自頂拱180°范圍內(nèi)均勻布置孔位，鋼管環(huán)向孔距40cm。鉆孔方向與洞軸線呈1°～2°交角，偏向洞外。

將洞內(nèi)避車道處整平作為管棚施工材料堆放場地，在管棚起點(diǎn)施工面噴射30cm厚混凝土用以穩(wěn)定施工面并防止管棚注漿時漿液溢出，同時，從管棚起點(diǎn)掌子面往外5m頂拱180°范圍打25系統(tǒng)錨桿，L=4.50m，間排距1.50m×1.50m，外露30cm，用以分擔(dān)管棚部分挑梁荷載。

為防止鉆孔進(jìn)入開挖斷面，在公格爾水電站引水隧洞塌方處理時，適當(dāng)上抬30cm和外傾1°～2°。充分考慮到上抬量和外傾角度后，正確算出各鉆孔位置，測量定出各鉆孔的位置和傾角。施工過程中，使用工字鋼制成作業(yè)平臺，將MK-5型鉆機(jī)固定在平臺上，連接管路，接通電源。

由于圍巖較松軟，在圍巖硬化固結(jié)后開挖洞室，隧洞開挖以人工為主，并輔以ZL-50型裝載機(jī)挖掘、配5t自卸汽車出渣。開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在0.50～1m以內(nèi)。自開始進(jìn)洞，按照設(shè)計(jì)要求及時設(shè)置鋼拱架、掛網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土;每隔0.5m布置一榀鋼筋格柵拱架及垂直鋼筋桁架。并加打錨桿、掛網(wǎng)和噴射混凝土。系統(tǒng)錨桿間距1.0m，使用25鋼筋，L=4.5m，深入圍巖4.0m，外露0.5m，梅花型布置;鋼筋掛網(wǎng)6.5@200×200;系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)與鋼筋格柵相互焊接牢固。兩榀拱架之間，使用@400鋼筋縱向連接，要焊接牢固。支承結(jié)構(gòu)完成后，頂拱噴 (C20)混凝土20cm。

4 安全保證措施

為了保證施工安全，在公格爾水電站引水隧洞塌方處理過程中，須認(rèn)真對管棚進(jìn)行編號，詳細(xì)記錄管棚成孔日期和自檢情況、鋼管的連接和安裝情況、灌漿情況等。同時，施工中加強(qiáng)現(xiàn)場安全監(jiān)測，及時預(yù)報(bào)險情，當(dāng)有異常時，必須立即停止作業(yè)并報(bào)項(xiàng)目部，項(xiàng)目部根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況再采取可靠的安全防護(hù)措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

a.針對3.6km冰漬軟巖洞段施工中滲水嚴(yán)重、富水砂礫土夾大孤石情況較為普遍、圍巖無法自穩(wěn)等問題，采取了“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快襯砌”等措施，有效解決了隧洞開挖過程中因多次塌方受阻、進(jìn)度緩慢等問題，最終實(shí)現(xiàn)了隧洞貫通。

b.在6.9km的云母石英片巖高地溫洞段，針對掌子面巖面溫度約85℃左右、部分鉆孔內(nèi)巖體溫度高達(dá)140℃ (在國內(nèi)外極為罕見)等問題，施工中采取加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)、頻繁輪換作業(yè)人員、縮短連續(xù)工作時間等措施，克服了作業(yè)面環(huán)境溫度高的困難，順利完成了該段工程施工。

c.隧洞開挖中，有4km洞段為堅(jiān)硬花崗巖洞段，鉆爆十分困難，巖爆情況頻繁發(fā)生，在施工過程中為了確保安全，采取了間歇施工方法，即在每次爆破后，等待2～4h，待巖體應(yīng)力釋放后再繼續(xù)施工，效果良好。

d.該工程地處邊境，在重大節(jié)假日或重要會議期間，對爆破物品管控較嚴(yán)，同時，禁止爆破施工作業(yè)。建設(shè)單位針對上述情況，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)攸h委政府及相關(guān)部門溝通聯(lián)系，得到他們的理解和支持，使工程得到順利推進(jìn)。

［1］楊超先.緬甸電源電站引水隧洞不穩(wěn)定圍巖施工技術(shù)［J］.西北水電，2011(5).

［2］李坤，佘成學(xué).灌漿節(jié)理的剪切特性和剪切蠕變特性試驗(yàn)［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2011(4).