古城水電站千枚巖大塌方段施工處理技術(shù)

汪 龍

(四川華能涪江水電有限責任公司，四川 成都 622550)

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古城水電站千枚巖大塌方段施工處理技術(shù)

汪 龍

(四川華能涪江水電有限責任公司，四川 成都 622550)

結(jié)合古城水電站的工程概況，分析了該水電站發(fā)生變形塌方事故的原因，主要闡述了塌方影響段及塌方段的處理方案，指出大管棚技術(shù)應(yīng)用于軟弱地質(zhì)隧道工程中具有一定的優(yōu)越性。

水電站，塌方，大管棚，千枚巖

1 工程概況

古城水電站位于四川省平武縣境內(nèi)的涪江上游干流上，是涪江上游干流水電梯級開發(fā)的第二級，為低閘引水式電站。引水系統(tǒng)由進水口、有壓引水隧洞、調(diào)壓室及壓力管道等組成。有壓引水隧洞布置于左岸山體中，全長6 998 m，平均縱坡i=3.25‰，引水隧洞斷面為圓形，內(nèi)徑9.5 m，全斷面開挖斷面為90 m2～103 m2，全線采用鋼筋混凝土襯砌和固結(jié)灌漿的支護方式，Ⅲ2類和Ⅳ類圍巖洞段襯砌厚40 cm，Ⅴ類圍巖洞段襯砌厚80 cm。最大引用流量247.04 m3/s。

2 變形塌方情況

古城水電站引水隧洞工程分為上下兩層臺階開挖，先進行上臺階(中心線下1 m)開挖，上斷面開挖面積為55 m2，在貫通面開挖進行擴挖下層。

2012年7月下旬，古城水電站引水隧洞上斷面已全部貫通，已進入下斷面開挖，襯砌跟進階段，為防止上斷面鋼支撐出現(xiàn)變形，施工方案為下斷面開挖不得超過襯砌進度150 m，并且為上斷面鋼支撐預(yù)留2 m保護層。

7月22日晚上20:10樁號K2+765～K2+773段14榀靠山側(cè)拱架出現(xiàn)底腳脫離巖石面，隨后樁號K2+773～K2+785段12榀靠 山側(cè)拱架及巖石逐漸自下而上開始垮塌至頂拱120°位置，邊墻垮塌2 m～3 m，頂拱垮塌1 m，同時巖石空腔中出現(xiàn)較大滲水。

晚上22:30自樁號K2+785向K2+734段持續(xù)發(fā)生大面積垮塌，將該段斷面通道完全堵塞，巖石中出現(xiàn)大面積滲水，塌方段長度約51 m(K2+734～K2+785,Ⅳ類圍巖)，左邊墻向隧洞中心塌入2 m～4 m，頂拱塌腔最高在20 m以上，形成一個反漏斗，K2+722～K2+734已完成襯砌鋼筋制安段鋼筋被砸變形嚴重，坍塌松方超過12 000 m3。

3 塌方原因分析

該段地質(zhì)情況較差，巖石處于富水區(qū)滲水嚴重段，且近期持續(xù)降雨，下斷面已施工未襯砌段拱架橫向無法受力，千枚巖長期受滲水影響，已經(jīng)形成泥化狀，導致巖石膨脹使拱架自底腳向上鼓出巖石面，造成巖石不穩(wěn)定，出現(xiàn)了垮塌現(xiàn)象。

4 塌方影響段的處理方案

隧洞K2+785～K2+872只進行了上斷面的開挖，在塌方后該段出現(xiàn)鋼支撐底腳變形，錨噴脫落等情況，我們將該段稱為塌方影響段。

塌方穩(wěn)定后，開始對塌方影響段K2+785～K2+872采用加設(shè)“安全錨桿”方式進行加固處理，安全錨桿分別采用長度6 m，直徑28 mm和長度9 m，直徑32 mm的螺紋鋼。

同時對該段鋼支撐的底腳增設(shè)兩根長度6 m，直徑28 mm的錨桿進行底腳加固處理，防止鋼支撐底腳變形造成隧洞頂拱受力失穩(wěn)。然后對該段鋼支撐的底腳用螺紋鋼相連接，對底腳用混凝土進行澆筑包裹，形成以隧洞為中心左右兩條鋼筋混凝土梁，有效的保障了該影響段鋼支撐的受力穩(wěn)定。

5 K2+734～K2+785塌方段的處理方案

從上下游塌方的情況看我們將整個塌方分為三段來進行處理，K2+734～K2+746和K2+768.5～K2+785頂拱大面積坍塌，主要為松渣堆積體。K2+746～K2+768.5為主塌方段，頂拱坍塌較高。清理原則是先將上斷面的塌方清理完成，鋼支撐跟進，待塌方段全部清理貫通后再反清下斷面。

K2+768.5～K2+785塌方段處理：對于塌方段頂部出現(xiàn)塌空的部位采用先清除部分石碴后，直接在碴體進行封端，埋設(shè)泵管，澆筑混凝土的方式對塌方空腔進行回填，待混凝土強度達到后再進行二次開挖、支護。

混凝土采用拌合站集中攪拌，C35混凝土回填塌方段兩側(cè)邊墻及頂拱空腔，前期混凝土頂拱空腔回填澆筑厚度3 m，兩側(cè)邊墻空腔回填密實。待該段塌方段空腔混凝土終凝后，進行二次開挖施工，采取“短進尺，弱爆破”，每循環(huán)進尺控制在0.5 m～1 m范圍內(nèi)，確保已澆筑段混凝土穩(wěn)定。以K2+785樁號起，進行錨網(wǎng)噴及Ⅰ18型鋼鋼支撐聯(lián)合加強支護，每循環(huán)支立兩榀。K2+785樁號位置采用雙榀型鋼合并焊接而成，其余型鋼鋼支撐榀間間距0.3 m。環(huán)向連接筋φ28 mm@0.3 m，L=1 m，焊接牢固；鎖腳錨桿φ28 mm，L=4.5 m，每榀8根；系統(tǒng)錨桿φ28 mm@1 m，L=6 m；全斷面掛φ8@15 cm×15 cm鋼筋網(wǎng)；噴射C20混凝土，厚度以覆蓋工字鋼為準。

K2+746～K2+768.5塌方段處理：塌方段堆積碴體已經(jīng)將整個斷面封閉，為防止繼續(xù)出碴造成塌方空腔擴大及影響已支護處理塌方段，確保施工安全，根據(jù)此狀況，利用小管棚提供工作凈空面，采用全鋼套管跟進長管棚法施工的方式進行塌方處理長管棚施工完成后再進行二次開挖、支護。

利用小管棚主要是提供凈空面，創(chuàng)造大管棚施工條件，為開挖管棚施工平臺及導向平臺施工做準備。

采用YXZ50型錨固鉆機擴孔及單偏心DP108低風壓型潛孔錘跟管鉆具作為鉆孔、擴孔的主要配套機具；YXZ50型錨固鉆機為電動機械式潛孔沖擊式鉆機。

根據(jù)該塌方段圍巖情況，采用D108×6熱無縫鋼花管作管棚，即直徑108 mm，壁厚6 mm。每環(huán)孔從頂拱開始布設(shè)，除頂拱布設(shè)1個，兩側(cè)分別按30 cm間距布設(shè)。布置范圍為頂拱120°，共計40孔，每孔管棚長度為21 m，鋼套管分節(jié)長度為1.5 m，兩節(jié)套管間采用內(nèi)車絲扣方式連接。鋼套管跟進長度為14節(jié)1.5 m，并視具體情況進行加長。

跟進現(xiàn)場實際情況，管棚長度L=21 m(14根×1.5 m/根)，兩節(jié)管棚間采用內(nèi)車絲扣方式連接，在保證孔口段1.5 m為實管的條件下，其他段為花管，出漿孔直徑為15 mm，梅花形布置，間距15 cm×15 cm。

灌漿前首先素噴15 cm混凝土將塌方渣體封閉，防止漏漿。灌漿分兩次進行，即第一次是編號為單孔的孔位進行注漿，第二次是編號為雙號的孔位進行注漿。灌漿由隧洞左側(cè)部分(順水流方向)開始分序施工，Ⅰ序孔灌漿壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力控制在0.8 MPa以內(nèi)，水灰比采用1∶1和0.5∶0兩級。如灌漿過程中出現(xiàn)無法升壓情況，采取間歇式方式進行灌漿，原則上無法升壓情況單次灌漿水泥不超過1 t，間歇待凝、洗管。

灌漿凝固后進行短進尺開挖，每0.5 m支立一榀鋼支撐，鋼支撐底腳安設(shè)托梁，并將鋼支撐與管棚相連，形成末端固定的懸架鋼管，在開挖過程中證明灌漿填充鋼管及渣體空間，相臨的管孔能夠滲透連接，形成天幕式的管棚結(jié)構(gòu)，在清理塌渣時大管棚可以擋住頂拱的渣體，降低了處理的安全風險，同時加快了處理速度，避免出現(xiàn)欠挖的情況。

K2+734～K2+746塌方段處理：

通過主塌方后，因上斷面基本封閉，K2+734～K2+746段主要是處理邊墻變形和清理砸壞的襯砌鋼筋，該段已經(jīng)全斷面開挖完成，上斷面的鋼支撐變形主要是底腳松動向洞軸線擠壓，在不占襯砌斷面的情況下，從隧洞底部向上斷面澆筑一個混凝土墻至鋼支撐底腳，同時對砸壞的襯砌鋼筋進行更換。

6 效果與體會

從坍體開挖的整個過程看,大管棚處理在塌方應(yīng)該說還比較成功的。開挖過程可看出,壓漿后松散體除局部塑性較大、較密實的粘土未膠結(jié)外,絕大部分松散體都已固結(jié)。開挖施工亦比較順利,未曾發(fā)生任何事故；2015年古城電站在運行發(fā)電近兩年后，對隧洞進行放空檢查，該塌方段未見任何異常。

由此可見,在一些軟弱地質(zhì)隧道在塌方應(yīng)用大管棚處理，無論在安全,還是進度、經(jīng)濟上都有傳統(tǒng)法不可相比的優(yōu)越性。

[1] 鐘桂彤.鐵路隧道[M].北京:中國鐵道出版社，1990.

Construction processing technologies of phyllite collapse section of Gucheng hydropower station

Wang Long

(SichuanHuanengFujiangHydropowerCo.,Ltd,Chengdu622550,China)

Combining with Gucheng hydropower station engineering conditions, the paper analyzes the hydropower station deformation and collapse accident occurring causes, mainly describes the collapse influencing section and collapse section processing schemes, and finally points out that: there is certain priority in applying large pipe-shed technology in soft geological tunnel engineering.

hydropower station, collapse, large pipe-shed, phyllite

1009-6825(2016)18-0161-02

2016-04-20

汪 龍(1982- )，男，工程師

U458

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