祁向明，唐平康

(四川鹽源甲米河水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川鹽源，615700)

1 工程概況

甲米河一級(jí)水電站取水樞紐位于鹽源縣鹽塘河(甲米河段)甲米村上游5.3km的手爬巖，距縣城約54.7km，為鹽塘河干流甲米河段梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第一梯級(jí)，其下游為甲米河二級(jí)水電站。工程開(kāi)發(fā)的主要任務(wù)是發(fā)電，兼顧下游減水河段生態(tài)環(huán)境用水要求。

甲米河一級(jí)水電站系具日調(diào)節(jié)功能的引水式電站，裝機(jī)3×12MW，多年平均發(fā)電量15509萬(wàn)kW·h。電站工程為Ⅳ等小(一)型工程，由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成。

引水隧洞布置于河道右岸，隧洞全長(zhǎng)11059m(至調(diào)壓井中心)，首端底板高程2146.65m，末端底板高程2127.57m，隧洞設(shè)計(jì)縱坡為1.725‰;隧洞斷面為馬蹄形，開(kāi)挖直徑上半圓為6.2m，下半部分側(cè)拱半徑為6.2m，圓心角30°，底部為平底，底寬4.36m。引水隧洞設(shè)置5個(gè)施工支洞，施工支洞單工作面控制長(zhǎng)度為1.0km～1.5km。

工程區(qū)位于橫斷山脈北西側(cè)雅礱江右岸鹽塘河甲米河段，屬川西南山地褶皺高山、峽谷地貌。區(qū)內(nèi)出露地層有二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖和二疊系樂(lè)平組，三疊系下統(tǒng)青天堡組、中統(tǒng)鹽塘組、白山組、下博大組和上中博大并組，第四系殘坡積層。

與本工程密切相關(guān)的較大斷裂有查瓦甲米斷裂和麥架坪斷裂。其中，甲米斷裂為南北向構(gòu)造，出露長(zhǎng)32km，傾向E，傾角60°～70°。該斷層軸線與本工程近于平行，與引水隧洞、壩址相距3km～7km，與廠區(qū)相距約7km;麥架坪斷裂為南東向，出露長(zhǎng) 42km，走向 N40°～50°E，傾角 60°～70°，斷層的伴生成分以南北、東西兩組扭節(jié)理常見(jiàn)。該斷層軸線距本工程壩址區(qū)約12km，距廠區(qū)約1.3km。

引水隧洞位于鹽塘河甲米段右岸，引水隧洞Ⅲ類圍巖占12.1%，Ⅳ類圍巖占50.6%，Ⅴ類圍巖占37.2%。

2 災(zāi)害情況及原因分析

2.1 涌水和塌方情況

引水隧洞樁號(hào)1+597m～1+590m在開(kāi)挖時(shí)出現(xiàn)多處點(diǎn)狀和線狀滲水，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員查看后決定打排水孔引排，對(duì)已變形鋼筋格柵拱架進(jìn)行加強(qiáng)錨桿加固。由于當(dāng)時(shí)未完全了解掌子面情況，加固措施僅為常規(guī)支護(hù)，因此加固后不久發(fā)生流量約為600m3/h的涌水(后在清理石碴過(guò)程中發(fā)現(xiàn)下游1+553m樁號(hào)右側(cè)頂拱塌陷形成一孔洞)，同時(shí)涌出大量直徑小于5cm的小顆粒石碴，從掌子面開(kāi)始逐漸向上游堆積，涌水很快將引水隧洞1#支洞及其上、下游工作面淹沒(méi)。

涌水出現(xiàn)后立即暫停了洞挖施工，增加排水泵和排水管線全力抽排，3周后涌水逐漸減小至150m3/h。洞內(nèi)施工通道恢復(fù)后，開(kāi)始下游塌方石碴的清理，當(dāng)清理至樁號(hào)1+553m部位，右側(cè)頂拱出露直徑約1.8m孔洞，從孔洞內(nèi)滑落的石碴在40min內(nèi)堆積約300m3。塌方石碴粒徑小于10cm，多為破碎狀灰?guī)r。

2.2 原因分析

涌水、塌方洞段圍巖為三迭系中統(tǒng)鹽塘組(T2y)，巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，夾泥質(zhì)灰?guī)r。砂巖具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，巖屑成份為石英、長(zhǎng)石、巖屑、云母等，少量有機(jī)質(zhì)碎片?；?guī)r具細(xì)晶結(jié)構(gòu)，巖石成份以方解石為主，含有白云石及少量黃鐵礦，自生石英，自生長(zhǎng)石和泥質(zhì)，巖層產(chǎn)狀為115°∠58°。凡波拉達(dá)溝為常年流水沖溝，位于本次涌水、塌方洞段東北側(cè)，受構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育，巖體完整性差。塌方段雖已穿過(guò)沖溝，但離溝底不遠(yuǎn)，仍在沖溝匯集地表水及地下水的范圍，裂隙水的補(bǔ)給源是分水嶺地段的地下水及沖溝匯集兩側(cè)地表水的入滲。經(jīng)組織省內(nèi)知名水工、地質(zhì)和施工等專業(yè)的專家組認(rèn)真調(diào)查與分析，認(rèn)為本次涌水、塌方事故發(fā)生的主要原因?yàn)閻毫拥乃牡刭|(zhì)環(huán)境。

3 處置方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，參建各方經(jīng)討論提出了三個(gè)處置方案:①采取管棚+鋼支撐強(qiáng)行通過(guò)(簡(jiǎn)稱“強(qiáng)行通過(guò)方案”);②隧洞向山體內(nèi)側(cè)改線;③隧洞向山體外側(cè)改線(見(jiàn)圖1)。

圖1 三種方案平面布置示意

3.1 強(qiáng)行通過(guò)方案

采用φ108mm@400L=15m注漿管棚、I22工字鋼間距400mm鋼拱架支撐，開(kāi)挖采用上下半洞分臺(tái)階中部留核心土的方法開(kāi)挖。

3.1.1 支護(hù)措施

小導(dǎo)管(灌漿管)+開(kāi)口斷面擴(kuò)挖+大管棚+壓漿固結(jié)

首先在掌子面封閉壓漿，固結(jié)松軟的淤碴，使其成為整體，為管棚提供支撐，給超前措施提供必要的條件。

在此采用密排大管棚，形成棚狀支撐體，同時(shí)注漿導(dǎo)管施工完后采用純水泥漿液對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，局部地下水較大可注水泥——水玻璃漿液，在管內(nèi)雙液注漿可以達(dá)到管、巖體與水泥、水玻璃之間的相互咬合，從而使其融為一體，形成強(qiáng)有力的管棚超前支護(hù)，可以有效地防止突泥、突水甚至坍塌。具體措施如下(見(jiàn)圖2):

(1)在1+545.0mⅣ類圍巖處擴(kuò)挖至Ⅴ類圍巖斷面并進(jìn)行鋼拱架加固;

(2)在淤碴表面上噴C20混凝土全面封閉加固，厚度為20cm;

(3)在拱頂采用注漿大管棚固結(jié)。管棚施工斷面向外擴(kuò)挖40cm，用Φ108mm大管棚注漿加固，管長(zhǎng)15m，環(huán)向間距40cm，兩排管棚之間搭接長(zhǎng)度為2.5m，管棚呈5°～10°仰角打入;

(4)在拱頂大管棚間隙內(nèi)采用注漿小導(dǎo)管加密固結(jié)。小導(dǎo)管布置在兩根Φ108mm鋼管之間，φ42mmL=6m，環(huán)向間距40cm，小導(dǎo)管呈45°仰角打入。注漿水灰比為1∶0.7，水玻璃∶水泥為1∶0.55;

(5)第一排管棚和加密小導(dǎo)管施工完畢后，施工管棚起始端I22工字鋼拱架，間距40cm，與管棚起始端焊接成整體。后續(xù)施工的工字鋼拱架之間采用［10槽鋼連接，間距100cm。每榀工字鋼拱架布置13Φ25mmL=4.5m鎖腳錨桿;

(6)全斷面布設(shè)Φ50mmL=3m花管排水管，間排距為2.5m×2.5m，涌水集中處適當(dāng)加密。排水管需在灌漿完成后實(shí)施，并滯后灌漿工作面一個(gè)循環(huán)。

3.1.2 開(kāi)挖措施

開(kāi)挖采用上下半洞分臺(tái)階中部留核心土的方法開(kāi)挖，每次進(jìn)尺不超過(guò)1m，鋼支撐緊跟開(kāi)挖掌子面。上半洞開(kāi)挖3m后下臺(tái)階及時(shí)跟進(jìn)，下半洞工字鋼拱架施工后跟進(jìn)澆筑700×400C20混凝土地基梁。

3.1.3 工期分析

根據(jù)類似項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，管棚每段施工時(shí)間15天，第一段管棚施工準(zhǔn)備7天，涌水(涌碴)段共計(jì)4段管棚，共需67天;開(kāi)挖及支護(hù)每天完成1個(gè)循環(huán)(半洞1.0m)，完成1段管棚開(kāi)挖支護(hù)需18天，累計(jì)施工時(shí)長(zhǎng)139天。

3.1.4 投資分析

強(qiáng)行通過(guò)方案需要增加鋼支撐及其附件、大管棚、小導(dǎo)管、管棚灌漿、錨桿、噴混凝土和塌方體開(kāi)挖等工程量(詳見(jiàn)表1)。按估算工程量計(jì)算，預(yù)計(jì)將增加投資383萬(wàn)元。

表1 強(qiáng)行通過(guò)方案主要工程量

3.2 向山體內(nèi)側(cè)改線方案

向山體內(nèi)側(cè)改線起點(diǎn)樁號(hào)為1+499.279m，末端樁號(hào)1+868.27m，長(zhǎng)度為368.99m，與原設(shè)計(jì)線路相比增長(zhǎng)42.9m。加上已開(kāi)挖報(bào)廢洞段97.72m，新線路與原線路交叉長(zhǎng)度11.95m，需要全斷面重新開(kāi)挖長(zhǎng)度為128.67m(見(jiàn)圖1)。

3.2.1 支護(hù)措施

(1)新線路開(kāi)口前，先對(duì)交叉口部位前后5m原洞段進(jìn)行加固。加固措施為:鋼筋格柵拱架@500+掛鋼筋網(wǎng)(φ6.5@200×200)+錨桿 Φ25L=4.5m@1000×1000;

(2)新線路開(kāi)口前，在開(kāi)口輪廓線外0.5m布置兩圈鎖口錨桿Φ25L=3m@1000×1000;

(3)新線路開(kāi)口后，新洞按照Ⅴ類圍巖加強(qiáng)支護(hù)，即采用鋼筋格柵拱架@500+掛鋼筋網(wǎng)(φ6.5@200×200)+錨桿Φ25L=4.5m@1000×1000+C20噴混凝土20cm厚。并在頂拱布置超前注漿小導(dǎo)管φ42L=4.5m，相鄰兩圈超前小導(dǎo)管之間搭接長(zhǎng)度不小于1m;

(4)在頂拱打φ50mm排水孔，入巖深度3m，間排距為@2000mm×2000mm，對(duì)有滲水部位布置隨機(jī)排水孔，所有排水孔內(nèi)埋設(shè)0.5m長(zhǎng)φ48mm排水管。

3.2.2 開(kāi)挖措施

(1)進(jìn)洞10m范圍采用“先上半洞后下半洞、短進(jìn)尺、弱爆破”的原則進(jìn)行開(kāi)挖，上半洞開(kāi)挖每茬炮進(jìn)尺控制在0.5m，支護(hù)緊跟到掌子面。上半洞3m完成開(kāi)挖支護(hù)后及時(shí)對(duì)下半洞跟進(jìn)開(kāi)挖。下半洞每茬炮進(jìn)尺控制在1m，支護(hù)緊跟到掌子面，并做好與上半洞支護(hù)的搭接;

(2)完成進(jìn)洞口10m范圍開(kāi)挖后，采用全斷面開(kāi)挖，每茬炮進(jìn)尺不大于1m。

3.2.3 工期分析

新老線路交叉段擴(kuò)挖及支護(hù)工程量小，11.95m長(zhǎng)度擴(kuò)挖及支護(hù)工期按7天計(jì)算。每茬炮進(jìn)尺不大于1m，每天一個(gè)循環(huán)計(jì)算，完成128.67m洞段開(kāi)挖需要129天，故向內(nèi)改線總工期為136天。

3.2.4 投資分析

向內(nèi)改線增加的工程量主要包括:報(bào)廢洞段改線重新開(kāi)挖、支護(hù)和未利用洞段封堵，線路增長(zhǎng)洞段開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌及灌漿，交叉洞段的擴(kuò)挖及未利用斷面混凝土回填等(詳見(jiàn)表2)，根據(jù)向內(nèi)改線增加的工程量估算，投資將增加210萬(wàn)元。

3.3 向山體外側(cè)改線方案

向山體外側(cè)改線起點(diǎn)樁號(hào)為1+499.279m，末端樁號(hào)1+827.398m，長(zhǎng)度為328.12m，與原設(shè)計(jì)線路相比增加2.02m。加上已開(kāi)挖報(bào)廢洞段97.72m，新線路與原線路交叉長(zhǎng)度17.41m，需要全斷面重新開(kāi)挖長(zhǎng)度為82.33m(見(jiàn)圖1)。

表2 向內(nèi)改線方案增加投資分析

3.3.1 支護(hù)措施和開(kāi)挖方案

(1)對(duì)開(kāi)口段前后加固、鎖口、進(jìn)洞超前支護(hù)、系統(tǒng)支護(hù)和排水措施同3.2.1;

(2)開(kāi)挖措施同3.2.3。

3.3.2 工期分析

新老線路交叉段擴(kuò)挖及支護(hù)工程量小，17.41m長(zhǎng)度擴(kuò)挖及支護(hù)工期按10天計(jì)算。重新開(kāi)挖段按照每茬炮進(jìn)尺不大于1m，每天一個(gè)循環(huán)計(jì)算，工期為83天，故向外改線總工期為93天。

表3 向外改線方案增加投資分析

3.3.3 投資分析

向山體外側(cè)改線增加的工程量主要包括:報(bào)廢洞段改線重新開(kāi)挖、支護(hù)和封堵，線路增長(zhǎng)洞段開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌及灌漿，交叉洞段的擴(kuò)挖及未利用斷面混凝土回填等(詳見(jiàn)表3)。根據(jù)向內(nèi)改線增加的工程量估算，投資將增加145萬(wàn)元。

4 結(jié)論

表4 三種處置方案工期、投資對(duì)比

三種方案工期、投資對(duì)比見(jiàn)表4。

經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，引水隧洞1#支洞下游1+545m～1+597m涌水及塌方處置方案，采取隧洞向山體外側(cè)改線的工期和投資最少;與強(qiáng)行通過(guò)相比技術(shù)難度較低，工期可控度高;與向山體內(nèi)側(cè)改線相比重新開(kāi)挖洞段最短，增加的直線工期相對(duì)較短。而且根據(jù)已經(jīng)開(kāi)挖洞段揭露的地質(zhì)條件、涌水點(diǎn)與洞軸線的關(guān)系和涌水來(lái)源等因素綜合判斷，采取向山體外側(cè)改線的方案，報(bào)廢洞段位于新的洞軸線和涌水補(bǔ)給源之間，可起到排水洞的作用，改線后開(kāi)挖過(guò)程中地下水對(duì)隧洞正常施工的影響將有所降低，改線后再次遇到同等規(guī)模涌水的概率也會(huì)相應(yīng)降低。

綜上所述，最終確定選定了向山體外側(cè)改線的方案。

向外改線后成功繞過(guò)了強(qiáng)涌水、易坍塌不良地質(zhì)洞段，通過(guò)方案的實(shí)施驗(yàn)證，證明采取隧洞改線方案是技術(shù)上可行、投資增加較少、工期可控的技術(shù)方案。

〔1〕唐平康．新奧法施工在色爾古水電站破碎圍巖開(kāi)挖施工中的應(yīng)用．四川水利，2010，(3):49～52．

〔2〕羅友兵．甲米一級(jí)水電站引水隧洞線路布置的關(guān)鍵技術(shù)淺析．四川水利，2010，(3):46 ～48．

〔3〕劉乃武 譯．隧洞施工的分析方法．地下空間，1992，(2):167 ～174．

〔4〕朱維申等．復(fù)雜條件下圍巖穩(wěn)定性與巖體動(dòng)態(tài)施工力學(xué)．北京:科學(xué)出版社，1995．7．