孫近福

(遼寧省湯河水庫管理局,遼寧 遼陽 111000)

1 工程概述

金窩水電站位于大渡河中游右岸支流喇嘛溝河段上，地處四川省雅安市石棉縣，該電站是田灣河水力資源梯級開發(fā)中的第三級，是一座引水式電站。電站裝機2臺，單機容量140 MW，總裝機容量280kW[1]。該水工隧洞開挖斷面呈馬蹄形，開挖尺寸為4.40×6.20 m。隧洞軸線方向為S83°55ˊ33"E，垂直埋深160-600 m，巖性為二疊系上統(tǒng)淺變質云母石英巖片巖，呈中厚層狀，巖層產狀為EW/S∠65°-N80°W/SW∠70°。其中層面裂隙除外，主要發(fā)育3組構造裂隙：①N10°E/NW∠72°-75°；②N20°E/SE∠85°-75°；③SN/E∠25°。該段洞線與地層呈小角度相交，巖石較新鮮，但受層面裂隙及構造裂隙的切割，巖體多為中厚層狀一鑲嵌結構，圍巖以Ⅲ類為主，Ⅳ類次之[2]。

2 塌方情況描述

引水隧洞開挖至7+363時，頂拱出現(xiàn)一斷層，斷層周邊巖體破碎，受地下水影響(掌子面出水量達2700-2000 m3/h)，在斷層揭露后，斷層中先有呈泥夾石狀的散體物流出，隨后邊頂拱及掌子面塌方、掉塊現(xiàn)象十分嚴重。在塌方初期，我部對塌方體進行了清運，由于塌方處涌水較大，塌方越來越頻繁，塊體越來越大，單塊達4 m3以上，頂拱及右側邊墻塌落高度及深度達15 m左右的空腔，形式如圖一所示，并造成3榀鋼支撐被砸壞[3]。為確保施工安全及避免塌方塊體對支護段造成更大破壞，首先對已支護段鋼支撐進行加固處理，并在右側開挖一導洞進行排水?？紤]到該段巖體裂隙發(fā)育，巖塊間夾泥，受水流沖刷后，結構松散。對塌方段采用管棚超前支護的施工措施[4]。

3 處理措施

結合引水隧洞塌方情況，對塌方段按以下步驟進行處理：①對塌方體進行裝運，查明塌方段具體情況；②增加Φ25，L=3.5m的隨機錨桿對引7+363-7+390段鋼支撐進行加固，噴C20混凝土對鋼支撐及掌子面塌方體進行封閉(包括由于塌方造成鋼支撐侵占斷面的部位)，防止掌子面塌方范圍進一步擴大；③沿著水流，良好的巖體位置，斜向上由右側邊墻打一導洞至右側掌子面，以此方法導排滲水，導洞尺寸為寬2×2m，依據(jù)圍巖具體情況采取錨桿、管棚、鋼支撐等方式支護同時對空腔進行回填，保證施工安全[5]；④在掌子面涌水減小后，對塌方空腔用C20混凝土進行回填；⑤采用管棚支護，對塌方巖體進行固結；⑥視灌漿效果，在塌方體進行開挖清運前，應對相鄰已支護段增設鋼支撐及錨桿進行加固處理，鋼支撐跟進支護，同時噴C20混凝土對掌子面及時進行封閉；⑦在第一個塌方段完成施工后，首先鉆孔并且預埋灌漿導管，加固邊墻保證穩(wěn)定，下一循環(huán)按同種施工方法進行施工，采取0.5m間距的鋼架進行支撐，架立鋼支撐前，應噴射C20混凝土對掌子面進行封閉噴層厚度為10 cm；⑧上述工序完成后，根據(jù)圍巖情況選用Φ25，L=5 m錨桿進行超前支護，錨桿間距范圍為0.4 -0.5 m，同時完成鋼架支撐，間距0.5 m，同類型巖石情況均采取該方法。⑨在進行塌方段引水隧洞永久襯砌前，應對塌方段邊頂拱進行固結，再將侵占設計斷面的鋼支撐進行拆除；⑩導水洞在引水隧洞襯砌前，利用φ530 mm鋼管(配相應蝶閥)將水引出，并根據(jù)需要埋設灌漿管，再對導洞采用C20混凝土回填及灌漿處理。

4 施工方法

4.1 塌方體清運

由于塌方段滲水量較大，在洞內積成泥石流狀，對此我方采用ZL50裝載機配合一輛20 t自卸車及兩輛10 t自卸車對塌方體進行了裝運，渣料運至蝶閥室交通洞洞外渣場。

4.2 噴混凝土

采用干噴機進行噴射作業(yè)，混凝土在蝶閥室交通洞外進行拌制，采用ZL50裝載機運料。由于洞內積水較深，為方便施工，在洞內搭設鋼架平臺放置噴射機，直接用裝載機料斗堆放噴射料。

4.3 錨桿施工

首先采用手風鉆(YT28型)進行造孔，然后進行錨桿安裝，錨桿使用的藥卷浸水約2.5min，插至孔底，并且及時將錨桿插入，進行攪拌約30-60s。

4.4 鋼支撐施工

鋼支撐根據(jù)斷面尺寸分段制作，頂拱分1段，左右邊墻各1段(邊墻鋼支撐根據(jù)實際情況現(xiàn)場切割，待底部堆渣清理完成后再延長至底板)。鋼支撐采用h=20cm工字鋼制作而成，鋼支撐的定位利用錨桿進行，可將鋼支撐調整合適后焊在錨桿上。鋼支撐段間拼裝采用焊接形式，接頭先行對焊，然后在腹板兩側、下翼緣綁焊Φ25鋼筋加強。

4.5 開挖

在進行塌方體清理時，可采用裝載機配合人工進行開挖，若需爆破，應嚴格控制裝藥量，降低爆破振動影響。在進行全斷面開挖時，爆破鉆孔深度不超過1m，單段起爆藥量不超過7kg。開挖渣料用ZL50裝載機在4#支洞與主洞相交處裝20t自卸汽車運往洞外渣場。對于導水洞，在鉆爆后人工利用鋤頭、鍬進行扒渣，將石渣扒至主洞內，再采用ZL50裝載機裝運至洞外渣場[6]。

4.6 導水洞安全支護

導水洞開挖應視圍巖情況采用鋼管棚、h=20 cm的鋼支撐、Φ25，L=2 m或1.5 m錨桿進行支護。由于導水洞涌水量較大，無法噴混凝土對圍巖及鋼支撐進行封閉，在鋼管棚上鋪設木材，鋼支撐利用鋼筋及型鋼進行加固，同時在鋼支撐外圍采用塊石進行填充，以減少頂部巖石塌方對鋼拱架的沖擊。

4.7 空腔混凝土回填

在塌腔內沿軸線方向預埋2根φ125 mm泵管，泵管埋設盡可能貼近塌腔頂部，并根據(jù)需要埋設灌漿管，為增強回填混凝土的承載力，在空腔內放置一些工字鋼及鋼筋，堆渣與頂部空腔采用木模進行封堵?；炷敛捎肑DY350攪拌機現(xiàn)場拌制，人工上料，利用HB-80混凝土輸送泵入倉，由于空腔內無法振搗，混凝土采用C20一級配[7]。

4.8 管棚及邊頂拱固結灌漿

管棚布置在隧洞頂拱150度范圍內，用地質鉆機鉆孔，孔徑為130 mm，孔間距0.4 m，然后采用偏心鉆向鉆孔內壓入鋼管而形成鋼管群體。為增加鋼管的剛度，向鋼管內插入鋼筋并注入水泥漿，鋼管采用ф114×10熱軋無縫鋼管。示意圖見圖1。

圖1 管棚布孔示意圖

4.8.1 施工工藝

塌方段管棚施工的工藝流程如圖2所示。

圖2施工工藝示意圖

4.8.2 測放孔位

按設計要求與結合現(xiàn)場實際情況測放孔位。

4.8.3 管架平臺搭設

1)搭設的架管平臺要有足夠的強度，平臺應滿足鉆機施工的需要。

2)分層搭設頂拱的平臺，確保鉆機有足夠使用空間。

4.8.4 鉆機就位

牢固安放好鉆機的位置，確保管棚的質量。

1)鉆機安裝保證位置準確、平穩(wěn)固定。

2)試運轉鉆機，校核開孔鉆具軸線和開孔角度。應卡牢鉆機，然后緊固螺桿。

4.8.5 鉆孔及跟管

4.8.5.1 鉆孔基本技術參數(shù)

1)孔徑：直徑130mm或114mm。

2)開孔角度：處于由隧道半徑和隧道中心線所構成的平面內，且向外呈發(fā)射狀與隧洞中心線呈5。-10。的夾角。

3)孔深：根據(jù)實際地質情況進行鉆進，孔深3-9m。

4.8.5.2 鉆孔及跟管

采用回轉跟管鉆進，此方法適用于巖體破碎，坍孔、卡鉆現(xiàn)象嚴重的洞段[8]。

1)設備：300型地質鉆機。

2)機具：ф114合金鉆頭，ф130合金鉆頭。

3)鉆進方法：先用ф130釬頭超前鉆進掏孔，再采用ф114合金鉆頭邊回轉鉆進邊跟管。

4.8.5.3 套管

1)ф114熱軋無縫鋼管，壁厚10mm，長度1.5m。

2)鋼管管身設置ф8 mm間距20cm呈梅花形布置的出漿孔。

4.8.6 注漿

1)鋼筋束下入結束后，即可通過導管中的插入的注漿管進行注漿。

2)設備機具：100/3.5砂漿泵，100/10灌漿泵3SNS。

3)漿液材料：不低于32.5的普通硅酸鹽水泥，為防止?jié){液流串過遠，造成大量的漿液浪費，可摻入漿液量0.5%-3%的水玻璃、適量液體速凝劑和細砂。

4)漿液水灰比：1:1、0.5:1(重量比)。

5)注漿壓力：0.5-1.2MPa。

6)注漿操作：先用1∶1稀漿濕潤灌漿通道后，換用0.5∶1濃漿間歇灌注。注入率小于5L/min時持續(xù)灌注10min即可結束。

4.8.7 管棚頂部及邊墻灌漿

利用混凝土回填預埋的灌漿管對上部墟渣進行固結灌漿，對于邊墻部位可采用手風鉆鉆孔埋設灌管，孔深3m。灌漿采用P.O.32.5水泥，水灰比為0.5:1，并摻入漿液量0.5%-3%的水玻璃及適量液體速凝劑。

4.8.8 下鋼筋

在完成管棚注漿結束前，在管內插入ф32鋼筋采用濃漿進行封孔。

4.9 鋼支撐拆除

頂拱進行鉆孔，孔徑50mm，孔深4m，埋設孔口管對圍巖進行固結灌漿，待7天強度后才能進行鋼支撐拆除。首先將鋼支撐覆蓋的混凝土人工鑿除，再將侵占斷面的鋼支撐用電焊或氣焊割除。

4.10 導水洞封堵

導水洞內φ530mm排水鋼管分節(jié)在導洞內進行組裝，接頭采用膠皮綁扎連接，在進行導流前，應根據(jù)洞內垮塌情況在高處埋設φ48mm回填灌漿管及排氣管。之后在鋼管接頭兩端采用編織帶裝噴混凝土料搭設圍堰作為兩端模板(里側圍堰應搭至拱頂)，再進行水下混凝土澆筑，使水完成通過排水鋼管引出。導水洞采用分段進行封堵，每段長度不大于10m，并分段埋設灌漿管及排氣管，對已澆筑段上部空腔進行回填灌漿，最后在導水洞出口所處倉位襯砌時，先將排水管閥門關閉，再進行該段混凝土襯砌[9]。

5 施工安全措施

1)塌方段結構斷面內施工時設專人觀察安全，一經發(fā)現(xiàn)不安全狀況，馬上通知人員撤離。

2)施工現(xiàn)場做好照明工作，使施工人員能對現(xiàn)場狀況能夠清楚地觀察。

3)開挖時嚴格控制循環(huán)進尺，堅持分部開挖及支護，并注意觀察。

4)為避免掌子面出現(xiàn)塌滑，要求對掌子面及時進行噴混凝土封閉。

5)由技術人員對施工人員進行技術交底，使其清楚施工程序、施工方法、注意事項。

6)每道工序實施后由現(xiàn)場管理人員進行檢查，合格后方可進行下一道工序。

7)嚴禁強令冒險作業(yè)和違章作業(yè)。

6 結 語

隧洞施工受復雜地質情況影響，時常遇到塌方事故。若發(fā)生坍塌事故，首先對周邊位置采取必要加固措施，放置塌方繼續(xù)進行，確保一個安全的工作環(huán)境。與此同時，應及時組織人員對塌方事故進行調查，確定造成塌方的原因，塌方位置巖石的性質，地質情況及地下水的情況，根據(jù)調查過程得出造成塌方的原因，及時制定出可行的塌方處理方案。本次引水隧洞塌方處理所采用的管棚超前支護方案，取得了良好的處理效果，確保了后期工程的順利進行。

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