精选优质文档-----倾情为你奉上洞松水电站引水隧洞塌方及涌水处理发布时间:2010-11-5 来源:《施工技术与管理》 作者：四川省水利电力工程局 叶明亮 梁 超 曹 军摘 要 本文介绍洞松水电站引水隧洞在开挖掘进中，针对塌方所采取的注浆小管棚处理措施；特别是涌水引起大塌方洞段的超前大管棚结合固结、回填灌浆的处理措施，取得良好效果值得类似隧洞工程塌方处理借鉴关键词 小管棚 超前大管棚 涌水 引水隧洞 塌方 灌浆专心---专注---专业1 概 述1.1 工程概况洞松水电站位于甘孜藏族自治州乡城县硕曲河中下游的香巴拉镇、尼斯乡及洞松乡境内，是硕曲河乡城县河段水能规划“一库五级”中的第四级电站电站装机容量180MW（3×60MW），设计引用流量102.3m3/s，额定水头197m电站为引水式电站，引水隧洞为有压洞，长18084.06m，设计底坡i=0.365%，进口高程2741m，为平底马蹄形Ⅴ类围岩洞段开挖断面52.86m2，C25钢筋混凝土衬砌厚度80cm；Ⅳ类围岩洞段开挖断面46.27m2，C25钢筋混凝土衬砌厚度60cm该工程首部枢纽工程及引水隧洞（桩号0+062～3+000）段由我局于承担施工，总工期2年。
1.2 隧洞工程地质条件硕曲河在乡城～洞松河段属高山宽谷区，河谷相对宽阔，仅近厂区约2km河段地形狭窄，区内山高谷深，岭谷高差1500～2000m以上总体上来说，右岸为近南北向的条形山，左岸以宽缓的冰碛、冰水堆积阶地为主，硕曲河沿右岸山脊坡脚通过，河流呈蛇形弯曲，水流较急，漫滩不发育，两岸零星分布有Ⅰ级河流阶地引水线路所在的右岸，地面高程3250～2740m，相对高差达510m，主要发育有1、2、3号冲沟，展布方向以NE-SW向为主，沟谷中第四系覆盖层较发育，最大厚度达15m左右（拉洼雄沟），沟内均有常年流水其中以2号冲沟——拉洼雄沟切割较深，延伸较长，规模较大，冲沟两侧堆积有较厚的坡洪积物另外，在黑达村对岸存在一个大的弧形岸坡，岸坡前缘为较厚的冰碛、冰水堆积物，岸坡后部为厚度较大的坡残积物引水隧洞主要穿越三叠系上统图姆沟组地层，为深灰色变质砂岩与板岩互层，以薄层泥质、砂质板岩为主，层理、裂隙发育，局部发育软弱结构面，岩体破碎； 局部夹有流纹岩、千枚岩和中基性火山岩及灰岩透镜体；地下水发育引水线路沿线受区域南北向构造控制，地质构造主要表现为南北向的褶皱和断裂，次为北东、北西向的断裂引水线路区内发育规模较大的断层8条，其中区域性大断层有索让断裂（F48）、普鲁边松断裂（F49）、乡城断裂（F50），这三条断裂走向基本与洞轴线平行，破碎带宽度20～80m不等。
隧洞主要傍山通过，侧向埋深180～600m，垂直埋深150～500m，以板岩和变质砂岩为主，岩层陡倾，存在缓倾角结构面，洞顶和洞壁岩体存在沿结构面跨坍的机率大截止2010年9月15日本标段已掘进隧洞围岩分类详见表11.3 主要施工方案1#支洞在主洞1＋978.84m桩号处与主洞相接，支洞进口底板高程2761.8m，与主洞底板交点高程2733.78m，1#支洞全长406.65m，平均纵坡-6.9%，支洞断面4.5×5.3m（宽×高）0＋062～3＋000段引水隧洞施工分三个作业面同时施工，进口工作面承担0+062～0+978.84段隧洞，长度916.84m；1#施工支洞下游作业面施工隧洞1+978.84～3+000段，长度1021.16m；1#施工支洞上游作业面施工隧洞0+978.84～1+978.84段，长度1000.00m表1-1 已掘进隧洞围岩分类表 围岩类别工作面Ⅲ类围岩洞段Ⅳ1类围岩洞段Ⅳ2类围岩洞段Ⅴ类围岩洞段合计隧洞进口395172.4169.67371#支洞上游123.5140347.4610.91#支洞下游119.617.2162328626.8合计119.6535.7474.48451974.7百分比6.1%27.1%24.0%42.8%100%隧洞开挖采用全断面钻爆、周边孔光面爆破，装载机装渣，自卸汽车出渣，小型挖掘机开挖排水沟、处理拱顶安全，循环进尺0.8～1.8m。
Ⅲ类围岩采用喷锚、挂网支护；Ⅳ类围岩在加大喷混凝土厚度、加密锚杆基础上，增加型钢支撑（间距0.8～1.2m）；Ⅴ类围岩采用0.6m型钢支撑，其他支护措施进一步加强2 塌方体处理措施2.1 塌方情况及原因分析在洞松水电站引水隧洞的施工过程中，曾遇多处因地质围岩差而引起的塌方情况，如S0+763、S2+406.5、S2＋538.1、S1+702.6等多处塌方和S1＋350～S1＋423的三次塌方塌方洞段一般遇有断层，岩石为薄层状板岩和千枚岩，与水平面夹角较小，接近平行，坍塌石碴薄层碎块状，部分石块手捏即碎，强度极低加上掌子面有渗水，岩石遇水后风化严重，稳定性极差，故出现坍塌塌方体石碴封闭了掌子面，堆积长度约4～6m，部分顶拱以上形成塌腔，空腔高度2～6m邻近塌方体已支护好的洞段墙拱变形2.2 塌方段处理措施（1）增加护拱,防止进一步变形墙拱变形洞段加钢护拱加强支撑，以防止支护好的洞段继续变形，拱架间用Φ25钢筋焊接，间距50cm，护拱脚用型钢连接，护拱紧贴砼面，用木楔将空隙部分塞紧，塌方处理完后拆除加强支撑护拱；（2）封闭掌子面除部分掌子面少量空隙外，塌方体多将掌子面堆满，伴有间断塌方先对未填满部位用用装载机将石渣辅以人工土袋封闭，并在松散堆积体和土袋上喷C20砼止浆墙，厚度20cm；（3）注浆小管棚施工在顶拱钻超前φ48小管棚，管棚向上倾斜3～5°，长度6m，间距30cm，管棚内注浆，利用管棚灌浆固结松散碴体，管棚注浆完成后，松碴体得到一定固结。
小管棚的布设间距较小，且设有灌浆的小孔，注浆小管棚自身具有一定的承载力，同时水泥注浆通过小管棚的小孔使钢管周边形成一定胶结圈，从而形成上半拱的胶结拱壳，具有较好的自稳能力4）塌方体回填、固结灌浆施工在掌子面顶拱上的坍塌体向上仰角40°～60°打一排φ48小导（花）管5根，长度6m，其中一根作回浆和排气管，对空腔进行回填、固结灌浆部分孔灌浆过程中吸浆量较大，可适当加一定数量的细砂，施灌过程中采用待凝灌浆，并加3%的速凝剂，灌浆压力0.3～0.5MPa，水灰比1:1～0.5：1由于塌方体为泥质粉砂岩，遇水部分已泥化，部分塌方体灌浆吃浆量小，不得不尽量加大灌浆压力，甚至封闭的掌子面不断冒浆仰角导管灌浆结束后，空腔得到一定回填，回浆管返浆后可停止灌浆，并可计算出灌浆高度，是决定下一步开挖是否可行的依据5）塌方体开挖与支护灌浆结束12小时后，利用小管棚作棚架支撑，清除塌方石碴，欠挖部位不能放炮，拱脚不够部位用挖机硬挖或风镐人工凿打开挖进尺60～80cm后，利用已有台车（门架）安装钢支撑，并按Ⅴ类围岩加强支护参数施工，钢支撑采用I18工字钢，尽量贴近掌子面，拱架间采用Φ25钢筋连接，间距均为50cm，与钢拱架焊接牢固。
拱架锁脚锚杆Φ25、L=4.5m，均匀布置在直墙段；顶拱上布置系统锚杆φ25，L=4.5m，间距1.5m；布Φ6.5钢筋网片，@15×15㎝，并满喷C20砼6）墙拱变形段处理措施度过塌方段后，反过来处理变形段，在墙拱变形段顶拱布置φ48灌浆管，长度6m，每个断面布置2个灌浆孔，排距2m，利用φ48灌浆管对变形段进行固结灌浆，位置可适当延长砂浆水灰比2:1、1：1、0.5：1，灌浆压力0.3～0.5Mpa，压力可根据现场情况作适当调整在变形严重钢支撑附近增加Φ25、L=6m的锚杆，锚头与拱架焊牢2.3 实施效果从塌方体开挖揭露水泥的结石和石碴固结情况观查，加固达到预期效果，管棚拱效应较好，能有效地承受来自塌方体上部空腔塌碴带来的冲击，变形也得到了有效控制实践证明,对洞内断层破碎带塌方体采用小管棚注浆加固松碴体,结合回填灌浆和强有力的支护措施，是处理普通塌方的有效手段3 大塌方伴随涌水事故处理3.1 涌水发生情况2009年9月初，在引水隧洞1+654.20桩号掘进工作面处，左拱顶部位（高程约2738m）出现小面积塌方，并伴有小股地下水渗出，立即采取增打排水孔及喷射砼封闭塌方，同时采取工字钢进行支护。
约在3小时后，拱顶位置突然出现较大涌水，造成已经施工小管棚的掌子面塌方涌水水量呈现逐步加大的变化趋势，涌水初期，集水井的水泵排水量仅为250.00m3/h足以排除涌水，并增加排水设备，洞内最高达到了500.m3/h左右的总排水量也未能达到排水要求，最终隧洞全工作面被淹没，涌水从1#支洞洞口自流排出，部分抽排水设备被淹没水中在1#支洞洞口（高程2761.8m）测量自然流出最大水量约为800m3/h～850.m3/h，且受乡城县地处边远山区无法购买水泵及排水管路等因素影响，造成洞内被涌水淹没3.2 实施排水项目部立即组织购买抽水设备进行强排，在经过近1个月的洞内抽排水抢险，洞内积水被排干露出施工工作面，此时排水量长期维持在550.m3/h～600.m3/h3.3大塌方体的处理实施方案左侧掌子面附近已完成支护的工字钢支撑已经产生明显的变形，喷射的砼部分出现裂缝，裂缝中有大量的地下水分多处涌出顶拱出现大面积坍塌，塌方体封闭掌子面，堆积长度约12～20m经业主、设计、监理、施工代表共同讨论研究，其处理方案与施工方法为：（1）对变形洞段加固处理由于涌水已从喷砼支护洞段裂缝间渗出，说明支护砼后面已被水洗空，且S1+666.6～S1+656.2段工字钢棚架产生了变形，已存在安全隐患，应对变形段进行加固处理。
即在原每榀工字钢拱架部位再叠加一榀Ⅰ16工字钢加强支护，因塌方体堆渣必须在掌子面处理完成后方可清除，故该叠加的Ⅰ16工字钢护拱不能一次全面施工，只能采用上、下半拱分别完成，上半拱Ⅰ16工字钢底置于沿洞轴线两边墙分别设置的纵向型钢上（纵向型钢采用Ⅰ18工字钢，固定于Ф48，L=4.5m注浆管棚上），并打10根Ф25，L=4.5m自进式锚杆锁脚（因内部已被水流冲刷掏空，钢筋锁脚锚杆砂浆灌注质量难以得到保证，故采用自进式中空锚杆）型钢间用Ф25钢筋连接，间距50cm，局部出现拉裂缝部位补挂ф6.5@200钢筋网，喷C20砼10cm厚2）引排涌水对地下涌水采取的措施原则是“先引后堵”即在S1+660.0附近左边墙钻设大孔径排水孔，孔深以穿透原喷射砼为宜，将内部积水的压力释放，然后在集中涌水部位布置Ф150钢管多根，钢管的钻进深度以能最大限度引出地下水为宜钢管外接闸阀，闸阀至少能承受40m水头，钢管前段制作成网孔状以利水流能过滤渗出，网孔直径为Ф20@300，前端管口用Ф6.5钢筋作成网状，以防石渣堵塞管道，网格间距40mm排水管的数量以地下水引出不出现射流状为准采用钢管接闸阀的目的是以便度过塌方段后返回来处理、加固此段，一般是采用固结灌浆，灌浆前关闭闸阀，使内外压力平衡，且防止浆液被水流带走。
3）探清拱顶以上松散体在塌方处的顶部用小导管向上探进，主要目的是探明洞顶上面堆渣厚度，如果上部堆渣较厚则可直接采用固结灌浆的处理方式同时在塌方上端钻设Ф100钢管两排用以引水，钢管长4.0m，管距约50cm，穿进位置选在前端原已安装完成的钢拱架退后第二榀，主要布设在拱顶左边上半弧段，减小塌方处理的灌浆难度4）封闭坍塌体增设止浆墙，即塌方处理前用C20喷砼封闭坍塌体，厚度30cm塌体与顶拱结合部位砌砂袋止浆内墙主要目的是增加固结灌浆压力和防止浆液外流5）超前大管棚施工采用Ф127钢管棚布设在上半拱圈位置，管棚施工采用YXZ50A。