溪洛渡水电站渣场交通洞溶洞处理

贾 冬，崔光泽，王 保

（华能西藏发电有限公司，四川 成都 610200）

1 工程概况

金沙江溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界处的金沙江干流上，电站总装机容量12 600 MW。金沙江溪洛渡水电站豆沙溪沟渣场交通洞溶洞段、溶洞过度段总长达482 m，占交通洞总长的65.8%。

根据施工总体布置,豆沙溪沟为电站开挖无用料的堆渣场，渣场堆渣高度达128 m，底高程487 m，顶高程615 m，渣场交通洞布置在豆沙溪沟左岸，全长730 m，进口底板高程440.2 m，出口底板高程520.0 m，隧洞采用圆拱直墙型断面，成型后断面为9.0 m×7.0 m，可利用交通洞作为渣场填筑的施工通道。

交通道在短进尺开挖过程中掉块、跨塌现象严重。且交通洞地底板坡度上仰，底板充填物遇水浸泡变软，施工安全隐患极为突出。施工过程中需适当调整施工程序，采取合理的加强支护措施，确保施工安全及洞室结构的稳定。

2 地质条件

豆沙溪沟处近SN向深切山谷，出露二叠系阳新灰岩和峨眉山玄武岩，两岸山体陡峻，岩体卸荷拉裂普遍，岸坡及河床内崩塌堆积物多。交通洞沿线灰岩出露占交通洞全长的65.8%，溶洞、溶隙出露频繁，有较明显的地下水活动迹象，同时充填大量外来的粘土、泥沙和垮塌块石，滴水、渗水量大。

3 溶洞出露情况

交通洞沿线出现3处较大溶洞，以进洞口为桩号起点，具体分布如下：

第1处溶洞出露段为K0+170 m—K0+220 m，溶洞走向与交通洞轴线基本一致，洞内充填粘土、沙土和孤石，局部地段顶拱揭露新鲜岩石，渗水较多。

第2处溶洞出露段为K0+255 m—K0+275 m，该溶洞入口位于交通洞左侧，呈大型空腔体，可见宽度约30 m；该空腔体断面不规则，顶部悬挂大块钟乳石，底部堆存部分石笋，有滴水从顶部下滴，且空腔内存在大量的块石、砂砾石和堆积物，有较为明显的水流冲刷痕迹，滴水、渗水量大。而交通洞顶拱开挖线上部揭露大量的新鲜破碎岩石，局部区域顶拱存在较小的钟乳石，除左侧溶洞空腔体入口外，其余洞段洞体充填粘土、沙土及块石，开挖后两侧边墙及底板亦为充填物，交通洞顶拱滴水、渗水严重。

第3处溶洞出露段为K0+334 m—K0+634 m，溶洞走向成S型，且与交通洞轴线相近，洞内充填粘土、沙土及孤石，局部洞段底板出现小型天然空腔，K0+598 m—K0+634 m段左侧边墙为空腔体，该空腔体顶部悬挂少量大小不等的钟乳石，可见周边及底部为块石、砂砾石和堆积物，且交通洞顶拱渗水严重。

K0+220 m—K0+255 m、K0+275 m—K0+334 m及K0+634 m—K0+650 m（灰岩区逐渐进入玄武岩区）段为溶隙、溶洞过渡段及影响段，部分洞段存在大量基本与溶洞段相同的充填物，顶拱出露新鲜岩石，但都较为破碎，渗水严重，稳定性差。

4 溶洞段施工措施

溶洞段及过渡影响段在施工中严格遵循“超前支护，分层、分序开挖”及“短进尺（0.5～0.8 m）、弱爆破、轻扰动、紧支护”的原则进行开挖支护。

溶洞段按通用的Ⅴ类围岩要求进行开挖支护，过渡段及影响段亦按Ⅴ类围岩要求进行开挖，Ⅳ类围岩要求支护，同时根据实际情况辅以必要的加固处理措施。

4.1 溶洞段开挖措施

根据溶洞段及过渡影响段洞体充填物的围岩稳定特性，采取以下开挖措施：

溶洞充填沙土、粘土夹孤石洞段，为防止顶拱及掌子面出现大的塌方造成安全隐患，开挖施工使用的台车前端设置钢筋网防护栏，以防坠落孤石滚动造成安全事故。

在下一循环开挖施工前，先在掌子面上部素喷或网喷5 cm厚的C25混凝土，防止掉块伤人及便于施工时进行围岩稳定观测，然后在顶拱区域布置φ25 mm，L=4.5 m，间距35～50 cm超前锚杆（上仰10°左右），超前锚杆杆尾与已开挖段所安装的最后两榀I18钢支撑内外交错焊接，形成钢筋骨架，稳定掌子面岩体。局部洞段顶拱岩体垮塌较大时布置两排超前锚杆，第一排超前锚杆尽可能上仰，与岩石节理面大角度相交，第二排超前锚杆按10°上仰控制。对岩体破碎难于成孔的超前锚杆，采用自进式锚杆代替，将破碎岩体进行有效胶结，减小开挖钻孔施工难度。

开挖施工中，遇掌子面岩体破碎，含松散沙土，洞室成型条件差时，采用“预留核心土体”施工方法，即先通过小型爆破、人工配合反铲设备进行周边掏槽，挖出能安装钢拱架的空间，待钢支撑安装完成后，再进行大范围掌子面中部开挖施工。当掌子面开挖范围存在少量较大体积的孤石时，先采用松动爆破将掌子面大体积孤石解爆并挖除，再进行掌子面开挖，以避免洞室坍塌，保证施工安全。

对于顶拱为石灰岩夹玄武岩堆积体，爆破后产生裂隙张开较大的危石的局部洞段，通常采取人工用安全杆探试，利用反铲设备配合清撬的处理措施，与洞室顶拱结合较紧密呈镶嵌结构的裂隙岩体，采用小药量爆破清除，然后及时进行钢支撑、系统锚杆及挂网喷混凝土等支护施工。

4.2 溶洞段支护措施

根据溶洞出露空腔的规模、溶洞充填物的特性及溶洞走向与交通洞轴线的空间位置关系，采取相应的支护施工措施，减小施工安全隐患，确保洞室稳定。

4.2.1 塌空处理

充填物中含沙土较多的溶洞段，开挖后顶拱掉块、垮塌严重，均出现不同程度的塌空现象，为确保洞室安全稳定，及时对塌空成型后的顶拱进行素喷或网喷混凝土封闭，待洞室基本稳定后，根据溶洞段顶拱的塌空程度，采取以下支撑措施：

顶拱塌空高度小于0.5 m时，根据洞室实际成型断面制作I18钢支撑；开挖断面不规则时，按设计开挖断面制作I18钢支撑，洞室全断面布置φ25 mm、L=4.5 m系统锚杆，间排距1.0 m，锚杆尾端与钢支撑前后交错焊接，在钢支撑背部挂设φ8 mm@20 cm×20 cm钢筋网，喷15 cm厚的C25混凝土，钢支撑与岩壁间的空腔采用填塞混凝土预制块或现浇混凝土回填，使之形成整体受力结构。

顶拱塌空高度大于0.5 m小于1.0 m时，按设计断面制作I18钢支撑，钢支撑背部制安小型钢拱架，洞室全断面布置φ25 mm，L=4.5 m系统锚杆，间排距1.0 m，锚杆尾端与钢支撑前后交错焊接，钢支撑背部及上拱均挂设φ8 mm@20 cm×20 cm钢筋网，上拱喷15 cm厚的C25混凝土，上拱与下部钢支撑间的空腔填塞混凝土预制块或现浇混凝土回填后，对下部钢支撑进行全面补喷混凝土至覆盖钢支撑。

顶拱塌空高度大于1.0 m小于3.0 m时，掌子面布置两排超前锚杆，长度调整为6.0 m,按设计断面制作I18双拱架钢支撑，双拱架钢支撑背部制安小型双拱架，洞室全断面布置φ25 mm，L=6.0 m系统锚杆，锚杆入岩（土）不少于2.0 m，间排距1.0 m，锚杆外露部分杆体与上下部钢支撑前后交错焊接，上下部钢支撑背部均挂设φ10 mm@20 cm×20 cm钢筋网，上拱喷C25混凝土覆盖上部钢支撑，上拱与下部钢支撑间的空腔采用填塞混凝土预制块或现浇混凝土回填，并对下部钢支撑进行全面补喷至将钢支撑覆盖。

上述I18钢支撑间距与开挖进尺一致，钢支撑之间采用φ22钢筋连接，环向间距1 m，每榀钢支撑采用φ25 mm，L=3.5 m锁脚锚杆固定。

侧墙内超挖较大部分采用毛石混凝土回填；使钢支撑、挂网钢筋、系统锚杆及超前锚杆形成网状钢筋骨架受力结构。

4.2.2 险情处理

交通洞进口端正坡坡度较大，达到11.3%，K0+334 m～k0+634 m段顶拱在初期素喷或网喷混凝土支护完成，进行后续钢支撑加固施工时掌子面出现再次跨塌，垮塌的块石砸坏施工台车，并在顺坡滚落过程中影响掌子面附近施工设备及人员安全。

其后施工时，为避免坍塌块石造成施工人员伤亡，现场作业人员加强安全警戒，密切监视顶拱及掌子面喷护混凝土表面是否出现异常，保证施工人员在掌子面无异常条件下作业；在施工台车前端设置了钢筋防护栏。

4.2.3 溶洞空腔洞段处理

在交通洞边墙遭遇大型溶洞空腔洞段，按3.5 m间距在穿越溶洞侧增加长1.5 m、宽1.3 m的混凝土支撑墩，支撑墩与洞顶相接，基础及顶部均布置插筋，入岩1 m，形成刚性支撑柱。支撑墩施工完成后，采用浆砌石砌筑边墙，与支撑墩联合受力形成洞壁支撑。相邻混凝土支撑墩之间洞壁布置φ25 mm，L=2.5 m系统锚杆，间排距1.5 m×1.5 m；顶拱布置φ25 mm，L=6.0 m的加垫板锚杆，外露20 cm，间排距1.0 m×1.0 m，锚杆外露部分设20 cm×20 cm，厚 10 mm的钢板，并用螺帽旋紧。洞室全断面挂φ8 mm@20 cm×20 cm钢筋网，用膨胀螺栓固定在混凝土支墩上，喷15 cm厚C25混凝土。

在交通洞边墙为粘土、砂土及块石等充填物，顶拱揭露新鲜岩石洞段，处理要求与边墙遭遇大型溶洞空腔时基本一致；须先完成顶拱系统喷锚支护，待洞室顶拱基本稳定后，再利用小型反铲配合人工在边墙挖出长1.5 m，宽深1.3 m的凹槽作为混凝土支撑墩基础，将开挖后虚渣清理完成后浇筑支撑墩。

4.2.4 边墙出露小型空腔段处理

在交通洞边墙出露小型溶洞空腔（溶隙空腔）洞段，先按设计断面安装I18钢支撑，稳定洞室结构，再将堆积的土体、松散岩体清理干净，采用浆砌石砌筑至空腔顶部，对洞室边墙及顶拱采用φ25 mm，L=4.5 m系统锚杆锚固，系统锚杆间排距1.0 m，挂φ8 mm@20 cm钢筋网，喷15 cm厚C25混凝土封闭，形成完整的受力圈，对洞室稳定起到加固效果。

4.2.5 底板处理

溶洞段及过渡影响段洞室底板存在粘土、沙土等软质充填物，须进行换基回填。施工过程中根据底板充填物的埋深确定换填深度，若埋深大于1.5 m，则清除底板设计开挖线以下1.5 m范围内的充填物；若埋深小于1.5 m，则清除底板设计线以下的充填物。底板充填物按以上要求清理完成后，及时回填石渣分层碾压至设计高程；钢支撑基础部位不回填石渣，采用M7.5浆砌石进行置换回填。

洞室底板出现的小型溶洞空腔局部洞段，先将淤泥挖除干净，再回填石渣，分层碾压至设计高程。

4.3 溶洞段排水措施

溶洞段及过渡影响段洞室顶拱存在不同程度的渗水，为防止渗水对洞体的渗透破坏，按上述措施支护完成后，根据溶洞走向与交通洞轴线的空间位置关系，及时采取有效的排水措施，妥善引排山体渗水，确保洞室稳定。

交通洞顶拱为充填物时，设置系统排水孔，孔径φ50 mm，入岩（土）2 m，间排距3 m，排水孔增设φ48 mm PVC花管，为防沙土随水渗出淘空洞壁，形成不稳定空腔，在PVC花管上绑扎无纺布反滤。

在交通洞顶拱出露新鲜岩体的局部洞段，在顶拱区域增设系统排水孔，孔径φ50 mm，间排距3 m，入岩3 m。

交通洞一侧遭遇大型溶洞空腔，封闭交通洞的侧墙时，在空腔的底部设置排水孔，排水孔孔深根据围岩特性参照上述要求施工。

4.4 溶洞段施工监测

为及时了解已支护施工洞段的稳定情况，对已支护洞段按每隔20 m或局部顶拱塌空部位设置1个围岩收敛和顶拱下沉监测断面，每个监测断面在边墙及顶拱各设置2个监测点，其监测点尽可能选在钢支撑上，采用无棱镜全站仪进行观测，每天至少监测1次。

为确保现场施工安全，在开挖掌子面增加开挖工作面围岩稳定监测。在每一循环开挖后初喷混凝土之前进行1次，掌子面围岩条件与上一循环相近时，每两个循环监测1次，根据监测结果指导现场施工，当围岩稳定出现明显变化时，及时制定相应的施工应急预处理措施（见图1）。该工程于2008年1月18日顺利完成施工，投入正常使用，目前运行状况良好。

图1 溶洞段典型监测示意图