狮子坪水电站闸门竖井上室交通洞塌方的处理
2010-08-15李汉青
刘 波, 李汉青
(四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川成都 610072)
1 工程概况
狮子坪水电站隐藏式闸门竖井上室交通洞全长26.89 m(0+000 ~0+026.89),整个洞身段处于岩层挤压破碎带,岩石极为破碎,岩层之间充填岩屑、泥,部分为松散黑色夹泥层,节理裂隙极为发育,岩石完整性非常差。2006年9月1日,狮子坪水电站隐藏式闸门竖井上室交通洞0+006~0+026.89段发生大面积垮塌,垮塌高度约15 m,垮塌方量约为2 000 m3,垮塌的松散石渣充填整个洞室,处理难度相当大。
2 采用的处理措施
2.1 前期处理
(1)松散石渣渣体的前期处理。垮塌的松散石渣堆满了整个洞室,且渣体为堆积体,整体强度非常低。在进行出渣时,石渣堆积体顶部易发生大块石滚落,严重威胁出渣人员、设备的安全。对此,初步拟定对垮塌段采用以下方式进行处理:洞室全断面进行C20混凝土回填→按照设计断面进行开挖→安全支护→永久混凝土衬砌。
(2)在垮塌的松散石渣渣体前1 m架立全断面封堵模板,采用泵送混凝土进行回填固结石渣,共浇筑混凝土576 m3。但是,由于垮塌洞段较长,混凝土不能将整个松散渣体连成一体,固结段为0+006~0+014,其后0+014~0+026.89段采用管棚法施工,具体施工方法详述于后。
(3)开挖采用覆盖层进洞的施工措施。在浇筑的混凝土断面上进行测量放样,采用少药量、弱爆破、短进尺、强支护的施工方法,将孔深严格控制在2 m以内;对开挖出露的洞段立即进行工字钢支撑支护,工字钢间距严格控制在40 cm以内,并采用锁脚锚杆对拱角进行固定,每个拱角为4根φ22×3.5 m的锚杆,拱架与拱架之间用φ22螺纹钢焊接,间距为30 cm,钢筋焊在拱架上部,形成一排纵向连系筋,将整个工字钢支撑连接成一个整体,进而提高工字钢支撑的整体受力。
(4)在混凝土固结段开挖4 m后,立即对开挖段进行永久钢筋混凝土衬砌,以保证施工掌子面的稳定;同时,预埋回填和固结灌浆管,泵送C20混凝土填满垮塌的空腔,以保证施工和后期工程运行安全。
2.2 后期处理采用的施工方法
在开挖、衬砌到桩号0+014处,塌方处渣体固结效果不明显。经过对塌方段现场进行多次考察、深入分析、反复论证后决定采用管棚法进行施工,具体施工工艺流程为:
灌浆固结塌方体→超前管棚支护→按照设计断面进行开挖→钢拱架支护→网片制安→永久混凝土衬砌→回填灌浆→固结灌浆。
(1)C20混凝土封闭垮塌渣体。由于渣体较松散,管棚造孔较困难,故先用C20喷射混凝土封闭松散渣体,厚度为8~10 cm。
(2)自钻式锚杆锚固。由于渣体成孔条件差,采用自钻式锚杆,呈梅花型布置,锚杆杆长6 m,孔深5.6 m ,外露0.4 m ,间排距为0.8 m ×2.0 m,锚杆灌浆浆液为0.6∶1水泥砂浆,灌浆压力不小于0.4 MPa。
(3)管棚钻孔。由于该垮塌松散堆渣体夹杂有大小不均匀的各类岩石,直接施工置入和成孔后再置入钢管的施工工艺无法实现,故采用φ110偏心锤跟进管钻进施工工艺,圆弧上管棚向上仰角为 5°~8°,两侧边墙管棚向左、右 3°~5°,孔深12.5~13 m。将圆弧上管棚间距控制在30 cm以内,边墙上管棚间距控制在40 cm以内。
(4)高压风清管。当每根管棚跟进到设计深度后,用高压风将管内碎石、粉尘冲洗干净,以保证钢筋的顺利置入。
(5)置入钢筋。管棚冲洗干净后,将加工有对中支架的φ28螺纹钢置入φ108钢管内。
(6)管棚注浆。管棚前期工作完成后,在每根钢管前端采用配套加工的止浆阀进行封闭,随后进行管棚注浆施工。
(7)开挖采用覆盖层进洞施工措施,在所浇筑的混凝土断面上进行测量放样,采用少药量、弱爆破、短进尺、强支护的施工方法,孔深严格控制在2 m以内,对开挖出露的洞段立即进行工字钢支撑支护,工字钢间距严格控制在40 cm以内,采用锁脚锚杆对拱角进行固定,每个拱角为4根φ22×3.5 m锚杆,拱架与拱架之间用φ22螺纹钢焊接,间距为30 cm。将钢筋焊在拱架上部,形成一排纵向连系筋,将整个工字钢支撑连接成一个整体,以提高工字钢支撑整体承载力的能力。
(8)在混凝土固结段开挖4 m后,立即对开挖段进行永久钢筋混凝土衬砌,以保证施工掌子面的稳定,同时,预埋回填和固结灌浆管,泵送C20混凝土填满垮塌空腔,以保证施工及后期工程运行安全。
2.3 施工措施实施后的效果
通过采用“少装药,短进尺,弱爆破,强支护,多循环”的方法,在施工过程中没有出现一次安全事故,架设的格栅拱架没有出现一次塌方。
3 处理塌方的几点体会
(1)对于洞室塌方不可盲目出渣、强行掘进。首先应对塌方体进行全方位的观察,深入研究,分析塌方产生的深层原因,从而选取合理的安全处理方式并尽快进行表面封闭,使其保持相对稳定,尽可能减少扰动次数,避免造成冒顶塌方。
(2)固结灌浆是基础。固结灌浆可以使塌方渣体形成一个整体,从而提高岩石的强度级别,是塌方处理的关键。
(3)超前管棚是前提。沿洞顶轴线设置超前管棚,对阻止塌方体下滑将起到重要作用。
(4)自钻式锚杆是关键。根据现场实测,冒顶塌方介质为粘土、砂砾石、碎石及片石,且碎石与粘土没有固结。采用自钻式锚杆直接注浆后,将松散渣体有效的固结成一个整体,给管棚造孔提供了可操作性,有效地防止了再次塌方。
(5)回填灌浆是补强。根据3个月时间的现场观测,回填灌浆的工字钢拱架与混凝土连成一体,强度明显提高,为后期下底开挖与浇筑混凝土奠定了坚实的基础。