某水电站导流洞特大型塌方的处理

孙小利

(中国水利水电科学研究院 北京 100048)

1 工程及区域构造地质情况

某水电站是以发电为主的水电水利枢纽工程,工程等级为Ⅱ等大(2)型工程。电站装机容量3×60MW,正常蓄水位以下库容3.0×108m3。工程主要建筑物有泄洪(兼导流)洞、心墙堆石坝、溢洪道、引水隧洞、厂区枢纽、开关站等。其中右岸导流洞洞身段全长700m,断面形状为圆形,内径为10.0m。

从右岸导流洞桩号0+00～0+088施工开挖揭露的地质条件来看,围岩岩性为三叠系各统地层。地层岩性主要为黄褐色中厚层长石石英砂岩、灰深灰色中厚层泥质粉砂岩及黑色薄层～中厚层粉砂质泥岩夹黑色薄层炭质泥岩。

图1 右岸导流洞桩号 0+00～0+088

由于受北东向大断裂带的影响,右岸导流洞区发育有密集的多组次级断裂,致使岩体结构复杂,多为不稳定的Ⅳ类和极不稳定的围岩。在桩号0+00～0+088导流洞左侧洞壁岩体以∠65°～68°的角度倾向洞内,岩层走向与此段段洞向接近平行。在右岸导流洞该段又有破碎带形成的顶部4#冲沟经过,再加上地下水作用,夹层炭质泥岩,遇水软化,强度降低。因此,发生过多次可能造成重大伤亡事故的几十～几百m3的塌方。这些不利因素给完成施工带来极大的难度、复杂性和安全风险。

2 特大塌方事件

水电站右岸导流洞开挖贯通时,在0+058～0+96m洞段发生了长38m、宽8m、高近20m的特大塌方,塌落最大高度约24m,松方在6000m3左右。严重影响在雨季后实现截流的工期目标,如不能妥善处理,发生了冒顶,还要延误工期,增加施工成本,或有可能造成重大伤亡事故。

塌方稳定后,地质工程师进入现场勘察,塌方体记录如下:

(1)从导流洞下游方向查勘:在0+075m处,整个导流横断面被顶部整体塌下岩体给严严堵死,如像一道石闸门,堵住导洞的岩体呈N40ESE∠80°,见图2。塌落体为灰色,深灰色厚层泥质粉砂岩,层面未见错开。左壁岩层GN45WSW∠68°。在0+080～0+087m处,顶部约有2m厚的中厚层石英砂岩顺着∠68°的斜坡面滑向导洞,原锚在顶部钢管 (直径1.5吋)也脱落下来。塌方处右侧岩体则呈倒悬状态。塌方体最大的石块为L=2.2m、B=1.3m和H=1.25m,一般石块为L=1m以上、B=1m和h=0.6m,约占30%～50%。

洞轴左侧顶部有滴水,左侧斜坡面 (岩面)较湿润,见图2。

图2 从导流洞下游方向查勘的塌方情景描述图

(2)从导流洞进口方向查勘:进口0+058处,右壁G N60W SW∠75°为黑色中厚层粉砂质泥岩,风化后呈叶片状脱落母岩 (层间夹有薄层炭质泥岩)。左壁:黑色中厚层泥质粉砂岩,弱风化Ⅲ类,G N65WSW∠70°,顶部为泥质粉砂岩,块状。

(3)原安装好的钢拱架全被塌方体砸塌,并被埋住。

3 特大塌方的处理过程

当时组织施工各方根据对以上情况的分析,最初的指令为:

(1)坚决要求停止右坝肩的施工;

(2)分段逐步少量清理塌方碎石;

(3)在清理完塌方的洞段,架设钢拱架,在支撑钢拱架顶部和塌方空腔之间架设钢管支撑,顶住岩石,然后在钢拱架顶部浇筑混凝土,形成1米左右的保护层 (俗称:戴帽),向前逐步推进。

在处理过程中,发生多次清理塌方碎石过量。最后一次将十几米长洞段的塌方碎石一次全部清走,贯通了导流洞。在架设钢拱架完毕和做好部分钢管支撑之后,6月20号又在右岸泄洪洞K0+58～0+75.8发生5003～600m3的塌方,将刚安装好的全部钢拱架和钢管支撑砸塌,险些发生重大伤亡事故。所幸在塌方数分钟前洞中停电,在现场的十几名人员已撤离,没有发生伤亡。在这次塌方发生后,进洞勘查,还不时有石块塌落,及顶部围岩挤压发出的岩石爆裂声。

在这次塌方后,塌方段变得更加难以处理。为了防止塌方向进口段扩大,在塌方段上游端用钢拱强行锁口时,就有施工人员被落石划伤。最为危险的是,在塌方洞段右侧倾斜700,从塌方顶部斜插入洞底,50cm左右厚的岩层从中间破裂,向外鼓出,并且后部出现空腔。在十几米外可以听见在这块岩层后部有小块石头滚落声。如果不将这块岩石处理掉,施工人员是不可能进入塌方段施工。施工方曾利用在塌方段开挖洞身的下半段的爆破震掉这块危石,但没有成功。

事后组织各方协商,坚持以人为本,坚定认为架设钢管支撑的方案极不安全,一旦再发生塌方,施工人员无法躲避,而且架设钢管价格昂贵,进度缓慢,增加再次塌方的几率。改进施工方案为:

(1)对此次塌方后,塌方段形成的右侧危悬巨石进行小装药爆破;

(2)坚持分段逐步少量清理塌方碎石;

(3)清理后,架设钢拱架,不再做钢管支撑。但在钢拱架的下部安装混凝土模板,浇筑保护层。人员在混凝土模板下施工,一旦再发生塌方,人员有逃生的机会。

此种施工方式进度快、安全和经济。施工方用1.5kg的炸药将右侧危悬巨石成功地炸掉。在按以上方式施工过程时,曾有多次落石砸在模板上,施工人员都得到了及时躲避。在雨季结速前,塌方段全部 “戴帽”完毕,未发生死亡事故,为按时截流提供了关键条件。翌年开始回填塌方段空腔。

4 经验和结论

根据以上成功的施工过程,认为:在如此复杂的地质环境和不利的岩体结构条件下,在雨季能够安全和较快的成功处理了这种特大型塌方,而且此种处理塌方的方式有着推广的意义。并且得出经验如下:

(1)要以人为本,安全第一,施工时必须给施工人员留有安全通道和安全屏障,有了安全保障后,施工的效率才会更高;

(2)在发生特大塌方时,应在隧洞塌方段围岩稳定后,尽快采取工程措施,防止塌方继续扩大,造成更大的损失;

(3)尽量在雨季来临之前完成隧洞开挖和塌方处理,以免从洞顶上的渗入的地下水给隧洞围岩造成进一步的不稳,带来更大的安全风险;

(4)处理这类特大型塌方时,施工方式要稳妥安全,逐步逐段向前推进,少量除渣。实际上塌下来的石块堆对塌方段的边壁有支护作用。逐段支护和 “戴帽”,稳中求快。

总之施工组织各方应根据现场发生的实际情况,不断改进施工方式,采取安全、稳妥和高效的处理方式,才能缩短处理这类特大型塌方的工期、节约费用和降低在塌方段再发生塌方的几率。这样才能保证工程工期目标的完成。