双沟水电站导流洞进口塌方处理方案设计

2012-03-30徐怀聚姜殿成其其格

东北水利水电 2012年11期

徐怀聚，姜殿成，其其格

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 导流洞工程概况

双沟水电站为松江河梯级电站第二级电站，枢纽由混凝土面板堆石坝、岸坡式溢洪道、引水发电系统组成，电站总装机2×140 MW，最大坝高110.50 m。

双沟水电站导流洞布置于坝址处左岸，直线型布置，全长为586.57 m，断面形式为12 m×12 m（宽×高）城门洞型。进口底板高程为490.00 m，出口底板高程为487.00 m，纵坡0.511%。导流洞进出口为开敞式明渠，进口明渠长86.00 m，出口明渠长127.43 m。导流洞设计流量1860 m3/s。混凝土衬砌段总长度为210.0 m，其中渐变段长20.0 m，渐变段衬砌厚度为2.0 m，洞身段衬砌厚度为1.0～1.2 m。锚喷段长度为376.57 m，锚喷段喷混凝土厚度为0.15 m。

2 导流洞进口塌方情况

双沟水电站导流洞进口渐变段K0+000～K0+008 m段在施工开挖过程中，于2004年5月4日发生塌方，塌方的岩石量约为800 m3，现场发现洞口附近的临时支护锚杆均遭到一定程度的破坏，同时根据监测发现导流洞进口仍存在不稳定因素，若不及时采取工程措施，可能还将继续发生坍塌，因此需对导流洞塌方段进行处理，以保证导流洞进口围岩稳定，避免给后续施工和运行带来危险。

3 塌方处理设计方案

根据现场实际情况，设计提出了大开挖和加固处理两种方案进行比选，其中在加固处理方案中又针对加固前的临时支护进行了3个方案的比选。

3.1 大开挖方案

此方案考虑将现有不稳定岩体全部清除，清除部位为导流洞进口塌方段顶拱以上岩体及导流洞进口左右两侧岩体，均按1∶0.3的边坡进行清挖。不稳定岩体清除后，导流洞进口段按明管进行设计。该方案预计直接投资719.88万元（未包括开挖后岩石表面的喷锚防护造价和其他费用）。

3.2 加固处理方案

该方案总的思路为首先对现有坡面进行防排水处理，防止雨水侵入岩体造成继续塌方，然后自导流洞出口进入，在洞内及时进行临时支护，并采用锚索对导流洞进口段周边岩体进行加固，待锚索加固施工结束后再拆除洞内临时支护，以便在安全环境下进行后续的导流洞拉底和混凝土衬砌施工。洞内临时支护进行了以下3个方案的比选。

1）钢支撑临时支护方案。该方案为在导流洞桩号K0+008～K0+020段采取临时钢支撑支护，支护型式为在导流洞中心线上布置一道高9.0 m，长13.0 m，厚1.0 m的连续钢支撑，钢支撑主要由槽钢、角钢和钢板组成。该方案预计直接投资337.62万元（未包括岩石表面的喷锚防护造价和其他费用）。

2）混凝土支撑临时支护方案。该方案为在导流洞桩号K0+008～K0+020段采取临时混凝土支撑支护，支护型式为在导流洞中心线上布置一道高9.0 m，长12.0 m，厚1.0～1.5 m的连续混凝土支撑墙体，混凝土支撑主要由现浇混凝土墙体和钢板组成。该方案预计直接投资306.46万元（未包括岩石表面的喷锚防护造价和其他费用）。

3）木垛支撑临时支护方案。该方案为在导流洞桩号K0+008～K0+020段采用6个临时木垛支撑支护，其中在导流洞中心线上布置4个，在导流洞进口边缘导流洞中心线两侧各布置1个，木垛支撑截面为2.0 m×2.0 m，高为9.0 m，木垛支撑主要由木材和钢钉组成，该方案预计直接投资300.25万元（未包括岩石表面的喷锚防护造价和其他费用）。

4）方案比选。大开挖方案不但工程造价高，对周边环境影响大，而且由于开挖后形成新的高陡边坡，有可能出现新的边坡稳定问题，另外大开挖施工工期长，将严重影响工程总工期，因此经技术经济比较，放弃大开挖方案，采用加固方案。

加固处理方案中的3个小方案，主要区别在于临时支护型式的不同，其中钢支撑方案结构复杂，施工程序多，工期较长，工程造价最高；混凝土支撑方案施工程序复杂，工期较长，工程造价居中；木垛支撑方案结构简单，材料仅需木材和钢钉，施工简捷，工程造价最低，特别是工期短，能很好地满足塌方抢险加固临时处理时间紧、任务急的要求，因此在加固处理临时支护方案比选中采用木垛支撑方案。

经综合比较，最终采用木垛支撑临时支护加锚索加固的设计方案。

4 选定方案设计

选定的导流洞进口塌方处理方案为：首先对现有坡面进行防排水处理，在导流洞进口边坡外周圈设置截水沟以排除坡面积水，尽量减少雨水侵入岩缝造成继续塌方，然后及时在洞内对塌方段顶拱以上岩体进行木垛临时支护，并采用锚索对导流洞进口段周边岩体进行加固，待锚索加固施工结束后再拆除洞内临时木垛支护，进行后续的拉底和混凝土衬砌施工，并根据工程实际情况相应复核并加强了导流洞进口结构。

木垛支撑临时支护型式为：在导流洞中心线上布置4个木垛支撑，在导流洞进口边缘导流洞中心线两侧各布置1个木垛支撑，木垛支撑截面为2.0 m×2.0 m，高为9.0 m，木垛支撑主要由木材和钢钉组成，木材选用阔叶材B-1，长2000 mm，宽200 mm，厚200 mm；扒锯钉选用直径 12 mm、横长180 mm、爪长60 mm、尖端长36 mm的钢钉。木垛支护施工中为起到良好支承作用，利用千斤顶对木垛进行预压，然后打木楔挤紧，完后再用扒锯钉将木垛连接成整体，以达到结构整体性要求。

锚索支护方式为：在导流洞进口右侧和进口上部共布置了14根2000 kN级预应力锚索，施工顺序为先施工导流洞进口右侧面的5根锚索，然后施工进口上部的9根锚索。锚索超张拉15%，超张拉吨位2300 kN，内锚固段长度为8.0 m，钻孔采用干孔法，孔径均为φ110 mm，锚索钢绞线，采用1860级7φ5高强度低松弛无粘结钢绞线。锚索施工工序为造孔→锚索制作→穿索→内锚固灌浆→锚墩施工→张拉→外锚段灌浆→外锚头施工等。内锚固段灌浆必须在锚索入孔24 h内完成，灌浆采用一次性灌浆，浆体凝固后应具有微膨胀性，7 d强度达到C30。