某水电工程2#导流洞塌方分析及处理

□刘新平（云南金沙江中游水电开发有限公司）

1.工程概况

2#导流洞1-1支洞于2008年3月20日开始开挖支护，2008年5月28日完成。1#主洞与2#主洞连通洞0+074～0+120按照设计B型断面开挖支护，支护参数为：顶拱边墙喷15cm厚C20混凝土，系统锚杆φ25，L=4.5m，间排距2m×2m。进主洞前导1-1支洞0+115.009～0+120.009段（即与2＃主洞岔洞部位），加强支护如下：增加钢支撑（120a，榀距0.5m），钢支撑用φ25钢筋（间距2m）纵向连接，并施工砂浆锚杆（φ25、L=6m、间排距2m×0.5m）（见设计通知单2008-009号）。于2008年8月底完成。

导流洞进入主洞后，由于地质条件较差，对2#导流洞K0+160～248段部分洞段支护参数进行了调整。增设了预应力锚杆、锚筋桩等加强支护。2#导流洞K0+165～197段，原设计蓝图该段属Ⅲ类围岩，支护类型B，根据现场开挖实际围岩揭露情况，支护加强，调整为D型断面开挖支护，支护参数为：顶拱边墙挂网喷20cm厚C20钢纤维混凝土，系统锚杆φ28，L=9m，间排距4m×0.5m与φ25，L=4.5m，间排距4m×0.5m交错布置，同时设钢支撑120a，榀距0.5m(见2008年8月1日，K0+180～210段，设计通知单2008-009号)，并在该段增设预应力锚杆φ32，L=9m，取消重合部分的系统锚杆。2008年11月14日，根据安全监测日报，该段累计收敛变形较大，又在该段增设3φ28，L=9m锚筋桩（见技术核定单NO.2008导-2#-003号）。按照以上技术文件要求，施工单位于2009年3月份完成了该段的上层系统支护、钢支撑架设、预应力锚杆、锚筋桩和排水孔施工。

2009年4月1日，该段中层拉槽开始。在中层开挖过程中，由于该段岩石破碎，两边墙预留了4m保护层，分层开挖，中层拉槽层高控制在5m，开挖后及时采用喷钢纤维混凝土封闭岩面，系统锚杆、预应力锚杆及时跟进。根据设计通知单2009-020号要求，该段导流洞支护和衬砌进行了调整：在该段左右边墙起拱线以下增加3排φ28，L=9m锚筋桩，并与钢支撑焊接连接，同排锚筋桩之间采用两道φ25钢筋焊接连接；取消钢支撑接脚施工。2009年5月13日完成了该段的中层和下层系统支护、预应力锚杆、锚筋桩和排水孔施工。

施工过程中根据岩石裂隙情况，对该段采用随机锚杆进行了加强支护。从该段支护施工完后，至2009年5月21日，2#导流洞K0+190和K0+208两个观测点根据监测资料（观测周报第29～39期，2009年3月5日至5月14日）显示，该段围岩收敛变形处于稳定状态。

该段的支护，按设计要求及时进行了施工，并根据实际情况进行了调整加强。2009年5月22日，该段出现塌方。

2.导流洞地质情况及塌方

2.1 地质情况

2#导流洞0+160～0+180段，属Ⅳ类围岩，0+180～0+197段，属于Ⅴ类围岩。该段主要为玄武岩，绿泥石化严重，外观呈粉状。节理较为发育，岩石非常破碎，岩体自稳性较差；地下水较为丰富，渗水严重。

从塌方体形状来看，除个别大块石外，大部分塌方岩石很破碎（详见图 1、2）。

图1 2#导流洞塌方图（下游桩号约K0＋205部位）

图2 2#导流洞塌方图（1#支洞与2＃主洞岔洞口部位）

2.2 塌方基本情况

2#导流洞上游工作面桩号K0+160～210m段，于2009年5月21日13∶30min左右发现掉块现象，连续掉块持续至5月21日19∶30min，掉块稍稳定，施工单位开始对掉块部位进行喷护，以确保稳定。5月21日23∶13min，该段又出现连续较多掉块，5月22日04∶05～08∶30min，掉块加剧变成大面积连续塌方，5月22日09∶13min左右，塌方堆渣已将该区域洞室堆满，顶拱塌方继续。至5月23日，塌方区域仍未稳定，平均2～3min发生一次掉块。塌方段桩号为K0+160～210m，为1#上线施工支洞与2#导流洞的岔洞口处（见图3）。塌方段长50m，顶拱塌方高度约20～30m（塌方照片见图1、2），塌方方量约15000m3。

图3 导流洞塌方示意图

2.3 塌方原因分析

根据对塌方现场的查看、分析地质资料、核对施工开挖、支护方案,塌方原因分析如下:该段主要为玄武岩，绿泥石化严重，节理较为发育，岩石非常破碎；地下水较丰富、渗水严重；对该段的支护主要为浅层支护，最大长度为9m。尽管在实施过程中对支护型式和支护措施进行了加强，但从塌方实际情况判断为深层失稳。

因此该段塌方主要原因为地质因素，绿泥石化玄武岩加上水的作用，导致较大塌方。

3.塌方处理措施

3.1 处理方案

3.1.12#导流洞0+160～K0+210塌方段治理方案以对塌方体顶部灌注钢纤维混凝土、固结塌方渣体、分部开挖、分部支护为主；钢纤维混凝土厚度4～8m，塌方渣体应进行固结灌浆，开挖进尺宜短，及时采取钢拱架或钢筋格栅加喷混凝土支护，必要时采取管棚支护方式，对顶拱拱脚部位设置锚筋桩（3φ28，L＝9m）。

3.1.2 钢纤维混凝土灌注方案采用锚固钻机以跟管方式在塌方段上下游适当洞顶部位造孔（φ168）后下设φ146钢套管，泵送C25钢纤维混凝土；采用锚固钻机以跟管方式在塌方段上下游部位平行洞轴线造孔，套管壁四周布一定数量花孔，对塌方渣体进行注浆以固结。

3.1.3 对塌方段上下游侧稳定区域适当布设锚索，以防止塌方范围向上下游方向扩延。

3.1.4 在导流洞进口明渠边坡EL.1584m马道向塌方段钻孔，以固结塌方段上部，并可对塌方段空腔进行回填灌浆。

3.1.5 在塌方段附近及周边增设变形观测点，特别是进口段及施工支洞部位；施工单位加强变形观测。

3.2 处理效果及施工改进措施

经采取上述措施后，施工单位于2009年8月份对塌方体完成了钢纤维混凝土灌注，并于8月份开始了塌方体的开挖支护，至2009年10月份全面完成了处理。该塌方处理取得了很好的效果。

通过对本次塌方处理方案、处理过程的分析,针对导流洞的施工,我们必须特别注意地质分析工作,不断改进施工措施、方案:施工过程中严格按照短进尺、弱爆破、强支护的要求进行,根据围岩的风化程度,地层岩性,断层、破碎带性状和规模分析围岩稳定能力,采取相应措施。超前排水以降低围岩渗水。超前锚杆配合短进尺、弱爆破、喷(加钢纤维)、锚、钢拱架等综合手段逐步强行推进。采用全断面开挖,初期支护采用型钢拱架支承、挂钢筋网、喷混凝土,管棚或自进式锚杆或系统锚杆加随机锚杆,二次支护方式采用钢筋混凝土衬砌,并对围岩及时进行固结灌浆。施工中改进施工检测工作。建立超前地质预报系统,重点预报掌子面前方的地质情况、围岩整体性、断层破碎带位置及地下水情况等;及时对预报效果进行检查,建立长期预报与短期预报相结合的地质预报系统。

4.结语

导流洞的施工关系到水电站截流施工是否能够按期进行，导流隧洞塌方体的处理直接影响到隧洞的直线工期，因此，塌方体的预防和治理对隧洞的施工至关重要。隧洞塌方是一种常见工程现象，塌方一般发生在强风化带、断层破碎带、节理密集带等不良地质条件的围岩处，在该类洞段施工中应尽量注意排除导致塌方的各种因素，要及时支护和衬砌避免塌方产生。塌方一旦发生，应该及时迅速地分析原因，确定塌方形式，对未塌区域先进行加固，防止塌方继续扩大，并根据不同的塌方形式采取及时有效的支护措施。

通过对2#导流隧洞的施工、隧洞塌方的预防和处理的分析研究，得出隧洞施工中首先要做好地质预报，塌方发生后，应结合地质特征、塌方特征及施工条件等选择相应的、安全合理的施工方法和措施，为今后水电工程导流隧洞的开挖和支护施工提供宝贵的经验。