喜儿沟水电站引水隧洞塌方处理施工方案

2013-01-16曹宗军

山西水利科技 2013年1期

曹宗军

（中国水利水电第五工程局有限公司四川成都610066）

1 隧洞施工中塌方情况概述

喜儿沟水电站引水隧洞全长8393 m，水电五局承担施工桩号为3+200～8+413.692 m，长5213.692 m，为有压隧洞，圆形断面，洞径为7.5 m，设计流量141 m3/s，洞内流速3.19 m/s，隧洞底坡为5‰，采用钢筋混凝土全断面衬砌。根据岩石类别进行不同厚度的混凝土衬砌，Ⅲ类围岩开挖半径为4.35 m，一次支护10 cm，混凝土衬砌50 cm；Ⅳ类岩石段开挖半径4.5 m，一次支护25 cm，混凝土衬砌50 cm；Ⅴ类岩石段开挖半径4.9 m，一次支护25 cm，混凝土衬砌90 cm。

引水隧洞开挖到桩号3+693.5～3+680段遇到了塌方，经分析该塌方段属Ⅴ类围岩，主要以碳质千枚岩为主，夹方解石条带及娟英千枚岩，岩体较为破碎，节理、裂隙发育且地下水丰富，岩层走向与洞轴线夹角小，碳质千枚岩遇水软化、泥化，强度降低，岩体自稳能力较差，地质条件差是造成此次塌方的主要原因。

对塌方体进行常规出渣（支护）方案，在出渣过程中引3+680回填混凝土与岩面交接部位出现塌方，出渣近20d时间，塌方洞渣还是不断往下滑塌，堆渣体基本无变化，渣体成碎块状无胶结力、渣体松散范围大，而且不均匀，有碎状和大块状，根据目前现场情况分析，原回填混凝土顶部预留通道已被渣体充填，塌腔顶部呈漏斗状，并有继续向顶拱及靠上游方向延伸趋势。塌方示意图如图1所示。

图1 塌方体示意图

鉴于目前重复不断的出渣，效率较低（塌渣需挖机多次倒运才能装车），进度极其缓慢，人员窝工严重等因素，根据现场实际情况确定采用管棚法进行施工。

2 塌方处理原则

塌方处理本着安全可靠、经济合理、保证进度的原则进行。

3 施工方案

管棚是沿开挖轮廓线，钻设与隧洞轴线平行的钻孔，跟管钻机施工，而后穿入φ108的钢管，并向管内注浆，固结钢管周边的围岩及渣体，在预定的范围内形成简支梁支护体系。它的主要作用是，提高管周围岩渣体的抗剪强度，先行支护围岩，把因开挖引起的松弛控制在最小范围之内。

管棚施工前首先对塌渣体喷射混凝土20 cm厚形成防护墙，对虚渣体进行固结灌浆，然后搭设施工平台。管棚施工工艺如下：

1）施工工艺流程

施工工艺流程详见图2《超前管棚施工工艺流程图》。

图2 超前管棚施工工艺流程图

2）施工参数

（1）钢管规格：Ф108×6 mm 无缝钢管。

（2）布管形式：单排布孔，平行于洞轴线，插角为5°到15°，间距30 cm，拱顶150°范围，详见图3《超前管棚施工布置示意图》。

（3）注浆材料：0.5∶1 纯水泥浆液。

（4）长度：8～12 m。

（5）套拱内钢拱架采用I18工字钢，每榀钢拱架采用Ф25的钢筋链接，间距为0.5 m。

（6）隧洞纵向同一横断面的钢管接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1 m。

（7）支护形式：采用“管棚+钢拱架+系统锚杆+喷射混凝土支护”的方法。

3）施工方法

（1）现作业面处理：

首先停止出渣，采用C20喷射混凝土封闭塌渣以防后续施工中由于围岩继续风化而造成的堆渣不稳垮塌现象，第二对塌渣顶部沿设计开挖断面打设灌浆孔对该部位进行预固结灌浆保证后续管棚施工时围岩有足够的承载力，灌浆花管自制，长度6 m，间距40 cm。将塌渣固结形成整体受力体。

（2）孔位放样布置

根据设计断面要求，采用全站仪进行孔位的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好导管位置的标记。钻孔直径应大于设计导管直径3～5 mm，孔深大于设计长度10 cm。

（3）钻孔

采用潜孔钻钻孔，一次成孔，钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故；钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进；认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。

图3 超前管棚施工布置示意图

（4）安装管棚钢管

①钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10～16 mm注浆孔(靠孔口1.0 m棚管不钻孔)，孔间距30 cm（中对中）。

②接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1 m。

③经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。

④掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。

（5）注浆

浆液采用现场搅拌，注浆的目的是充填松散体的空隙，使管壁四周松散渣体充分胶结，形成拱圈，管棚形成岩锚梁，从而为隧洞塌方体开挖创造条件。采用0.5∶1的纯水泥浆液进行灌注，灌浆压力0.5～1.0 MPa，可根据现场情况调整，注浆过程中应派专人负责，填写“注浆记录表”，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

注浆结束后，在管棚内插入3根Φ22钢筋束，增加管棚的整体刚度。

（6）开挖支护

待强之后，隧洞底部采用挖掘机出渣，顶部采用人工出渣，依次循环开挖，一次开挖进尺以30～50 cm为宜，型钢支撑跟进支护。

4 质量、安全控制措施

1）质量控制措施

施工过程中安排专职质检人员现场盯班控制，严格对导管安装、灌浆、钢支撑、连接筋焊接、锚杆安装及混凝土等质量进行检查与验收；喷混凝土时严格控制配合比以及喷射质量；灌浆时，必须现场盯面确保灌浆质量。

2）安全控制措施

在施工过程中，安排专职安全员现场盯面，观察围岩变化情况。出渣后，利用挖掘机对边顶拱进行清面，进一步排除危石及浮石；在支护过程中，若发现异常现象，及时通知作业人员躲避或撤离现场；支护结束的初期，专职安全员要加强临时支护的视察，如发现有变形情况，及时通知现场负责人或技术部门，根据情况采取加强监测或对支护进行加固的办法。

加强施工人员培训工作，施工前，加强施工作业人员、机械操作人员、现场管理人员和专职安全员有关洞内塌方的安全知识讲解：①围岩破碎、结构面紊乱、有裂缝和渗水的情况，容易出现塌方现象，加强安全撬挖、安全观测和安全支护工作。②注意观察周围环境，发现道路上有喷混凝土块、片石等，应绕行后观察，并及时通知现场负责人或专职安全员，设置警示标志或采取支护处理措施；施工过程中，如发现掉块现象，及时告知周围作业人员或现场负责人，根据情况采取处理措施或撤离现场。③出现塌方掉块后，作业人员应立即撤离现场，绝对不能驻足观看或抢救机械设备。④在塌方处理前还应根据现场情况编制隧洞塌方处理应急预案，并进行详细交底。