岩溪水库工程取水兼放空隧洞洞内垮塌处理分析

陈黎

（遵义水利水电勘测设计研究院，贵州遵义563000）

岩溪水库工程取水兼放空隧洞洞内垮塌处理分析

陈黎

（遵义水利水电勘测设计研究院，贵州遵义563000）

岩溪水库工程取水兼放空隧洞受到地形等因素的影响，导致在开挖施工中多次出现垮塌现象，该段洞内多为碎石夹泥充填，且溢洪道左侧边墙顶部出现Lf1～Lf7条裂缝，分布在导流洞垮塌段顶部附近，且宽度逐渐增加后稳定，因而对其进行有效的处理是十分必要的。通过对岩溪水库工程取水兼放空隧洞洞内垮塌现状及原因的分析，提出取水兼放空隧洞洞内垮塌处理方案，采用永久衬砌、充砼回填处理，加强地表截排水和洞内排水，并对垮塌段顶部围岩进行固结灌浆处理，实施后，效果良好。

隧洞；地形；垮塌；原因；处理

1 工程概况

岩溪水库右岸取水兼放空隧洞，由于坝址右岸地形受三面切割，节理裂隙较为发育，且斜切河床发育的断层影响，高台组薄至极薄层泥质白云岩风化严重，岩体极为破碎，大多为散粒体，围岩自稳条件极差，开挖过程中曾出现多次不同程度的垮塌现象，整个洞身断面基本采用钢拱架支撑，因薄至极薄层泥质白云岩基本呈碎裂散体结构、岩体自稳能力特别差、洞身部分排水孔失效的影响，隧洞桩号导0+380～导0+400段因临时支撑钢拱架不能承受外水压力和碎裂岩体的荷载而再次垮塌堵塞。

随着洞身垮塌形成空腔引起顶部地表大面积变形，受垮塌和牵引的影响出现多条裂缝，其中部分裂缝开展和变形较快，形势比较严峻。

2 取水兼放空隧洞洞内垮塌现状及原因分析

2014年10月13日，导流隧洞桩号导0+380～导0+400段再次出现垮塌，现该段洞内多为碎石夹泥充填，且溢洪道左侧边墙顶部出现Lf1～Lf7条裂缝，经调查，裂缝分布位置为导流洞垮塌段顶部附近，且宽度逐渐增加后稳定。

垮塌原因分析为：导0+380～导0+400垮塌段洞身位于溢洪道附近，与溢洪道底板之间围岩厚度约30 m。岩性为∈2g2极薄至薄层泥质白云岩夹少量泥岩，且该区有f1断裂通过。受岩性、层厚影响。围岩破碎，裂隙发育透水性较强遇水软化。岩体开挖呈泥状及颗粒状，自稳能力极差。2014年4月至5月 0+342及0+405桩号开挖时间断出现五次垮塌，总方量约300m3，主要集中在后25 m段。后采用全断面钢拱架支撑。成洞后未对洞顶空腔进行回填，且一直未完成永久衬砌。空腔两侧及上部岩体在施工震动及雨季水流作用下于10月13日再次在导0+380～导0+400段产生垮塌，形成更大空腔。呆滞上部溢洪道左侧墙岩体出现开裂。隧洞垮塌后通过对洞身进行观测，洞身其余洞段未见变形，轴线无位移现象。

3 处理措施

3.1 处理方案拟定

岩溪水库工程导流隧洞布置于大坝右岸，因坝址区右岸地形受三面切割，节理裂隙较为发育，且斜切河床发育的f1断层影响，特别是桩号导0+342～0+405段高台组薄至极薄层泥质白云岩风化严重，岩体极为破碎，大多为碎裂散体结构，围岩自稳条件极差。此段开挖过程中出现多次不同程度的垮塌现象，总计垮塌方量约300 m3，主要集中在导0+380～0+405段，采取全断面钢拱架支撑才贯通成洞。成洞后未对洞顶垮塌形成的空腔进行回填，未及时完成洞身永久钢筋砼衬砌。加之该段隧洞位于溢洪道左侧边墙附近，与溢洪道底板之间围岩厚度约30 m。溢洪道内施工震动影响，岩体裂隙发育透水性较强，雨季地表水下渗，泥质白云岩及泥岩遇水软化，岩体荷载全部作用于洞身临时支撑的钢拱架上，洞身排水孔部分失效等多种因素的共同作用下，导致2014年10月13日下午15时31分隧洞桩号导0+380～导0+400段因临时支撑钢拱架不能承受外水压力和碎裂岩体的荷载而再次垮塌，洞顶形成更大空腔，溢洪道左侧洞顶地表出现Lf1～Lf7裂缝，裂缝位于垮塌段洞顶附近及周边，宽度逐渐增加后趋于稳定。裂缝发育方向不规则，其中LF1、LF2、LF3、LF6发育方向约为NW10°～30°，LF4、LF5发育方向约为NW20°～35°，LF7发育方向约为NE83°。目前裂缝宽一般0.5 cm～0.8 cm，最宽约3 cm，长度LF1长约14 m，LF2～LF5约5～10 m，LF6最长约28 m，LF7约2.5 m。隧洞垮塌后对洞身进行观测，垮塌前后洞身段未见明显变形，轴线无位移现象。

根据取水兼放空隧洞洞身垮塌成因分析，为及时处理洞身垮塌带来的安全隐患和确保今后溢洪道的运行安全，同时为工程的截流和度汛目标创造有利条件，经省、市、县级主管部门领导及参建各方代表共同研究决定，确定对取水兼放空隧洞洞身垮塌段采取如下处理措施[1]：

（1）为防止垮塌进一步恶化，甚至冒顶影响溢洪道的施工和运行安全，同时确保洞内垮塌处理的施工安全，须及时对垮塌段隧洞前后洞身完成永久衬砌，对垮塌堆积物进行充填处理，对垮塌段顶部空腔进行砼回填处理，并加强地表截排水和洞内排水措施。

（2）待垮塌堆积物和空腔回填砼具有一定强度后，对洞内垮塌段实施清理，临时钢拱架支撑，清理完毕后及时进行永久衬砌。钢筋砼衬砌达到强度后对垮塌段顶部围岩进行固结灌浆。

3.2 洞内垮塌处理方案设计

3.2.1 处理设计

为确保施工安全并结合处理时间综合考虑，对取水兼放空隧洞桩号导0+380～导0+400垮塌段处理前，须在垮塌段前后洞身进行不小于5 m的永久衬砌。随后在导0+380～导0+400垮塌段地表变形区左右两侧（图1剖面1-1′和3-3′）分别布置1#～7#和10#～16#钻孔，设计为双排，孔距6.0m，钻孔梅花型布置，内外两排均平行于隧洞轴线，外侧钻孔以75°倾斜角钻进洞内垮塌区，内侧则以85°或以上角度钻进。孔深以穿过垮塌空腔进入洞顶附近垮塌堆积体为准。上下游（剖面2-2′和4-4′）分别布置8#、9#和17#、18#钻孔，设计均为单排，孔距为2.0 m。钻孔以75°倾斜角钻进洞内垮塌区。

3.2.2 施工工序

本次施工工艺先后顺序为:先进行隧洞左右两侧外排，再进行隧洞两侧内排，最后施工上下游侧单排，由边孔向中间孔依次顺序施工，即由外及内的施工原则。为减少扰动保障安全，应采用单台钻机施工。设计钻孔孔径不小于127 mm，采取无水钻进，避免隧洞周边继续垮塌。钻孔时，遇到孔内洞穴、垮塌空腔、塌孔、掉块、垮塌堆积物、掉钻的位置及长度等应详细记录，并及时报告监理工程师结合充填工艺分析钻孔和具体情况，做出决定后进行下步施工。先施工钻孔至洞内对垮塌堆积物宜采用低标号水泥砂浆掺石子充填，洞顶以上水泥砂浆强度逐级增加，建议采用M5～M10，达到一定强度后，空腔部分采用C15混凝土回填，具体施工工艺由施工单位自定。施工期间应对地表裂缝及施工设备周边加强观测[2]，并提前做好安全措施和应急预案，一旦出现新的较大裂缝、地面产生严重变形或钻进过程中洞身或变形区出现垮塌现象，应立即撤离施工人员及设备。灌浆前应对隧洞垮塌段两端建议采用钢模板加斜支撑封闭密实[3]，尽量做到充填灌浆浆液不从封堵模板缝隙渗出。

待垮塌堆积物和空腔回填砼具有一定强度后，对洞内垮塌段实施清理,I16～I20工字钢制作成钢拱架临时支撑，清理完毕后及时采取60 cm厚C20钢筋砼永久衬砌。筋砼衬砌达到强度后对垮塌段顶部围岩进行固结灌浆，19#～38#孔为垮塌段洞顶围岩固结灌浆孔，在隧洞轴线两侧地表垂直造孔，孔距3 m。采用双排孔，排距2 m；结合隧洞洞身固结灌浆考虑底界至洞顶以上7 m。灌浆材料采用合格的42.5或以上强度标号的新鲜水泥，水泥细度要求通过80 um方孔筛的筛余量不大于8%。建议浆液水灰比为0.5∶1自流灌注。

图1 垮塌段地表变形区剖面图

4 结语

通过分析可知岩溪水库取水兼防控隧洞随处岩层较为破碎，开挖过程中出现多次垮塌现象，而垮塌形成空腔导致多条裂缝的出现，迫切需要对进行处理。经过分析，建议在对垮塌处理之前须在垮塌段前后洞身进行不小于5 m的永久衬砌。同时对垮塌堆积物进行充填处理，待垮塌堆积物和空腔回填砼具有一定强度后，对洞内垮塌段实施清理，临时钢拱架支撑，清理完毕后及时进行永久衬砌。钢筋砼衬砌达到强度后对垮塌段顶部围岩进行固结灌浆。今后，还需要加强对该隧洞的监测，发现问题及时处理，避免隧洞出现裂缝、垮塌等事故的发生。

[1]王兴俊;;水利工程隧洞施工技术探讨[J];河南科技;2011年18期. 56-57

[2]贺光明;朱世杰;;特殊环境下漫水湾供水工程隧洞的施工监理[J];水电站设计;2006年01期.23-24

[3]李生宏,宫志群,张勇,马清秀;复杂地质条件下特大断面导流隧洞开挖与支护施工技术[J];铁道建筑技术;2002年05期.67-68

TV221.2

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1673-9000（2017）04-0072-02

2017-01-09

陈黎，（1979年-），男，贵州遵义，苗族，高级工程师，主要从事：水利水电勘测设计工作。