昌马水库是甘肃省近年来修建的重点水利工程之一

昌马水库是甘肃省近年来修建的重点水利工程之一。其右岸的导流泄洪洞全长425．3 m，洞身长296．3 m，设计洞径8 m，开挖洞径9．5～10 m，为圆形有压洞。工程于1997年12月施工开挖，1998年10月16日贯通。1998年10月27日在0＋053～0＋074段原竖井部位发生冒顶塌方，冒顶岩体厚28m，并引发洞内0＋037～0＋125段岩体产生2～1 5m不等的塌方。塌方总量约18 500 m3。

1塌方体洞顶工程地质条件

塌方体洞顶岩性为奥陶系中统凝灰质角砾岩、凝灰岩、凝灰质砂岩，洞顶基岩厚32～5 2 m，岩层扭曲剧烈，断裂发育，岩层走向与洞线夹角10°～30°。洞内地质编录11条断层、227条裂隙、9条岩脉。可归并为5组结构面，倾角30°～60°。这些结构面相互切割影响，对洞室岩体稳定构成严重威胁，是造成这次冒顶塌方的主要原因之一。见图1、图2。

2塌方体抢险与处理方案确定

塌方事故发生后，首先进行事故抢险处理。先从冒顶口回填虚渣、后用C15混凝土封固冒顶口，同时在洞内塌方体两端围砌砖墙至洞顶，以控制塌方体蔓延扩大。而对塌方体处理方案的确定，应从塌方体规模、性质、工程地质条件、施工技术设备、进度和固结后2

次开挖等诸方面进行技术、经济的综合比较。为此，对以下3个方案进行了细致分析研究。

方案一：先从外围进行回填固结灌浆，后进行洞内开挖、衬砌和回填固结灌浆。

方案二：洞内灌浆方案。即采用手风钻、100型潜孔钻、锚杆钻从洞内塌方体两端进行水平钻孔灌浆，同时采取锚喷、钢拱架支撑等措施，进行分部开挖、衬砌。其特点是投入设备简单，辅助工程量小，要求技术力量弱。但工期长，而手风钻对大于20 m的深孔的接箍、操作方面存在许多技术难题，且施工安全和灌浆质量难以完全保证。好，施工场面相互干扰小。但成本高，工期长。

经比较论证，确定对塌方体先从外围进行回填固结灌浆，后进行洞内2次开挖衬砌和回填固结灌浆的处理方案。

3固结灌浆设计

3．1技术要求

（1）灌浆在2个序次、1次加密的原则下，采用无泵干钻的方法进行。不同序次相邻灌浆孔灌浆段间隔差距不小于10 m。

（2）孔位布置以洞轴线为基准，按排距3 m、排孔数5孔和6孔相间定位，孔间距3m，平面上呈梅花形布置。

（3）孔深要求洞身段控制在洞顶线以下2 m处，两侧控制在洞底高程1 950．0 m。3．2灌浆材料、压力、配合比

（1）灌浆材料：水泥使用存放时间不超过3个月，无受

潮结块的旋转窑425号普通硅酸盐水泥。砂粒选用质地坚硬的天然砂或人工砂，要求粒径≤2．5 mm，细度模数＜2，Wu≤3％，SO3含量≤1％，含泥量≤3％。灌浆用水为洁净无污染河水。

（2）灌浆压力：洞顶10 m线以上段最大灌浆压力0．3 MPa，洞顶10 m线以下灌浆压力0．4～0．6MPa。

（3）浆液的配比与变换：恰当适宜地变换浆液浓度，是将浆液最大限度地灌入塌方体的关键所在。灌浆应先稀后浓，逐级变换浆液浓度。开始时先用0．8∶1的纯水泥浆液。当一级浆液灌入量达300 L

或单位吸浆量大于100 L／m时，可变换下一级浆液浓度。当灌注砂浆不进浆时，更换为0．5∶1的纯水泥浆灌至结束。

浆液配比：纯水泥浆时，水∶水泥＝0．8∶1，0．6∶1，0．5∶1；水泥砂浆时，水∶水泥∶砂＝0．8∶1∶0．6，0．8∶1∶0．8，0．8∶1∶1，0．6∶1∶1。

3．3结束标准与封孔

固结灌浆在规定的压力下，当注入率不大于0．4 L／m时，持续灌注30 min，可结束该段灌浆工作。

最后一段灌浆结束后，采用“机械压浆封孔法”封孔。

4灌浆施工

（1）造孔：工程的实际情况是要尽量减少注入塌方体内的水量，以避免塌方体因浸泡而造成二次塌落。钻进采用无泵干钻和风动潜孔锤造孔相结合，钻孔为铅直孔，孔口定位按设计要求偏差不大于20cm。前期造孔时多发生塌孔，一般用砂浆或混凝土回填。Ⅱ序孔塌孔现象少见，未预埋花管。

（2）灌浆顺序和方式：钻灌顺序为孔口预埋管→待凝→钻孔-灌浆→测斜→封孔。

钻灌方式为分段下行式。方法采用孔口卡塞，自上而下循环灌浆法。

（3）施工注意事项及特殊情况处理：灌浆工作必须连续进行。若因故中断，必须马上处理，尽早恢复灌浆。如果中断超过30 min，应进行扫孔。

在灌浆过程中若发现冒浆时，视具体情况采用嵌缝、表面封堵、变浓浆液、降压、间歇灌浆等方法处理。发生串浆时，应变浓浆液或用砂浆，尽可能与被串孔一起施灌。

（4）灌浆排水：因采用干钻，灌浆时多用浓浆、砂浆，甚至用混凝土回填（如0＋114处灌浆孔其中一段注入混凝土1 200多t），故洞内未采取任何排水措施，少量灌浆渗水由下游砖墙底部渗出。

（5）灌浆成果：塌方体外部固结灌浆总计钻灌进尺8 800 m，灌入水泥约6 800 t，细砂3 000 m3，单位平均注入量755 kg／m。固结岩体40 000 m3，洞内虚渣9 000 m3。5质量检查

固结灌浆的质量检查以检查孔压水试验为主，结合取芯观察结石和波速测试、岩石抗压强度测试等进行综合评定。

（1）压水试验：采用单点法，试验压力0．5 MPa。要求灌浆后洞顶10 m线以下段透水率≤5 Lu。

（2）声波测试比较：灌浆前岩体纵波波速小于500 m／s，灌浆后波速为2 130～2 780 m／s，最高波速为3 290 m／s。下部开挖过程中，考虑到进度、安全等因素未再做弹性波测试。

（3）岩芯抗压、抗渗试验：钻孔岩芯饱和抗压强度5．2～7．6 MPa。岩芯标准圆柱体试件渗透系数≤5．0×10－6 cm／s。

（4）衬砌完成后，进行了洞内固结灌浆，其单位吸浆量为100～150 kg／m。

6固结灌浆分析与评价

固结灌浆历时6个月，共投入14台XY－2型钻机，英格索兰（XP600F、XP750E）空压机4台，灌浆搅拌机12台。

（1）钻灌方法：用C15混凝土封固冒顶口，采用无泵干钻和风动潜孔锤造孔，分序加密，钻一段、灌一段，经过边施工、边总结、边改进，有效控制灌浆压力，合理变换浆液浓度。其方法正确、措施得当、技术上可行、经济上合理。

（2）灌浆质量：根据对塌方体固结灌浆的竣工资料和测试成果的分析，认为固结灌浆质量达到了预期目标，满足下一工序——洞内二次开挖要求。

（3）灌浆效果：塌方体外部固结灌浆工程竣工后，即进行洞内二次开挖，采用管棚法施工。开挖过程中，除局部岩块松散外，掌子面多直立，甚至可形成负地形。说明这次灌浆加固围岩和胶结虚渣的效果良好。而经过截流后一年多的通水运行检验，证明这次采用固结灌浆的方法，对导流泄洪洞冒顶塌方事故的处理是成功的。

昌马水库导流泄洪洞塌方体处理的顺利完成，为大坝截流创造了条件，对确保水库建设总工期不变，起到了重要的作用。造成这次塌方事故的原因是多方面的，但Ⅳ－Ⅴ类围岩在洞室开挖后近6个月裸露和洞内未进行任何支护的条件下进行上部竖井开挖，是造成塌方事故的直接原因。因此，在隧洞开挖过程中，特别是对Ⅳ－Ⅴ类围岩的开挖，应采取“短进尺、多循环，弱爆破、强支护”的施工方法，乃至采取先灌浆、后开挖的方法，尽可能地将一切施工事故消灭在萌芽状态