引水隧洞塌方处理

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探引水隧洞塌方处理初探罗亚伟(中国水利水电第七工程局三分局成都·温江611130）摘要：本文介绍了色尔古电站炭质千煤岩引水隧洞发生大体积塌方后，采用小导管固结，工字钢加挂网支护、自进式锚杆锁定等方式，顺利、安全、成功高效地克服了塌方体长度长、塌方高度大、炭质千煤围岩岩遇水软化暴露空间易继续发生塌方等施工难题，且对受塌方影响其上下游支护严重扭曲变形洞段进行了成功的处理，解决了安全隐患突出、工期紧等施工难题和矛盾，可供类似工程借鉴、参考。关键词：大面积塌方；小导管固结；工字钢支护；挂网喷护；前言色尔古水电站引水隧洞布置于黑水河右岸，引水至赤不苏沟沟口上游左岸地下厂房发电，引水隧洞全长约10.191km，断面为圆形，内径9.0m，进水口底板高程EL.1849.0m，引水隧洞全线采用钢筋混凝土衬砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩段的衬砌厚度分别为40cm、50cm、80cm。Ⅳ、Ⅴ类围岩段周边进行固结灌浆，隧洞进行顶拱回填灌浆。本标所承担修建的首部枢纽工程和引水隧洞K0-005m～K1+880.00m段工程的施工；其中1#施工支洞总长466.5m，支洞和主洞相交桩号为：K0+841，上游引水隧洞长度为846m，下游引水隧洞长度为1039m。2007年10月29日上午7:40分1#支洞上游混凝土衬砌工作面发生大规模塌方，塌方桩号为K0+135～K0+175，共约40m，石碴将整个洞室完全封死，从塌方体外侧看不到顶部空腔。塌方发生后，经过仔细论证，发现该部位处理有以下施工难点和需要克服的问题：1）塌方体长度较长，达到40m；2）塌方高度较大，根本不知其空间有多大，且本

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探段有渗水，围岩为炭质千煤岩，遇水软化，暴露空间易继续发生塌方，处理过程极易继续发生塌方，安全隐患大；3）受塌方影响范围广，其上下游已支护的工字钢变形、扭曲，尤其是下游侧，扭曲变形严重部位长度达到10m，变形较小部位长度达到60m，说明受塌方影响极大，如若清理塌方石碴则存在极大的安全隐患；通过技术方案比较采用小导管固结，工字钢加挂网支护、自进式锚杆锁定等方式顺利完成塌方处理，取得理想的效果，现总结如下：1、塌方处理方案1.1塌方原因分析该洞段围岩为V类，岩性为碳质千枚岩、砂质千枚岩，岩石破碎并有地下水渗透，卸荷相对强烈，碳质岩遇水易软化，自稳能力极差，在塌方洞段上游进行砼浇筑后应力重新分布，塌方前预兆极为不明显，以上情况是本次塌方发生的主要原因。1.2塌方情况塌方体上下游围岩均为V类，塌方体将整个洞段完全封闭，同时扰动上游3m，下游10m范围初期支

护的工字钢扭曲变形较为明显，此范围之外的洞段不同程度发生变形。通过6m钻杆施钻对塌方体下游侧顶部石碴的探测，钻杆钻尽钻头仍然在塌落石碴内，说明开挖线以上石碴厚度大于5m。1.3塌方体影响段处理待塌方洞段围岩基本稳定，不再发生较大体积垮塌时，着手进行塌方影响段处理。塌方影响段已全断面开挖支护，为减小加固施工处理高度，用石碴将下导坑填平到原上导坑支护拱脚的位置（下半洞160°范围），这样自制的加固施工台车和岩面之间的距离减少，降低支护高度，增加施工安全性。然后对塌方部位前后段受到影响的地段进行固结加固处理，主要是1#洞上游K0+180~K0+240m段，共计60m，采取拱顶140°范围进行6m深的径向小导管固结灌浆，小导管制成花管形式，梅花型布置，纵环向间距1.5m，安装小导管前必须由现场技术人员验收孔深、孔斜、孔位和管长，小导管灌浆先进行试验孔施工，由试验人员现场

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探旁站，根据吃浆和周围岩体变化情况确定后期灌浆参数，为保证固结效果和质量，对初期支护喷射砼已经开裂的部位进行补喷。根据现场时间情况在影响段破碎部位增加L＝6m深的自进式锚杆，同时加工“L”型φ22钢筋将自进式锚杆和工字钢满缝焊接牢固。具体见下图。塌方锁口段桩号下游侧为K0+180～0+174m和上游段K0+135～132m段，下游段工字钢扭曲变形较大，顶部围岩受塌方体影响呈碎块状堆积，必须对该段进行加强处理方可保证塌方处理施工安全。为了保证塌方处理安全，在该洞段施工小导管前先增加6～8榀I20b工字钢支撑，工字钢架设在变形严重和塌方处理起始点部位，工字钢架设完毕后再施钻小导管。小导管型号为ф50的无缝钢管，长度L=6m，环向间距20cm，上层倾角30°～45°（该导管角度是否可以放大到45°，保证固结范围、效果，同时也在搭接长度范围之内），下层纵向倾角10°～15°左右，基本保证上下两层钢管前端位于同一截面上。纵向2.5m一个循环，最小搭接1.7m；为保证固结效果和质量，对初期支护喷射砼已经开裂的部位进行补喷。影响段破碎部位增加L＝6m深的自进式锚杆进行局部加固，锚杆施钻角度为径向。锁口部位支护见下图：

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探1.4塌方段处理塌方处理前，首先检查锁口段支护是否有效，确认安全的情况下再开始塌方体部位的处理。由于本塌方体塌方空间过大，石碴堆积高度较大，如果采取清除石碴，则对已经基本稳定的塌方体将会产生新的扰动，开挖过程安全隐患大，同时塌方体处理安全隐患极大，施工人员安全没法保证。为此四方会议讨论采用支

护时将石碴开挖尺寸比初期支护断面大0.5～0.55m支护，该方法采用钢拱架+挂网+喷护+系统锚杆和超前小导管联合支撑的方式进行处理。开挖支护程序如下图：～6m～8m1.4.1塌方体开挖前的准备待影响带加固处理完成毕稳定后，从1#洞上游K0+175未坍塌处（工字钢坍塌末端后退3～4米）对塌方松碴体方向进行双层超前小管棚固结灌浆，小导管型号为ф50的无缝钢管，长度L=6m，环向间距20cm，上层纵向倾角30°～45°（该导管角度是否可

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探以放大到45°，保证固结范围和效果），下层纵向倾角10°～15°左右，基本保证上下两层钢管前端位于同一截面上。纵向2m一个循环，最小搭接1.7m；待灌浆强度达到要求后，按照1.0m左右的进尺进行塌方体开挖，开挖过程中必须保留核心土，分台阶、分块实施，并及时进行下导坑支护。1.4.2塌方体开挖1.4.2.1顶部开挖塌方体开挖首先从石碴顶部开始，顶部开挖最大高度控制在2m左右，开挖采用风镐凿除，凿除深度控制在0.5m左右，边开挖边对开挖面进行素喷砼。人工开挖的大量石碴采用液压小反铲钩除，减少人工清理碴量。1.4.2.2两侧开挖在顶拱支护完成，同时中心临时钢支撑加固完成后，两侧首先采用液压反铲将大量石碴挖除，在靠近工字钢架设位置人工采用风镐凿除已被固结的侵占开挖断面的石碴，开挖过程中及时对岩面进行素喷砼。1.4.3工字钢制安采用双榀I20b型工字钢合成一榀进行支护，工字钢纵向中心距离为0.8m（双榀与双榀之间），双榀工字钢之间采用40cm，φ22钢筋焊接连接成整体，外侧采用1.2m，φ22钢筋将双榀工字钢连接成整体，并在工字钢背侧布设ф12的钢筋网片，钢筋网规格10×10cm。在工字钢和网片安装完成后，喷护20cm后的C20砼。开挖封闭完成后及时架设工字钢I20b，工字钢之间采用螺栓连接，架设完成的工字钢连接节点处上下各设置1对L=9m，φ32自进式锚杆对工字钢进行加固，自进式锚杆和工字钢之间采用垫板与工字钢满焊连接。1.4.4小导管施工小导管型号为ф50的无缝钢管，长度L=6m，环向间距20cm，上层纵向倾角30°～45°（该导管角度是否可以放大到45°，保证固结范围和效果），下层纵向倾角10°～15°左右。首先在加工场地将小导管端头加工成锥型，同时在导管壁上按照4孔/20cm制成花管。施工时首先采用气腿钻L＝6m深的孔，在钻头抽出后及时安插小导管，小导管采用气腿钻作为推进、安插动力。具体施工方法见下图。

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探2、实施效果评价施工中严格按照措施要求进行支护施工，在支护过程中存在6～10cm沉降，在边拱支护完成后通过再次测量，沉

降基本没有，说明本次支护达到预定的目标。本次处理时间比既定的时间提前10天，取得圆满结果。3、措施保证1）严格按照塌方处理领导小组安排的人员加强现场管理力度，跟班作业，及时解决问题，确保施工按照每天的计划执行；2）加强于业主、监理和设计的联系，及时确定支护参数方案，保证各个工序施工连贯有序进行；3）建立奖惩措施，按旬进行考核，考核指标现场定，按计划完成部分及时奖励，否则对等进行惩罚；4）加强专人安全监控，安全监控涉及整个施工作业面，对隐患大的部位加强监控力度；5）为保证计划顺利实现，贮备足够的施工材料和配件。

2008年9月20日引水隧洞塌方处理初探4、结束语本次塌方在业主、监理的帮助下，项目部采取的措施得当，同时抓循环、抓落实，以最短的时间完成了塌方处理，为工程争取了时间，但以下几方面仍值得我们改进和提高：1、结合本工程围岩为炭质千煤岩的特性，上下半洞开挖时宜将上半部分开挖多一点，剩余约120°范围的的下半洞随后开挖，同时将腰线以下的部位适当扩挖，将钢支撑延伸到下半洞开挖线以外，以减少下半洞开挖对上半洞初期支护体的扰动；2、塌方处理过程中可以增加径向小导管对顶部石碴进行加厚固结。