孫小利

(中國水利水電科學研究院 北京 100048)

1 工程及區(qū)域構造地質情況

某水電站是以發(fā)電為主的水電水利樞紐工程,工程等級為Ⅱ等大(2)型工程。電站裝機容量3×60MW,正常蓄水位以下庫容3.0×108m3。工程主要建筑物有泄洪(兼導流)洞、心墻堆石壩、溢洪道、引水隧洞、廠區(qū)樞紐、開關站等。其中右岸導流洞洞身段全長700m,斷面形狀為圓形,內(nèi)徑為10.0m。

從右岸導流洞樁號0+00～0+088施工開挖揭露的地質條件來看,圍巖巖性為三疊系各統(tǒng)地層。地層巖性主要為黃褐色中厚層長石石英砂巖、灰深灰色中厚層泥質粉砂巖及黑色薄層～中厚層粉砂質泥巖夾黑色薄層炭質泥巖。

圖1 右岸導流洞樁號 0+00～0+088

由于受北東向大斷裂帶的影響,右岸導流洞區(qū)發(fā)育有密集的多組次級斷裂,致使巖體結構復雜,多為不穩(wěn)定的Ⅳ類和極不穩(wěn)定的圍巖。在樁號0+00～0+088導流洞左側洞壁巖體以∠65°～68°的角度傾向洞內(nèi),巖層走向與此段段洞向接近平行。在右岸導流洞該段又有破碎帶形成的頂部4#沖溝經(jīng)過,再加上地下水作用,夾層炭質泥巖,遇水軟化,強度降低。因此,發(fā)生過多次可能造成重大傷亡事故的幾十～幾百m3的塌方。這些不利因素給完成施工帶來極大的難度、復雜性和安全風險。

2 特大塌方事件

水電站右岸導流洞開挖貫通時,在0+058～0+96m洞段發(fā)生了長38m、寬8m、高近20m的特大塌方,塌落最大高度約24m,松方在6000m3左右。嚴重影響在雨季后實現(xiàn)截流的工期目標,如不能妥善處理,發(fā)生了冒頂,還要延誤工期,增加施工成本,或有可能造成重大傷亡事故。

塌方穩(wěn)定后,地質工程師進入現(xiàn)場勘察,塌方體記錄如下:

(1)從導流洞下游方向查勘:在0+075m處,整個導流橫斷面被頂部整體塌下巖體給嚴嚴堵死,如像一道石閘門,堵住導洞的巖體呈N40ESE∠80°,見圖2。塌落體為灰色,深灰色厚層泥質粉砂巖,層面未見錯開。左壁巖層GN45WSW∠68°。在0+080～0+087m處,頂部約有2m厚的中厚層石英砂巖順著∠68°的斜坡面滑向導洞,原錨在頂部鋼管 (直徑1.5吋)也脫落下來。塌方處右側巖體則呈倒懸狀態(tài)。塌方體最大的石塊為L=2.2m、B=1.3m和H=1.25m,一般石塊為L=1m以上、B=1m和h=0.6m,約占30%～50%。

洞軸左側頂部有滴水,左側斜坡面 (巖面)較濕潤,見圖2。

圖2 從導流洞下游方向查勘的塌方情景描述圖

(2)從導流洞進口方向查勘:進口0+058處,右壁G N60W SW∠75°為黑色中厚層粉砂質泥巖,風化后呈葉片狀脫落母巖 (層間夾有薄層炭質泥巖)。左壁:黑色中厚層泥質粉砂巖,弱風化Ⅲ類,G N65WSW∠70°,頂部為泥質粉砂巖,塊狀。

(3)原安裝好的鋼拱架全被塌方體砸塌,并被埋住。

3 特大塌方的處理過程

當時組織施工各方根據(jù)對以上情況的分析,最初的指令為:

(1)堅決要求停止右壩肩的施工;

(2)分段逐步少量清理塌方碎石;

(3)在清理完塌方的洞段,架設鋼拱架,在支撐鋼拱架頂部和塌方空腔之間架設鋼管支撐,頂住巖石,然后在鋼拱架頂部澆筑混凝土,形成1米左右的保護層 (俗稱:戴帽),向前逐步推進。

在處理過程中,發(fā)生多次清理塌方碎石過量。最后一次將十幾米長洞段的塌方碎石一次全部清走,貫通了導流洞。在架設鋼拱架完畢和做好部分鋼管支撐之后,6月20號又在右岸泄洪洞K0+58～0+75.8發(fā)生5003～600m3的塌方,將剛安裝好的全部鋼拱架和鋼管支撐砸塌,險些發(fā)生重大傷亡事故。所幸在塌方數(shù)分鐘前洞中停電,在現(xiàn)場的十幾名人員已撤離,沒有發(fā)生傷亡。在這次塌方發(fā)生后,進洞勘查,還不時有石塊塌落,及頂部圍巖擠壓發(fā)出的巖石爆裂聲。

在這次塌方后,塌方段變得更加難以處理。為了防止塌方向進口段擴大,在塌方段上游端用鋼拱強行鎖口時,就有施工人員被落石劃傷。最為危險的是,在塌方洞段右側傾斜700,從塌方頂部斜插入洞底,50cm左右厚的巖層從中間破裂,向外鼓出,并且后部出現(xiàn)空腔。在十幾米外可以聽見在這塊巖層后部有小塊石頭滾落聲。如果不將這塊巖石處理掉,施工人員是不可能進入塌方段施工。施工方曾利用在塌方段開挖洞身的下半段的爆破震掉這塊危石,但沒有成功。

事后組織各方協(xié)商,堅持以人為本,堅定認為架設鋼管支撐的方案極不安全,一旦再發(fā)生塌方,施工人員無法躲避,而且架設鋼管價格昂貴,進度緩慢,增加再次塌方的幾率。改進施工方案為:

(1)對此次塌方后,塌方段形成的右側危懸巨石進行小裝藥爆破;

(2)堅持分段逐步少量清理塌方碎石;

(3)清理后,架設鋼拱架,不再做鋼管支撐。但在鋼拱架的下部安裝混凝土模板,澆筑保護層。人員在混凝土模板下施工,一旦再發(fā)生塌方,人員有逃生的機會。

此種施工方式進度快、安全和經(jīng)濟。施工方用1.5kg的炸藥將右側危懸巨石成功地炸掉。在按以上方式施工過程時,曾有多次落石砸在模板上,施工人員都得到了及時躲避。在雨季結速前,塌方段全部 “戴帽”完畢,未發(fā)生死亡事故,為按時截流提供了關鍵條件。翌年開始回填塌方段空腔。

4 經(jīng)驗和結論

根據(jù)以上成功的施工過程,認為:在如此復雜的地質環(huán)境和不利的巖體結構條件下,在雨季能夠安全和較快的成功處理了這種特大型塌方,而且此種處理塌方的方式有著推廣的意義。并且得出經(jīng)驗如下:

(1)要以人為本,安全第一,施工時必須給施工人員留有安全通道和安全屏障,有了安全保障后,施工的效率才會更高;

(2)在發(fā)生特大塌方時,應在隧洞塌方段圍巖穩(wěn)定后,盡快采取工程措施,防止塌方繼續(xù)擴大,造成更大的損失;

(3)盡量在雨季來臨之前完成隧洞開挖和塌方處理,以免從洞頂上的滲入的地下水給隧洞圍巖造成進一步的不穩(wěn),帶來更大的安全風險;

(4)處理這類特大型塌方時,施工方式要穩(wěn)妥安全,逐步逐段向前推進,少量除渣。實際上塌下來的石塊堆對塌方段的邊壁有支護作用。逐段支護和 “戴帽”,穩(wěn)中求快。

總之施工組織各方應根據(jù)現(xiàn)場發(fā)生的實際情況,不斷改進施工方式,采取安全、穩(wěn)妥和高效的處理方式,才能縮短處理這類特大型塌方的工期、節(jié)約費用和降低在塌方段再發(fā)生塌方的幾率。這樣才能保證工程工期目標的完成。