王文學(xué)

(中國水利水電第五工程局有限公司 一分局,四川成都 610065)

1 概 述

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族、羌族自治州理縣境內(nèi)岷江右岸一級支流雜谷腦河上,是雜谷腦河梯級水電開發(fā)的龍頭水庫電站,水庫總庫容 1.353億 m3,調(diào)節(jié)庫容 1.189億 m3,具有不完全年調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī)容量為 195 M W,為單一發(fā)電工程。主要建筑物包括導(dǎo)流(放空)隧洞、泄洪隧洞、發(fā)電引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地下廠房系統(tǒng)。引水隧洞位于雜谷腦河右岸,全長 18.713 k m,斷面形式為馬蹄型和圓形兩種,主要為Ⅳ類圍巖,有少量Ⅲ類圍巖和Ⅴ類圍巖。

2 塌方情況及成因分析

2.1 塌方情況

隧洞開挖至樁號 13+058處發(fā)生塌方,隨后采取了格柵拱架的支護(hù)措施。由于在支護(hù)過程中洞頂不斷掉塊,施工人員的安全得不到保證,格柵拱架支撐到 13+060時即停止,持續(xù)掉塊的狀態(tài)延續(xù)了近 2個月,塌方一直延伸至 13+066處,13+058～13+060段的格柵拱架也被壓垮。塌方塊體充填了整個斷面并封閉了塌腔,據(jù)施工人員粗略測量,自左拱角至右邊墻形成一高度約 10 m的塌腔,為一大型塌方。塌方縱剖面情況見圖 1。

2.2 塌方成因分析

經(jīng)業(yè)主、設(shè)代、監(jiān)理和施工單位四方聯(lián)合進(jìn)行多次現(xiàn)場調(diào)查分析后認(rèn)為隧洞塌方主要是由不良地質(zhì)因素引起的。該塌方段地層巖性為炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)千枚巖,巖性軟,層間結(jié)合差;巖層總體產(chǎn)狀為 N 80°E/S W∠45°,洞軸線沿水流的方向?yàn)?43°,巖層傾下游,偏內(nèi)側(cè);該段發(fā)育一順層面的擠壓性斷層破碎帶,主錯帶寬約 4 m,破碎帶物質(zhì)為碎裂巖、糜梭角礫、石英團(tuán)塊等,大部分呈碎塊狀,巖體穩(wěn)定性很差,判定圍巖類別為Ⅴ類。

圖 1 塌方縱剖面示意圖

3 塌方處理方案及措施

3.1 塌方段處理方案一:大管棚法施工

3.1.1 支護(hù)型式

臨時支護(hù)采用“管棚 +鋼拱架 +系統(tǒng)錨桿 +鋼纖維噴射混凝土支護(hù)”的方法。支護(hù)工藝流程:管棚施工——鋼拱架架立——系統(tǒng)錨桿——20㎝厚鋼纖維噴射混凝土。

管棚參數(shù):管棚布置在拱部 180°范圍內(nèi),管棚間距為 0.4 m,布置 37根,管棚與洞壁夾角控制在 5°～8°,每根管棚長 15 m,均采用 φ 114 ×6熱軋無縫鋼管,每根管棚由三節(jié)組成,每節(jié)長 5 m,中間用 150 m m絲扣連接。鋼管內(nèi)放置等長度的 3×φ 22鋼筋束做加強(qiáng)筋,鋼筋束側(cè)布置一根 φ 25 P V C注漿管,鋼筋束布置情況見圖 2。管內(nèi)的加強(qiáng)筋接頭采用對焊焊接,在管壁上鉆孔,直徑 20 m m,梅花形布置,孔與孔間距為 200 m m。

圖 2 鋼筋束布置圖

灌漿參數(shù):采用加水玻璃的水泥漿液灌注,注漿初壓力為 0.5～1 M P a,終壓力力為 2～2.5 M P a,注漿半徑不小于 1 m。注漿結(jié)束后用 M 10水泥砂漿充填管口及管周圍的空隙。

鋼拱架的主要參數(shù):鋼拱架采用 I 20工宇鋼制作,間距 0.5 m。每榀鋼架底角各設(shè) φ 22、L=3 m的錨桿。相鄰鋼架用 φ 22鋼筋焊接,間距 1 m,每圈 20根。每榀格柵鋼架分 4個單元,單元間用鋼板綁焊連接,鋼板規(guī)格為 A 3、δ=10 m m。

系統(tǒng)錨桿:采用 φ 25鋼筋,L=4 m錨桿,間排距 1.5 m×1.5 m,梅花型布置。

鋼纖維噴射 C 20混凝土厚 20 c m。

管棚端部應(yīng)與格柵鋼架焊接,使鋼架與管棚共同形成棚架支護(hù)體系。止?jié){墻采用鋼纖維噴混凝土,混凝土厚 20 c m。

3.1.2 管棚施工工藝

(1)管棚施工順序。

首先對塌方部位的掌子面采用 C 20混凝土全斷面噴護(hù)封閉,厚度為 10 c m,然后架設(shè)工作平臺,測量放樣確定管棚的位置,架設(shè)鉆機(jī)。鉆孔施工采用高壓風(fēng)清管,置入加強(qiáng)鋼筋及灌漿管、注漿,清拆工作面轉(zhuǎn)入開挖及支護(hù)施工程序。

(2)施工程序說明。

封閉整個工作面的目的是使整個掌子面形成一個封閉狀態(tài),確保灌漿部位的密實(shí)度,防止灌漿時漿液竄漿至掌子面外而達(dá)不到預(yù)期的目的。由于該段垮塌松散體夾雜有大小不均的各類巖石,且?guī)r石的可鉆性在 5～6之間,因此,直接鉆孔后再放至管棚這種施工工藝無法實(shí)施,故采用 φ 110偏心錘跟進(jìn)管邊鉆孔、邊放置管棚的施工工藝予以完成,管棚鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后退出,將管內(nèi)碎石、粉塵用高壓風(fēng)消除,然后置入加強(qiáng)鋼筋及灌漿管于鋼管中,最后用止?jié){閥封孔灌漿,使管柵圓周50 c m范圍內(nèi)達(dá)到固結(jié)。

3.2 塌方處理方案二:超前小導(dǎo)管法施工

3.2.1 施工程序(圖 3)

圖 3 施工程序圖

3.2.2 施工方法

(1)打超前小導(dǎo)管,結(jié)合超前錨桿進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿。

采用超前小導(dǎo)管邊鉆、邊灌漿的施工方法,超前小導(dǎo)管選用 φ 48有孔鋼管,長度 L=4 m、6 m,環(huán)向間距為 30 c m,外仰角為 5°～8°,搭接長度不小于 1.5 m。加強(qiáng)鋼筋規(guī)格為 φ 25鋼筋,長度L=4 m、6 m。

(2)人工開挖上臺階并架設(shè)上臺階拱支撐。

采用人工鑿?fù)诜ㄩ_挖,上臺階預(yù)留土心以便施工,循環(huán)進(jìn)尺控制在 1 m之內(nèi) ,拱支撐采用 I 20工字鋼制作,拱支撐的中心間距為 0.5 m;工字鋼架設(shè)時要將兩榀拱支撐焊縫焊好,并用 2 c m厚的連接板加強(qiáng)連接;拱支撐安裝到位后及時焊接φ 25、環(huán)向間距為 50 c m的連接筋。

(3)下臺階開挖、擺設(shè)豎立撐。

仍然采用人工鑿?fù)诜ㄩ_挖,遇到大孤石時放小炮,每循環(huán)進(jìn)尺不超過 1 m。拱支撐采用I 20工字鋼制作,工字鋼間距與上臺階頂拱的工宇鋼間距一致,焊接牢固;豎支撐安裝連接后,仍采用φ 25鋼筋將其連接成一個整體。

(4)打鎖腳錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土。

普通徑向鎖腳錨桿在一定程度上起固定拱腳的作用,選用 φ 25鋼筋,長度一般控制在 3 m以內(nèi),將露出部分的長度控制在 20～30 c m,并將露出部分與型鋼的拱腳焊接牢固。網(wǎng)片采用 φ 6.5鋼筋制作,間距@20 c m×20 c m,鋼筋網(wǎng)應(yīng)鋪設(shè)在縱向連接筋與巖面之間,與圍巖的間隙不大于 5 c m,同時將鋼筋網(wǎng)通過焊接與型鋼連接為整體?；炷羾娮o(hù)厚度為 20 c m,噴射混凝土面必須保證平整,最好將整個第一次支護(hù)的受力骨架覆蓋,使第一次支護(hù)形成一個受力整體。

4 塌方處理方案的比較及選擇

施工造價比較:如果采用大管棚法施工,每進(jìn)尺一延米造價約 3萬元;采用超前小導(dǎo)管法施工,每進(jìn)尺一延米造價約 1.5～2萬元。

從施工難度考慮,采用大管棚法施工需要大型設(shè)備。因鉆機(jī)工作平臺為洞渣填筑,其頂部滲水較嚴(yán)重,鉆機(jī)在斜坡上就位困難,鉆孔方向不易控制,洞渣在鉆機(jī)振動力作用下產(chǎn)生下沉現(xiàn)象,加之塌方體內(nèi)巖性軟硬不一,體內(nèi)被埋的格柵鋼架對鉆進(jìn)影響較大。致使鉆頭和套管經(jīng)常被卡,施工難度較大;采用超前小導(dǎo)管法施工不需要大型設(shè)備,可以及時組織材料、人員進(jìn)行施工,基本不存在造孔難、鉆孔方向不易控制的問題。

通過上述比較得知,超前小導(dǎo)管法的優(yōu)點(diǎn)顯而易見。具體實(shí)施過程中,用淺孔、小炮分區(qū)進(jìn)行,導(dǎo)洞高度約為 3.5～4 m,頂部采用超前錨桿、注漿小導(dǎo)管或灌漿固結(jié)支護(hù),型鋼支撐跟進(jìn)支護(hù),待導(dǎo)洞通過塌方段后再進(jìn)行下部開挖,并將該部分型鋼與上半部分焊接牢固。

5 施工效果的分析與評價

由于該工程塌方段工程地質(zhì)條件差、成洞困難,采用超前小導(dǎo)管法施工,鋼拱架與噴錨網(wǎng)噴構(gòu)成了縱、橫向整體的支護(hù)體系,阻止和限制了圍巖變形,被加固的圍巖與支護(hù)共同受力,從而進(jìn)一步提高了“圍巖——支護(hù)體系”的承載能力。施工過程中未發(fā)現(xiàn)工宇鋼支撐發(fā)生變形,進(jìn)展較為順利,共計(jì) 31 d即完成了整個塌方段的處理,至目前為止未見任何異常情況,效果較為理想。