趙龍飛，范 萍，李 越

（中國葛洲壩集團(tuán)三峽分公司瀘定水電站施工項(xiàng)目部，四川 瀘定 626100）

0 概述

瀘定引水隧洞緊接進(jìn)水口布置，共2條，分別為1、2號(hào)引水洞，中心間距為55 m。引水隧洞進(jìn)口0+000～0+020為方變圓的漸變段，之后為Y1、Y2型圓形斷面，開挖直徑分別為17.0、17.4 m，是目前國內(nèi)在建的開挖斷面最大的地下引水工程。

地質(zhì)資料顯示，2號(hào)引水洞K0+323～K0+405為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，其中K0+323～K0+360為Ⅳ類偏弱，介于Ⅳ類與Ⅴ類之間；而K0+360～K0+405為Ⅴ類圍巖，巖體裂隙發(fā)育，塊度小，并發(fā)育有斷層及擠壓破碎帶，圍巖穩(wěn)定性差。

根據(jù)專項(xiàng)施工方案，Ⅳ、Ⅴ類圍巖均采用了短進(jìn)尺、弱控制爆破及鋼格柵加強(qiáng)跟進(jìn)支護(hù)的綜合施工措施，由于受陡傾角、大斷層等地質(zhì)因素影響，2009年5月6日18：30在開挖掌子面噴護(hù)封閉過程中， K0+401.5頂拱位置發(fā)生塌方。

1 應(yīng)急處理

1.1 開挖調(diào)整

為減少對(duì)塌方段的擾動(dòng)、防止變形的進(jìn)一步擴(kuò)大，結(jié)合地質(zhì)情況從塌方之日起，現(xiàn)工作面暫停開挖施工。2號(hào)引水洞K0+410～K0+524.5的開挖從2號(hào)施工支洞進(jìn)入，由下游向上游方向進(jìn)行；而K0+400～K0+410段開挖，待塌方處理完成后，從1號(hào)施工支洞進(jìn)入，由上游向下游方向進(jìn)行。

1.2 回填加固

為減少變形空間、 防止塌方及變形的繼續(xù)擴(kuò)大，對(duì)K0+370～K0+400采取緊急從其他部位調(diào)運(yùn)石渣的方式進(jìn)行了回填，回填石渣采用20 t自卸汽車運(yùn)輸進(jìn)洞，卸車后采用ZL50裝載機(jī)配合CAT300反鏟進(jìn)行堆碼，堆碼高度不小于4.5 m。

1.3 變形監(jiān)測(cè)

為全面掌握該洞段的圍巖變形情況，并為后續(xù)的處理提供基礎(chǔ)分析資料，從5月7日開始，專業(yè)人員對(duì)該洞段每天進(jìn)行3次錨桿應(yīng)力及收斂變形的監(jiān)測(cè)。

2 加固處理措施

為防止變形破壞的繼續(xù)擴(kuò)大，確保已完成支護(hù)段格柵拱架的穩(wěn)定和安全，瀘定水電站施工項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)察看后決定，先對(duì)K0+323～K0+400段進(jìn)行加固處理；同時(shí)，在整個(gè)加固處理過程中，根據(jù)圍巖及變形情況，按先急后緩、先Ⅴ類后Ⅳ類的原則進(jìn)行。

2.1 加固處理工藝流程

K0+323～K0+400加固處理工藝流程：加強(qiáng)錨桿鉆孔→清孔驗(yàn)收→錨桿安裝→錨桿注漿→預(yù)固結(jié)灌漿施工→排水孔施工。

2.2 加強(qiáng)錨桿施工

錨桿采用氣腿鉆造孔，孔徑48 mm，孔深850 cm，間排距100 cm×100 cm，與已施工的錨桿交錯(cuò)布置。錨桿為直徑32 mm、長900 cm螺紋鋼，外露50 cm。錨桿角度要求與開挖面垂直，孔位偏差不大于10 cm，孔深偏差值不大于5 cm。

錨桿注漿采用P.O42.5R普通硅酸鹽純水泥漿液，水灰比基本范圍為0.5～0.6。水泥漿隨拌隨用，拌制均勻，防止石塊或其他雜物混入，錨桿注漿后3 d內(nèi)，在漿液凝固前嚴(yán)禁敲擊、碰撞及拉拔錨桿。

根據(jù)加固及處理要求，為及早發(fā)揮錨桿的作用，并為緊跟的預(yù)固結(jié)灌漿盡早提供施工工作面，本次加強(qiáng)錨桿施工遵循邊成孔、邊驗(yàn)收、邊插錨桿及注漿的工藝思路。即：每成孔1個(gè)，驗(yàn)收安裝1個(gè)。

2.3 預(yù)固結(jié)灌漿施工

本次灌漿是在應(yīng)急情況下進(jìn)行的，而且是在洞身混凝土襯砌施工前?？紤]到灌漿壓力對(duì)已成形洞段安全、穩(wěn)定的影響，壓力以不破壞已支護(hù)鋼格柵拱圈為原則，因此將本次的固結(jié)灌漿暫定為預(yù)固結(jié)灌漿。

（1）鉆孔。預(yù)固結(jié)灌漿孔采用氣腿鉆機(jī)造孔，孔徑48 mm，孔深入巖8 m，間排距3 m。鉆孔孔位要求偏差不大于10 cm，孔斜不大于2%，孔深應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）鉆孔沖洗。因2號(hào)引水洞0+323～0+400段為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，而且中間還有大的斷層，采用壓力水沖洗鉆孔，不利于洞室穩(wěn)定；因此，在預(yù)固結(jié)灌漿鉆孔結(jié)束后，采用壓力風(fēng)敞開孔口的方式對(duì)鉆孔孔壁進(jìn)行沖洗，直至孔內(nèi)沉渣小于10 cm結(jié)束。

（3）灌漿。由于加固施工的時(shí)間緊迫，為此預(yù)固結(jié)灌漿按環(huán)間分序逐排灌注法施工，全孔不分段一次性灌漿，孔口循環(huán)灌漿法灌注。為防止灌漿壓力過大而對(duì)已支護(hù)的拱架造成破壞，灌漿壓力定為0.2 MPa。預(yù)固結(jié)灌漿采用純水泥漿，水灰比采用2∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1 四個(gè)比級(jí)， 開灌水灰比為 2∶1。預(yù)固結(jié)灌漿按規(guī)定水灰比由稀至濃逐級(jí)變換。當(dāng)某一級(jí)漿液的注入量大于300 L或灌注時(shí)間達(dá)1 h而灌漿壓力或注入率均無顯著改變時(shí)，應(yīng)改濃一級(jí)灌注；當(dāng)某一級(jí)漿液的注入率大于30 L/min時(shí)，可越級(jí)變濃。灌漿采用自動(dòng)記錄儀進(jìn)行注入率測(cè)量記錄，在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min時(shí)，連續(xù)灌30 min即可結(jié)束。

2.4 排水孔施工

考慮到汛期山體滲水對(duì)洞室的安全威脅，在2號(hào)引水洞K0+323～K0+400段上層增設(shè)排水孔。除對(duì)現(xiàn)有滲水部位先行鉆孔排水外，其余部分排水孔在預(yù)固結(jié)灌漿施工完成后緊跟進(jìn)行。

排水孔采用YT28氣腿鉆機(jī)造孔，孔徑48 mm，孔深6.0 m，間排距5 m×5 m。排水孔造孔完畢并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，裝入φ40 PE管，并將管內(nèi)的水引入洞身兩側(cè)的排水溝。

3 塌方段處理措施

3.1 施工程序

噴混凝土封閉跨塌掌子面→第一次超前小導(dǎo)管施工→第一次預(yù)固結(jié)灌漿→第二次超前小導(dǎo)管施工→第二次預(yù)固結(jié)灌漿→第三次超前小導(dǎo)管施工→第三次預(yù)固結(jié)灌漿→超前錨桿施工→管棚施工→掌子面開挖→鋼格柵安裝→掛鋼筋網(wǎng)→噴護(hù)C25混凝土→待凝→空腔回填。

3.2 掌子面封閉

為確保坍塌體小導(dǎo)管的施工及提高垮塌堆積體的固結(jié)效果，盡量減少灌漿過程中漿液的溢出，垮塌面噴護(hù)10 cm厚的C25混凝土進(jìn)行封閉。

3.3 小導(dǎo)管施工

坍塌掌子面噴護(hù)混凝土封閉后，在沿設(shè)計(jì)開挖輪廓周邊向前方的圍巖內(nèi)施作帶孔小導(dǎo)管，并通過小導(dǎo)管向坍塌體內(nèi)注漿；從而將水泥漿與垮塌堆積體膠結(jié)成一個(gè)整體 （拱圈）；防止處理過程中的滑移，并為后續(xù)施工提供保護(hù)。

（1）小導(dǎo)管制作。小導(dǎo)管采用φ38鋼管，壁厚3.5 mm、長6.0 m，前段加工成尖錐形，鋼管每隔20 cm鉆1個(gè)直徑8 mm小孔，小孔交錯(cuò)布置。

（2）小導(dǎo)管鉆孔、安裝。對(duì)掌子面垮塌處的第一次固結(jié)直接采用氣腿鉆將小導(dǎo)管沿設(shè)計(jì)輪廓線外直接打入，外傾角10°左右，小導(dǎo)管環(huán)向間距30 cm；第二、三次因第一次固結(jié)無法直接將小導(dǎo)管打入；故先用氣腿鉆機(jī)成孔，再安裝導(dǎo)管。第二次仰角25°左右、第三次仰角45°左右，環(huán)向間距均為30 cm。

（3）注漿。小導(dǎo)管注漿采用水灰比 1∶1純水泥漿，漿液中摻入6%SW早強(qiáng)劑，以減少待凝時(shí)間；注漿壓力0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。為避免串漿，每鉆完1孔及時(shí)由下向上、由里向外注漿?？紤]到垮塌區(qū)的特殊情況，對(duì)垮塌區(qū)域通過上述3次小導(dǎo)管灌漿進(jìn)行固結(jié)，從而在更大程度上確保掌子面的巖體穩(wěn)定。

3.4 超前錨桿施工

對(duì)坍塌體灌漿完畢后，沿上層開挖輪廓線環(huán)狀布置超前錨桿，間距20 cm。超前錨桿采用φ32、長6.0 m螺紋鋼，第一層沿隧洞徑向10°，第二層沿隧洞徑向30°，每個(gè)循環(huán)間搭接不小于5 m。超前錨桿布置于整個(gè)塌方區(qū)及影響區(qū)。

3.5 管棚施工

由于本此掌子面上方坍塌的高度較大，兩層超前錨桿的承載力有限。為確保掘進(jìn)安全，擬在兩層超前錨桿間再增設(shè)1排小管棚，管棚采用φ38鋼管，壁厚3.5 mm，長6.0 m，孔距30 cm。鋼管每隔20 cm鉆1個(gè)直徑為3～5 mm的小孔，管棚每個(gè)循環(huán)之間搭接不小于5 m，氣腿鉆造孔，人工下管安裝，灌漿采用1∶1純水泥漿，漿液中摻入6%SW早強(qiáng)劑，灌漿壓力初步定在0.1～0.3 MPa。

3.6 垮塌區(qū)開挖

從塌方后掌子面外堆積的石渣形狀看，塌方主要是在掌子面正前上方，而兩側(cè)則相對(duì)較穩(wěn)。因此，對(duì)坍塌區(qū)采取核心土法的開挖方式 （直至完全跨越斷層），即在固結(jié)灌漿和超前支護(hù)完成后，先分別開挖左右兩側(cè)Ⅰ區(qū)巖體 （見圖1），中間部分石渣先預(yù)留，兩側(cè)墻支護(hù) （包括鋼格柵、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等）完成后，再清理中間Ⅱ區(qū)石渣，并隨即對(duì)拱頂進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)。

為了防止Ⅰ區(qū)開挖時(shí)，Ⅰ、Ⅱ區(qū)交界的石渣向下滑落，在Ⅰ區(qū)開挖每進(jìn)尺1個(gè)循環(huán)后，立刻對(duì)Ⅱ區(qū)的外露面噴3～5 cm厚混凝土進(jìn)行封閉；在分循環(huán)進(jìn)行石渣清理時(shí)盡量減少對(duì)堆積的塌方體的擾動(dòng)，并將每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.3～0.5 m以內(nèi)。另外，為了防止塌方段處理完畢后因地質(zhì)原因造成格柵頂部下沉而侵占混凝土襯砌斷面，本次清理時(shí)在原設(shè)計(jì)開挖斷面的基礎(chǔ)上擴(kuò)挖20 cm，從而為鋼格柵受壓后的變形預(yù)留出了空間。

采用核心土法開挖時(shí)， 兩側(cè)Ⅰ區(qū)掌子面開挖寬度為4.55 m；中間Ⅱ區(qū)開挖寬8.7 m。塌方區(qū)的開挖方法見圖1。

3.7 鋼格柵制作、安裝

圖1 2號(hào)引水洞0+401.5塌方開挖分區(qū)

（1）鋼格柵制作。鋼格柵斷面為20 cm正方形，4根立柱均采用φ32螺紋鋼，4個(gè)花面采用φ28螺紋鋼，箍筋采用φ25螺紋鋼，間距30cm。上層全斷面分3節(jié)加工制作，節(jié)與節(jié)之間采用角鐵通過螺栓連接，鋼筋幫條焊接加固。

（2）鋼格柵安裝。從目前塌方的掌子面開始安裝鋼格柵，直至完全跨越斷層。鋼格柵連續(xù)安裝，榀間不留空隙；榀間設(shè)置φ32螺紋鋼縱向連接，環(huán)向間距1 m；鋼格柵固定采用長9.0 m、φ32螺紋鋼錨桿，環(huán)向間距1 m。鋼格柵拱腳必須安放在牢固的基礎(chǔ)上，軟弱地段在鋼筋拱架基腳處設(shè)槽鋼以增加基底承載力，架立時(shí)垂直隧洞中線。當(dāng)鋼拱架和圍巖之間間隙過大時(shí)設(shè)置混凝土墊塊，用混凝土噴填。

3.8 掛網(wǎng)噴混凝土

掛網(wǎng)噴混凝土在格柵拱架安裝和固定錨桿完成后進(jìn)行，掛網(wǎng)采用φ6.5圓鋼，網(wǎng)目規(guī)格15 cm×15 cm。噴護(hù)C25混凝土，直至將格柵空隙全部噴平。

3.9 坍塌區(qū)空腔的回填

由于本洞室為有壓洞，為確保安全運(yùn)行，需在安全支護(hù)通過坍塌部位后，對(duì)塌方頂部空腔進(jìn)行回填處理。為了保證回填密實(shí)，同時(shí)又對(duì)超前支護(hù)時(shí)所形成的拱圈不產(chǎn)生破壞，因此采用流動(dòng)性較好而質(zhì)量較輕的M30砂漿回填。

4 結(jié)語

瀘定水電站2號(hào)引水洞塌方段處理順利結(jié)束，處理過程中再未發(fā)生新的塌方，也未出現(xiàn)任何安全事故。所采取的引水洞變形加固及塌方處理方案的實(shí)施取得了成功，但以下幾個(gè)問題應(yīng)予注意：

（1）塌方處理方案的選擇，應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)條件的變化做出合理的調(diào)整，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和安全等方面進(jìn)行綜合考慮做出決定。

（2）塌方處理過程中，應(yīng)加強(qiáng)錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)、洞室收斂監(jiān)測(cè)；以隨時(shí)掌握塌方影響區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力變化，為后續(xù)的處理提供基礎(chǔ)資料，也有利于保護(hù)塌方處理人員及設(shè)備安全。