毛 進(jìn)， 趙 凱

(四川華電雜谷腦水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610091)

1 工程概述

古城水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣及汶川縣境內(nèi)的雜谷腦河上，屬雜谷腦流域水電規(guī)劃“一庫七級”開發(fā)規(guī)劃方案中的第七級梯級電站。古城水電站采用引水式開發(fā)，工程主要建筑物由首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和廠區(qū)樞紐組成。壓力管道主要由上平段、斜井段、下平段、支管段組成，主管總長257.3 m，支管總長121.8 m。其中斜井段長100.8 m(樁號為管0+035.9 ～管0+136.7)，角度為 60°，開挖斷面為8.2 m，鋼管內(nèi)徑為6.2 m。古城水電站壓力管道大規(guī)模開挖主要于5.12汶川特大地震后進(jìn)行，由于工程地處汶川縣境內(nèi)，受地震影響較大，加之工程地質(zhì)情況較差，斜井段受斷層帶影響，因而工程施工期的安全及運(yùn)行期的穩(wěn)定是古城壓力管道施工的一大難題。

2 壓力管道工程地質(zhì)情況

古城水電站壓力管道斜井段出露基巖為志留系茂縣群第三組(Smx3)絹云母千枚巖、絹云母石英千枚巖。(管)0+75.6～(管)0+110段為斷層及其影響帶，斷層產(chǎn)狀為 N70°W/NE∠10°～15°，起伏。斷層及其影響帶內(nèi)基巖軟化、泥化。

上平段及斜井段具體的圍巖分段及分類如下:(管)0+0～(管)0+75.6為絹云母千枚巖巖體，圍巖 類 別 為 Ⅳ 類;(管)0+75.6～(管)0+94.4為斷層上盤影響帶，圍巖類別為V類;(管)0+94.4～(管)0+95為斷層帶，圍巖類別為V類;(管)0+95～(管)0+110為斷層下盤影響帶，圍巖類別為V類;(管)0+110～(管)0+115為石英千枚巖巖體，圍巖類別為IV類。(管)0+115～(管)0+136.749為石英千枚巖夾薄～中厚層變質(zhì)砂巖，巖石中硬～堅(jiān)硬，圍巖穩(wěn)定性好，圍巖類別為Ⅲ類。

下平段巖石為志留系茂縣群第三組(Smx3)絹云千枚巖、灰色石英千枚巖、薄～中厚層變質(zhì)砂巖。其中:下平段(管)0+157m～(管)0+198巖體新鮮、較完整，巖石中硬～堅(jiān)硬，為Ⅲ類圍巖，局部圍巖穩(wěn)定性差;(管)0+198～(管)0+251巖體較完整，圍巖弱卸荷、弱風(fēng)化，上覆新鮮基巖較薄，圍巖類別為Ⅳ類。1#、2#、3#支管均處于斷層下盤影響帶中，巖石軟化、泥化，巖體呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)，為V類圍巖。

3 塌腔形成經(jīng)過

3.1 震前導(dǎo)井施工情況

震前，壓力管道斜井段開挖采取反井鉆機(jī)施工方法，于下平段及下彎管段開挖完成后進(jìn)行。反井鉆機(jī)安裝在上彎管位置，鉆進(jìn)時(shí)，先導(dǎo)孔φ216曾兩次穿越斜井并鉆進(jìn)至下管段，但均在反提鉆擴(kuò)孔φ1 400時(shí)于斷層處發(fā)生卡鉆，且第二次卡鉆時(shí)鉆桿扭斷，鉆頭卡于斷層帶管0+108處，不久鉆頭附近發(fā)生泥、石、水混合物塌方約300 m(圖1)。施工方最初沿第1次反井鉆機(jī)φ216先導(dǎo)孔進(jìn)行反向人工擴(kuò)挖，計(jì)劃從側(cè)面與第2次反井鉆反提的φ1 400擴(kuò)孔相接后將鉆頭取出。當(dāng)人工反向擴(kuò)挖完成38 m至管0+115處，由于偏心較大，未能從側(cè)面與卡鉆位置相接。

隨后，施工方在反井鉆下部導(dǎo)井鉆頭下方進(jìn)行了爆破作業(yè)，擬利用爆破產(chǎn)生的沖擊波疏通被堵塞的導(dǎo)井，但未達(dá)到預(yù)期效果。由于爆破震動(dòng)，于反井鉆頭附近發(fā)生泥、石、水混合物塌方約800 m3。此后，反井鉆頭一直位于斷層帶0+108處，直至震后人工正向開挖至該處才將鉆頭解體取出。

圖1 壓力管道及廠房后邊坡地質(zhì)剖面圖

圖2 壓力管道塌腔剖面圖

3.2 震后斜井大井?dāng)U挖揭示出的塌腔情況

2009年8月9日凌晨5時(shí)，壓力管道斜井掌子面放炮爆破，施工人員下井扒渣時(shí)發(fā)現(xiàn)掌子面管0+075.6正前方底部出露一條環(huán)向裂縫(約時(shí)鐘10點(diǎn)半至13點(diǎn)半弧長段)，從裂縫往里查看為一大坍腔(圖2)，根據(jù)導(dǎo)井下部出渣量及導(dǎo)井并未受到擠壓破壞的情況，判定該坍腔為震前導(dǎo)井施工時(shí)已形成，其塌方量應(yīng)為震前兩次坍塌過的泥化物質(zhì)約1 100 m3。2009年8月11日，承包人對坍腔內(nèi)進(jìn)行了初噴，封閉巖面，并初步測量了坍腔尺寸:深11 m，外口寬6 m，內(nèi)口寬8 m，最深處寬度為12～15 m，坍腔底部為松渣，穹頂約至管0+070樁號水平高程處。經(jīng)討論的普遍認(rèn)為，在導(dǎo)井開挖期，管0+075～0+115影響帶內(nèi)四周均有松散垮塌，附近圍巖已形成一松弛圈，伴隨下部垮塌，上部也相繼失穩(wěn)，從而形成了目前的塌腔。塌腔詳細(xì)情況及相對位置見圖3。

圖3 壓力管道塌腔橫斷面示意圖

4 塌腔處理方案

在后續(xù)擴(kuò)挖過程中，由于壓力管道斜井塌腔一直位于頂部正上方，給施工造成極大的安全隱患，對此，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工召開了多次會(huì)議，并針對處理方案進(jìn)行了若干次討論，最終確定了按以下步驟予以處理。

(1)為保證運(yùn)行期安全，對壓力管道斜井塌腔必須進(jìn)行回填。鑒于斜井?dāng)U挖已經(jīng)進(jìn)入斷層影響帶，圍巖類別為V類，自穩(wěn)性差，且塌腔位于頂部位置。在后續(xù)開挖中，為防止回填物自重給井圈造成擠壓變形，因此，將回填分為兩期實(shí)施。第一期只對管0+075樁號以下的坍腔進(jìn)行回填施工，回填至與開挖面相同水平高程為止。

同時(shí)，為防止塌腔內(nèi)穹頂受爆破松動(dòng)影響繼續(xù)失穩(wěn)，需對開挖掌子面上部進(jìn)行加固支護(hù)，方法為:從管0+067樁號處開始增加環(huán)向鋼支撐(I22工字鋼)，凈間距50 cm;10#槽鋼做縱向連接，連接槽鋼間距100 cm，連接位置錯(cuò)開50 cm;以C20鋼纖維噴混凝土對加固支護(hù)型鋼進(jìn)行噴護(hù)，噴護(hù)厚度為25 cm;環(huán)向鋼支撐支護(hù)范圍為樁號管0+067至管0+075樁號。

(2)一期回填施工完畢，再于塌腔內(nèi)架立工字鋼支撐住塌腔穹頂，在工字鋼腰部、靠近頂部位置分別以10#槽鋼水平連接，并對工字鋼底部再澆筑50 cm厚混凝土將豎向工字鋼支撐連接成為整體，同時(shí)預(yù)埋2趟混凝土管路及4根灌漿管，一直延伸至上平段，為后續(xù)回填混凝土及灌漿做準(zhǔn)備。為防止穹頂松散塊體從井圈裂縫落出，于裂縫處澆筑1 m厚混凝土封口將塌腔與井圈分割開。

(3)對于后續(xù)斷層影響帶擴(kuò)挖施工，采取弱爆破、短進(jìn)尺、初期支護(hù)緊跟作業(yè)面的方式:以超前大管棚(沿開挖方向)結(jié)合環(huán)向鋼支撐、掛網(wǎng)噴C20鋼纖維混凝土對新開挖井圈進(jìn)行固壁。

超前大管棚范圍設(shè)置于井圈頂部135°范圍內(nèi)，環(huán)向間距30 cm;長12 m，搭接長3 m。控制裝藥量，采取光面爆破，盡量減少對井圈圍巖的擾動(dòng)，每循環(huán)爆破溜渣完成后，立即掛φ8鋼筋網(wǎng)@20 cm×20 cm，并對周圍新開挖井圈進(jìn)行初噴C20混凝土封閉。環(huán)向鋼支撐每循環(huán)及時(shí)跟進(jìn)，鋼支撐凈間距為50 cm，并根據(jù)開挖情況進(jìn)行適當(dāng)加密，鋼支撐之間豎向連接采用10#槽鋼;再噴C20鋼纖維噴混凝土，厚25 cm。

對于塌腔回填物質(zhì)的選擇，起初存在兩種意見:第一種意見是直接采取混凝土回填，混凝土澆筑串漿也可對塌腔下部松散渣體起一定的固結(jié)作用;第二種意見是考慮混凝土自重較大，容易加大對下部井圈的壓應(yīng)力，建議采用塊石并結(jié)合灌漿進(jìn)行回填。在實(shí)際施工過程中，施工方從回填物質(zhì)的整體性考慮，認(rèn)為回填混凝土相對較好，故選擇了用混凝土進(jìn)行回填，同時(shí)對管0+075以下的環(huán)向鋼支撐間距進(jìn)行了再度加密，防止了回填混凝土自重對井圈的擠壓破壞。

(4)在壓力鋼管安裝完成后，壓力管道回填混凝土施工至樁號管0+075時(shí)，利用前期預(yù)埋的管路對塌腔的穹頂分別進(jìn)行了混凝土回填和回填灌漿，確保了塌腔的密實(shí)。

5 結(jié)語

古城水電站壓力管道斜井段塌腔經(jīng)過采取以上工程措施進(jìn)行處理，在壓力管道充水、機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)試中，內(nèi)部監(jiān)測數(shù)據(jù)反映整體穩(wěn)定，未發(fā)生任何異常，處理效果良好。對于斜井施工中的頂拱塌方和塌腔處理，采用加強(qiáng)支護(hù)、分期回填的方法是行之有效的，具有一定的借鑒意義。