【摘要】本文對新疆克州蓋孜河流域布侖口-公格爾水電站導(dǎo)流隧洞工程施工過程中的塌方冒頂原因作了詳細(xì)分析，介紹了采用超前砂漿錨桿、噴錨、型鋼桁架、管棚、鋼筋砼支護(hù)等方法，較好的解決了隧洞開挖支護(hù)問題，可供工程實踐參考。

【關(guān)鍵字】水電站；隧洞；塌方；地質(zhì)分析；處理

1 工程概況

布侖口—公格爾水電站工程位于新疆克爾柯孜自治州阿克陶縣境內(nèi)的蓋孜河上，壩址樞紐區(qū)距喀什市153km、距阿圖什市192km、距阿克陶縣城100km，電站位于壩址樞紐區(qū)下游約19km。工程區(qū)沿線有314國道(中巴公路)通過，另外南疆鐵路通到喀什市，本工程對外交通比較方便。

布侖口－公格爾水電站工程是一項具有灌溉、發(fā)電、防洪和改善生態(tài)等綜合利用效益的大（2）型水電站工程，布侖口水庫是蓋孜河中游河段的龍頭水庫，也是該河唯一具有多年調(diào)節(jié)性能的控制性水庫。所屬公格爾水電站是蓋孜河中游河段的第一個梯級電站。水庫正常蓄水位3290.00m，總庫容6.44億m3，正常蓄水位下庫容5.267億m3，死水位3280.00m，最大壩高35m。其電站裝機(jī)容量200MW，保證出力69.8MW，多年平均有效發(fā)電量6.73億kW?h；布侖口水庫具有多年調(diào)節(jié)性能，其電站可參與系統(tǒng)調(diào)峰。

導(dǎo)流洞的概況：導(dǎo)流洞的作用是做導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞隧洞之用，其樁號為0-005.000～0+407.571，長412m，圍巖類別為Ⅳ類，洞身段為有壓隧洞，洞直徑4.8m，采用C25鋼筋砼襯砌，襯厚1.2m，縱坡i=1/119.1。

2 導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)條件及塌方冒頂原因

導(dǎo)流隧洞的地質(zhì)巖性：洞線穿越地層結(jié)構(gòu)松散，膠結(jié)性弱，穩(wěn)定性差，基巖蝕變較重（蝕變巖巖性較松軟，吸水性強(qiáng)，易軟化、風(fēng)化、泥化，且蝕變輕重和富集程度常不規(guī)則，邊界不明，多呈混雜、漸變狀），涌水、節(jié)理裂隙發(fā)育，地質(zhì)屬Ⅳ類圍巖。地質(zhì)構(gòu)造：根據(jù)地質(zhì)設(shè)計圖紙和對現(xiàn)場揭露巖層顯示，該塌方段巖體極其破碎，層間錯動及揉皺較發(fā)育，圍巖塑性變形大，于隧洞穩(wěn)定極為不利，為極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖。

3 導(dǎo)流洞塌方概況

在2010年8月6日中午，施工隊伍在導(dǎo)流隧洞樁號0+068.5～0+070段拱架噴射混凝土?xí)r，拱部及左側(cè)開始出坍塌，將一榀拱架上部砸毀，為避免出現(xiàn)大面積塌方，施工隊伍在未修補(bǔ)拱架的情況下及時噴射混凝土，但在噴射混凝土過程中時有碴體掉落。直至下午15點40分左右，拱架邊墻部分混凝土將要噴完，拱頂部再次出現(xiàn)滑塌，且塌方體數(shù)量較多，將未噴拱架砸毀。左下方有涌水且有泥漿流出，此時塌方位置向上游延伸至樁號0+062，由于掌子面上方的塌方不斷拉裂，造成樁號0+062～070段拱架部均出現(xiàn)現(xiàn)時拱架下沉、混凝土掉快現(xiàn)象。下午17點30分左右，塌方體已將臺車堆滿淹沒，整個掌子面完全封閉。

8月6日參建各方針對此處塌方召開了現(xiàn)場專題會議，會議決定：為確保施工安全，避免塌方繼續(xù)向上游擴(kuò)散，決定將樁號0+057～0+062段5米長已支護(hù)鋼拱架段落內(nèi)部加設(shè)鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)，同時每榀拱架拱腳采用12根4.5m長Φ25鎖腳錨桿固定，噴射20cm厚C20混凝土封閉。當(dāng)天晚上完成樁號0+057～0+062段加強(qiáng)拱架支護(hù)后，樁號0+062～070段拱架拱部全部壓開，到8月7日上午11時左右該段已支護(hù)拱架全部砸毀，碴體全部涌出，且時而不時的聽到塌方空腔內(nèi)有孤石滑落造成的聲響，形勢非常嚴(yán)峻，現(xiàn)場由業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計單位、施工單位首先確定處理方案，為防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 處理方案

1、處理方案選擇原則：

(1)安全性。確保施工安全與運營安全，圍巖累計變形量不大于10cm，襯砌完工后隧道不滲漏。

(2)可操作性強(qiáng)。要充分考慮現(xiàn)場機(jī)械裝備狀況和操作人員的技能水平，并盡可能降低施工難度。

(3)靈活性好。根據(jù)斷面形狀和尺寸，因地制宜地選擇施工方案，而不局限于一種固定的模式，一旦某種方案不能實施或?qū)嵤┬Ч幻黠@時，能較好地轉(zhuǎn)換為替代方案。

(4)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。即在保證安全、質(zhì)量條件下的投入最節(jié)約。

(5)處理方案的科學(xué)性。首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴(kuò)大，然后施做套拱和超前大管棚，保證洞挖施工安全，管棚施作完成后挖除坍塌體然后進(jìn)入隧道正常開挖、支護(hù)工序，并對隧道基底進(jìn)行注漿加固處理。

2、為了保證處理此段落塌方施工人員安全，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大，將該洞段落的一次支護(hù)進(jìn)行加固處理：首先將該段加設(shè)I18型鋼拱架支撐，補(bǔ)打隨機(jī)錨桿固定拱架、噴射20cm厚混凝土加固處理，并且進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿范圍為洞斷面。固結(jié)灌漿分為兩個次序進(jìn)行，孔排距1.5m，孔深2.0～4.0m，呈梅花型布置。共分一個灌漿區(qū)段，按照隧洞走向右側(cè)為開始，Ⅰ序孔為右側(cè)孔，Ⅱ序孔為左側(cè)孔。固結(jié)灌漿從上游往下游進(jìn)行，先一序孔，后二序孔，最后拱墻頂孔。

3、處理施工工藝流程：封閉斷面圍巖固結(jié)灌漿注漿管棚施工

臺階出碴及拱架架立核心土出碴拱架底拱封閉拱架支撐加固。

⑴首先在洞斷面左側(cè)底部用梅花空管引排一部分涌水，然后用袋裝水泥封閉塌方斷面的松碴，吸收斷面分散的滲水，水泥在水的作用下能形成一道水泥墻，且防止斷面灌漿過程中漏漿。

⑵為了保證施工作業(yè)安全，從樁號0+057處開始向塌方方向頂拱范圍進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿范圍為拱墻及拱頂，灌漿管加工型式同超前注漿管棚相同；孔環(huán)向間距、排距1.0m～1.5m，固結(jié)灌漿管長4.5m，仰角45度，呈梅花型布置。

⑶全斷面施工φ48mm、長3.0m的超前注漿小導(dǎo)管管棚，排距根據(jù)每循環(huán)進(jìn)尺而定，環(huán)向間距10cm，仰角7°～10°，向塌方虛碴灌漿，起到固結(jié)松動圍巖和斷面支撐作用，為了防止管尾相交廢孔，應(yīng)確保減少鉆孔方向偏差；對于塌方空腔較大的情況，頂拱60°范圍內(nèi)用φ100mm、間距30mm、長10.0m的超前大管棚，形成頂部安全掌子面，及時安裝鋼拱架，鎖定拱腳，當(dāng)進(jìn)尺到一定的距離后，及時返回安裝底拱，形成封閉的條件，使得各個方向受力均勻。塌方洞段通過后，對于塌方段上方的空腔進(jìn)行灌注混凝土回填，形成一道厚厚的混凝土墻。

⑷采用上下導(dǎo)坑預(yù)留核心土的方式清理封閉塌方斷面的松碴，每清理60cm支立2榀I18型鋼拱架封閉，上導(dǎo)坑拱架底部采用I18型鋼鋪墊，避免拱腳產(chǎn)生集中應(yīng)力導(dǎo)致拱架下沉，同時方便下導(dǎo)坑開挖時拱腿連接，上導(dǎo)坑每榀拱架采用8根6m長Φ25錨桿鎖腳固定拱架，拱架間采用Φ25螺紋鋼筋相連，間距30cm，拱架內(nèi)外雙層φ8mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)片，噴C20砼到30cm。

5 施工方法

1．塌方斷面封閉：用袋裝水泥封閉塌方斷面的松碴，吸收斷面分散的滲水，水泥在水的作用下能形成一道水泥墻，且防止斷面灌漿過程中漏漿。

2．超前注漿管棚：為了更快、更好、更安全的完成處理任務(wù)，在現(xiàn)今塌方斷面松碴處向塌方面全斷面施工超前注漿小導(dǎo)管管棚，向塌方虛碴灌漿，起到固結(jié)松動圍巖和斷面支撐作用，再進(jìn)行后續(xù)工作，架立鋼拱架。

（1）管棚加工：超前注漿管棚采用Ф48mm無縫鋼管，長4.5m，前端制成尖狀。前段4.0m鉆Ф6mm小孔，孔距30cm，梅花型錯開布置。

（2）本段塌方處設(shè)置的超前注漿管棚，排距根據(jù)實際情況布置3.0m，管棚環(huán)向間距10cm，外插角7°～10°。

（3）管棚頂入長度不小于管長的90%。管棚制作尾部宜采用套絲并與注漿器相配套，方便于灌漿。

3.灌漿施工

（1）灌漿材料：①水泥：固結(jié)灌漿使用新鮮、無污染的42.5#合格水泥，且存放時間不大于3個月；②灌漿用水：灌漿用水直接使用經(jīng)過沉淀后的河水；③外加劑：根據(jù)現(xiàn)場塌方的情況和此次灌漿目的，需要在水泥漿液中摻入速凝的外加劑，我單位采用水玻璃溶液來達(dá)到預(yù)期速凝的效果。

（2）施工工藝措施：①鉆孔前進(jìn)行孔位、深度、孔徑、鉆孔順序的確定及檢查工作，采用風(fēng)槍施鉆鉆機(jī)安裝應(yīng)平整穩(wěn)固，孔徑及位置嚴(yán)格按要求施工。鉆孔過程中進(jìn)行孔斜測量，并控制好孔斜?？足@好后，利用風(fēng)槍將灌漿管送入孔內(nèi)； ②注漿漿液采用水泥1：水0.8：水玻璃0.05（重量比）的水泥灰漿。注漿壓力不大于0.6MPa，注漿壓力達(dá)到0.6MPa關(guān)閉注漿器閥門，停止注漿，如在灌漿過程中發(fā)現(xiàn)灌漿壓力一直持續(xù)不變，且管內(nèi)繼續(xù)吃漿，對該管停止注漿；③灌漿方法：A.采用孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。當(dāng)灌漿孔發(fā)生相互串漿時，可采用群孔并聯(lián)灌漿或?qū)⒙{口堵死，但孔數(shù)不宜多于3個，并應(yīng)控制壓力；B.灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min時，繼續(xù)灌注10min，灌漿即可結(jié)束；C.灌漿結(jié)束后，先將管口閘閥關(guān)閉后再停機(jī)，待洞內(nèi)無返漿時，拆除管口閘閥。灌漿完成后，視情況割除灌漿管，使其不侵入二次襯砌凈空。

4.鋼拱架施工

在洞外按照設(shè)計要求斷面鋼拱架進(jìn)行加工，上導(dǎo)坑每榀拱架共分2段，長度不同，交錯布置，避免連接板位于同一位置；下導(dǎo)坑共2段直腿，洞內(nèi)拱架通過測量后安裝，測出隧洞中線，找出各單元節(jié)點的標(biāo)高后，將各段按順序安裝就位，再檢查鋼拱架輪廓尺寸，按照設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)整，拱架采用Φ25mm長4.5m鎖腳錨桿固定，每段6根，焊接牢固；鋼拱架采用I16工字鋼加工，間距為30cm。噴厚30cmC20砼后再進(jìn)行塌方面核心土的出碴工作。

6 結(jié)束語

通過以上處理措施的實施，安全通過了塌方洞段，經(jīng)監(jiān)測表明，該段下沉、收斂情況穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)表面無明顯裂紋現(xiàn)象。各方面顯示該塌方洞段開挖處理效果好、施工進(jìn)度快、經(jīng)濟(jì)成本低、安全性高。