劉 彥 鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

淺談洪屏抽水蓄能電站進廠交通洞塌方處理措施

劉 彥 鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：在軟弱破碎且地下水豐富的地質條件下修建隧洞，在其施工開挖中出現(xiàn)坍塌是經常遇到的問題。介紹了江西洪屏抽水蓄能電站進廠交通洞開挖過程中發(fā)生大塌方的處理過程，在參建各方的共同努力下，經過方案優(yōu)化、技術處理，成功處置了該塌方。

關鍵詞：隧洞塌方；處理措施；洪屏抽水蓄能電站；進廠交通洞

1工程概述

洪屏抽水蓄能電站進廠交通洞是進入電站地下廠房的主要交通通道，位于下庫進出水口的左側，洞口開挖高程為186.15 m，開挖洞徑為8 m×8.25 m(寬×高)～9.6 m×9.55 m(寬×高)，長1 610.05 m，城門洞型，襯砌斷面凈尺寸為7.8 m×7.8 m(寬×高)，平均縱坡為4.87%。洞內構造發(fā)育，進廠交通洞樁號0+215～0+320段為F54、F55、F11斷層帶和影響范圍帶，該段圍巖類別為Ⅳ、Ⅴ類，圍巖破碎、不穩(wěn)定，整體性差，局部有滲出水點出現(xiàn)。

2012年2月21日20∶40左右，進廠交通洞0+235.5樁號處突然發(fā)生塌方，塌方巖石呈褐色，破碎松散，呈碎石狀，層間無粘結力。塌方體將整個洞段完全封閉，同時擾動樁號0+215～0+230范圍初期支護的噴混凝土出現(xiàn)裂縫。經探查后確定塌方段位于樁號0+235.5～ 0+253頂拱，塌 方 量 共 計 約 1 330 m3(長×寬×高：17.5 m×

7.92 m×9.5 m)。

2塌方原因分析

塌方發(fā)生后，工程建設單位組織參建各方進行了多次現(xiàn)場踏勘，對本次塌方的原因進行了全面分析，最后確定造成此次塌方的原因為以下兩個方面：

(1)地質條件復雜多變，原有支護措施不當。設計方對該段圍巖地質條件的突變未能從設計角度及時反映并提出針對在圍巖類別發(fā)生突變后新的支護設計方案，導致該段整體性較差的圍巖未能及時得到加強支護。

(2)支護不及時、暴露時間過長，導致風化嚴重、變形失穩(wěn)。施工方在發(fā)現(xiàn)該段圍巖地質條件突變后，雖然上報了監(jiān)理方和設計方請求變更支護形式，但未主動采取加固措施，致使圍巖暴露時間過長，加之原支護措施偏弱、圍巖抗力不足而引起塌方。

3針對該塌方段及影響段采取的處理措施

根據“加固后方、封閉巖面、穩(wěn)定塌體”的處理原則，對進廠交通洞塌方分塌方影響段(樁號0+215～ 0+230)、塌方段(樁號0+230～ 0+255.5)和后續(xù)施工段(樁號0+255.5～ 0+320)三段進行處理。

3.1塌方影響段的加固

待塌方洞段圍巖基本穩(wěn)定且不再發(fā)生垮塌時，對進廠交通洞交通0+215～交通0+230未塌方段迅速采取措施，以保證塌方范圍不再擴大，以利施工安全及對塌方段進行處理。

(1)加強變形觀測。

在0+215、0+225、0+235三個樁號斷面邊墻及頂拱埋設圍巖變位計，嚴密觀測圍巖變形發(fā)展情況。每日上、下午各觀測一次并做好相關記錄，分析該段洞室圍巖變化情況，當其有明顯變位時應加密變形觀測頻次，及時將觀測成果和變形情況上報監(jiān)理工程師和有關各方。

(2)做好施工排水工作。

由于洞內圍巖滲水部位較多，項目部根據治塌先治水的原則，除系統(tǒng)排水孔外，在出水點設置隨機排水孔以排除圍巖滲水，并在洞內設一臨時集水坑，用水泵將坑內的積水及時排出洞外。

(3)塌方影響段的加固。

對塌方影響的洞段(交通0+215～交通0+230段，共計15 m)及時進行加固處理，在原格柵鋼架施工支護的基礎上，采用第二層鋼拱架支撐及錨噴加固。利用現(xiàn)有材料I22b型鋼拱架3榀對0+230部位進行加固，其他部位采用I18b型鋼拱架對塌方影響段進行加固，鋼拱架間距為750 mm，沿鋼拱架周邊設φ25L=4.5 m@1 m錨桿(含鎖腰、鎖腳錨桿)并與鋼架焊接牢固，縱向每榀鋼拱架之間采用間距1 m的φ25鋼筋焊接連接，采取噴C25、厚200 mm掛網混凝土覆蓋封閉，鋼筋網采用φ8@200 mm×200 mm或φ6.5@150 mm×150 mm并與鋼拱架焊接連接，以保證鋼拱架與噴混凝土能夠整體協(xié)同受力。

固結灌漿：待噴混凝土達到70%強度后，對該段圍巖進行固結灌漿，灌漿孔入巖3 m，灌漿壓力為0.1～0.3 MPa，布置間排距為3 m×3 m。灌漿時注意觀察變形情況，控制灌漿壓力，以保證灌漿效果。塌方影響段加固支護情況見圖1。

圖1　塌方影響段加固支護斷面圖(樁號：0+215～0+230)

3.2塌方段的處理

對于塌方洞段，在處理、加固好未塌方段和保證安全的前提條件下待塌腔穩(wěn)定后進行處理。首先封閉涌石掌子面，采用管棚護頂、小導管注漿、上下超短臺階、拱部預留核心土弧形開挖、鋼拱架掛網混凝土初期支護快速閉合的方法通過塌方體。

(1)封閉涌石掌子面：從洞外運土分層堆碼砂袋反壓坡腳，先對砂袋和渣體表面噴射C25混凝土進行封閉保護，噴射混凝土厚20 cm，形成一道混凝土止?jié){墻，塌方石渣坡腳部位樁號為0+230。由于原鋼格柵變形較明顯，混凝土裂縫較嚴重，部分混凝土脫落，遂對噴混凝土開裂部位進行補噴，以起到防止注漿時漿液外流和塌方體繼續(xù)流塌之作用。頂部圍巖受塌方體的影響呈碎塊狀堆積，只有對該段加強處理方可保證塌方段處理的施工安全。

(2)設置管棚穿越塌方區(qū)：沿隧洞拱部已支護輪廓線外側施工大管棚，管棚起點位置為0+230，布設范圍為拱部及拱角下1.55 m范圍，管棚超前支護采用外徑為108 mm×8 mm的熱軋無縫鋼管(節(jié)長3 m、6 m，絲扣長15 cm),管棚環(huán)向間距為500 mm,鋼管沿隧道頂拱周邊布置，外插角在1°～5°之間調整。單根鋼管長度及布置范圍可根據塌方區(qū)實際情況確定，管棚鋼管均為前部鉆孔的鋼花管，其既是鋼管管棚，又是注漿鋼管。管棚安裝完畢，在管棚鋼管內安裝3根φ32錨筋束并注入水泥漿，所起到的作用是既提高管棚的剛度，又將漿液注入到管棚周圍的松渣體內，進而提高圍巖的自穩(wěn)能力。水泥漿水灰比取1∶1，注漿初壓為0.5～1 MPa，終壓為1.5 MPa。

(3)固結渣體和拱部圍巖：若要實現(xiàn)從坍塌的渣體下部開挖，必須在開挖線以上使渣體形成厚度超過3 m的一個注漿固結圈。由于大管棚注漿范圍有限，形成有效的注漿加固圈有一定難度，故必須對未完全固結的渣體進行二次注漿。管棚灌漿完成后，在管棚之間打入超前注漿小導管，小導管采用長4 m，φ42×3.5 mm的熱軋無縫鋼管(管的前端鉆直徑為8 mm的注漿小孔，管尾部預留1 m不鉆孔)，外插角為30°～45°，縱向間距2 m，作為小導管超前注漿。對于管棚注漿未能進行完全充填的部位則需進一步固結拱部圍巖。小導管從架立的拱架腹部穿過，灌漿壓力為0.1～0.3 MPa。漿液注入后使塌洞內的渣體基本上在開挖線外形成了一個3 m厚的漿體保護殼。

(4)上臺階拱部預留核心土弧形開挖：由于塌方體穩(wěn)定性較差、易坍塌，故采取預留核心土弧形開挖的方式以穩(wěn)住掌子面的松渣?；⌒伍_挖進尺一次為0.75 m。

(5)拆除格柵拱架：對于變形較大的、侵占設計斷面的格柵拱架采用人工拆除，用風鎬鑿除混凝土，拆除一榀后立即用一榀鋼拱架進行替換，鋼拱架間距為750 mm，待鋼拱架安裝、錨桿及掛網噴護完成后方容許拆除下一榀格柵拱架。對于沒有侵占設計斷面的格柵拱架可以不拆除，將鋼拱架安裝在格柵內側對格柵拱架進行加固。

(6)拱部初期支護：拱部開挖完成后，馬上對開挖面進行素噴混凝土封閉，厚5 cm。迅速安裝I18b工字鋼鋼架支撐，端部型鋼拱架與管棚之間采用焊接，鋼拱架間距為750 mm, 沿鋼拱架周邊設φ25、L=4.5 m@1 m錨桿(含鎖腰、鎖腳錨桿)并與鋼架焊接牢固，縱向每榀鋼拱架之間采用間距為1 m的φ25鋼筋焊接連接，后采取噴200 mm厚掛網混凝土覆蓋封閉，鋼筋網采用φ8@200 mm×200 mm(或φ6.5@150 mm×150 mm)并與鋼拱架焊接連接。在工字鋼和連接筋安裝完成后，噴護30 cm厚的C25混凝土。

(7)下臺階墻部開挖：距上臺階2～4 m開始開挖下臺階松渣體，一次掘進進尺為0.75 m。

(8)隧洞下半部初期支護：下臺階開挖后迅速安設邊墻型鋼拱架，并與拱部鋼拱架連接牢固。拱腳處挖基槽，澆筑C25混凝土基礎，拱架底腳座安裝在混凝土基礎上并確保拱腳穩(wěn)固。沿鋼拱架周邊設φ25、L=4.5 m@1 m錨桿與鋼架焊接，鋼拱架之間用間距為1 m的φ25鋼筋焊接連接，掛網噴200 mm厚混凝土封閉，形成閉合初期支護。

(9)塌腔回填混凝土。

塌腔部位主要位于頂拱，采用C15素混凝土回填，在頂拱鉆回填灌漿孔，預埋φ108鋼管，待噴混凝土強度達到設計強度時回填混凝土(砂漿)施工?；炷敛捎帽盟腿雮}；對于邊墻塌方部位，若塌腔體積較大，在回填混凝土外側設置一層φ22@200 mm×200 mm的鋼筋網，回填混凝土不得侵入原鋼筋襯砌混凝土范圍。

(10)固結灌漿：回填混凝土強度達到70%以上時進行固結灌漿，灌漿孔間、排距為3 m，灌漿孔入巖3 m，灌漿管采用小導管進行灌漿。灌漿采用1∶1水泥漿，灌漿壓力為0.1～0.3 MPa。灌漿時注意觀察變形情況，控制灌漿壓力以保證灌漿效果。塌方段管棚支護斷面見圖2。

3.3后續(xù)施工段采用的主要施工措施

對于未開挖的Ⅳ～Ⅴ、Ⅴ類圍巖段，在開挖之前，必須全面檢查原支護段加固和塌方處理的施工質量，在灌漿及襯砌混凝土強度達到70%以上時方可組織進行。開挖時應遵循“弱爆破、短進尺、早封閉、勤觀測”的原則，加強支護，精心施工。

頂拱采用超前注漿管棚施工，管棚采用外徑為108 mm,壁厚8 mm的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距500 mm，單根長度24 m，管棚仰角為1°。

管棚注漿完成后進行爆破作業(yè)施工，采用“短進尺、弱爆破、勤支護”的施工方法，每循環(huán)進尺小于1 m，爆破后及時噴50 mm厚混凝土對巖面進行封閉，噴護結束后進行鋼拱架的安裝，采用I18工字鋼鋼架，縱向間距為750 mm，沿鋼拱架周邊設φ25、L=4.5 m@1 m厚錨桿(含鎖腰鎖腳錨桿)，并與鋼架焊接牢固，縱向每榀鋼拱架之間采用間距為1 m的φ25鋼筋焊接連接后采取噴200 mm厚掛網混凝土覆蓋封閉，鋼筋網采用φ8@200 mm×200 mm或φ6.5@150 mm×150 mm并與鋼拱架焊接連接。

靠近塌方區(qū)約20 m段(約0+255.5～0+275.5)固結灌漿的布置及要求與塌方以外段固結灌漿相同。

4結語

圖2　塌方段管棚支護斷面圖(樁號：0+230～0+255.5)

在軟弱破碎且地下水豐富的地質條件下的隧洞開挖中經常會出現(xiàn)坍塌問題，施工中重視超前地質預報、加強與相關方的溝通、根據地質情況制定有效的處理措施及施工方法就顯得尤為重要。洪屏抽水蓄能電站地下廠房隧洞塌方發(fā)生在2011年2月21日，項目部于2月27日確定處理方案，按照“先支后清、先護后挖、管棚為主、輔助固結”的處理原則于4月中旬處理完成。用時短、效果好、安全合理，從而保證了隧洞總體開挖進度，確保了開挖工程的如期進行。

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收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV7;TV554;TV51;TV52

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0035-03

作者簡介:

劉彥鵬(1980-)，男，甘肅甘谷人，工程師，從事水電工程施工安全管理工作.

(責任編輯：李燕輝)