陳黎

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州遵義563000）

巖溪水庫工程取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌處理分析

陳黎

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州遵義563000）

巖溪水庫工程取水兼放空隧洞受到地形等因素的影響，導(dǎo)致在開挖施工中多次出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，該段洞內(nèi)多為碎石夾泥充填，且溢洪道左側(cè)邊墻頂部出現(xiàn)Lf1～Lf7條裂縫，分布在導(dǎo)流洞垮塌段頂部附近，且寬度逐漸增加后穩(wěn)定，因而對其進(jìn)行有效的處理是十分必要的。通過對巖溪水庫工程取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌現(xiàn)狀及原因的分析，提出取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌處理方案，采用永久襯砌、充砼回填處理，加強(qiáng)地表截排水和洞內(nèi)排水，并對垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，實(shí)施后，效果良好。

隧洞；地形；垮塌；原因；處理

1 工程概況

巖溪水庫右岸取水兼放空隧洞，由于壩址右岸地形受三面切割，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，且斜切河床發(fā)育的斷層影響，高臺組薄至極薄層泥質(zhì)白云巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體極為破碎，大多為散粒體，圍巖自穩(wěn)條件極差，開挖過程中曾出現(xiàn)多次不同程度的垮塌現(xiàn)象，整個洞身斷面基本采用鋼拱架支撐，因薄至極薄層泥質(zhì)白云巖基本呈碎裂散體結(jié)構(gòu)、巖體自穩(wěn)能力特別差、洞身部分排水孔失效的影響，隧洞樁號導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段因臨時支撐鋼拱架不能承受外水壓力和碎裂巖體的荷載而再次垮塌堵塞。

隨著洞身垮塌形成空腔引起頂部地表大面積變形，受垮塌和牽引的影響出現(xiàn)多條裂縫，其中部分裂縫開展和變形較快，形勢比較嚴(yán)峻。

2 取水兼放空隧洞洞內(nèi)垮塌現(xiàn)狀及原因分析

2014年10月13日，導(dǎo)流隧洞樁號導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段再次出現(xiàn)垮塌，現(xiàn)該段洞內(nèi)多為碎石夾泥充填，且溢洪道左側(cè)邊墻頂部出現(xiàn)Lf1～Lf7條裂縫，經(jīng)調(diào)查，裂縫分布位置為導(dǎo)流洞垮塌段頂部附近，且寬度逐漸增加后穩(wěn)定。

垮塌原因分析為：導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400垮塌段洞身位于溢洪道附近，與溢洪道底板之間圍巖厚度約30 m。巖性為∈2g2極薄至薄層泥質(zhì)白云巖夾少量泥巖，且該區(qū)有f1斷裂通過。受巖性、層厚影響。圍巖破碎，裂隙發(fā)育透水性較強(qiáng)遇水軟化。巖體開挖呈泥狀及顆粒狀，自穩(wěn)能力極差。2014年4月至5月 0+342及0+405樁號開挖時間斷出現(xiàn)五次垮塌，總方量約300m3，主要集中在后25 m段。后采用全斷面鋼拱架支撐。成洞后未對洞頂空腔進(jìn)行回填，且一直未完成永久襯砌。空腔兩側(cè)及上部巖體在施工震動及雨季水流作用下于10月13日再次在導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段產(chǎn)生垮塌，形成更大空腔。呆滯上部溢洪道左側(cè)墻巖體出現(xiàn)開裂。隧洞垮塌后通過對洞身進(jìn)行觀測，洞身其余洞段未見變形，軸線無位移現(xiàn)象。

3 處理措施

3.1 處理方案擬定

巖溪水庫工程導(dǎo)流隧洞布置于大壩右岸，因壩址區(qū)右岸地形受三面切割，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，且斜切河床發(fā)育的f1斷層影響，特別是樁號導(dǎo)0+342～0+405段高臺組薄至極薄層泥質(zhì)白云巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體極為破碎，大多為碎裂散體結(jié)構(gòu)，圍巖自穩(wěn)條件極差。此段開挖過程中出現(xiàn)多次不同程度的垮塌現(xiàn)象，總計垮塌方量約300 m3，主要集中在導(dǎo)0+380～0+405段，采取全斷面鋼拱架支撐才貫通成洞。成洞后未對洞頂垮塌形成的空腔進(jìn)行回填，未及時完成洞身永久鋼筋砼襯砌。加之該段隧洞位于溢洪道左側(cè)邊墻附近，與溢洪道底板之間圍巖厚度約30 m。溢洪道內(nèi)施工震動影響，巖體裂隙發(fā)育透水性較強(qiáng)，雨季地表水下滲，泥質(zhì)白云巖及泥巖遇水軟化，巖體荷載全部作用于洞身臨時支撐的鋼拱架上，洞身排水孔部分失效等多種因素的共同作用下，導(dǎo)致2014年10月13日下午15時31分隧洞樁號導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400段因臨時支撐鋼拱架不能承受外水壓力和碎裂巖體的荷載而再次垮塌，洞頂形成更大空腔，溢洪道左側(cè)洞頂?shù)乇沓霈F(xiàn)Lf1～Lf7裂縫，裂縫位于垮塌段洞頂附近及周邊，寬度逐漸增加后趨于穩(wěn)定。裂縫發(fā)育方向不規(guī)則，其中LF1、LF2、LF3、LF6發(fā)育方向約為NW10°～30°，LF4、LF5發(fā)育方向約為NW20°～35°，LF7發(fā)育方向約為NE83°。目前裂縫寬一般0.5 cm～0.8 cm，最寬約3 cm，長度LF1長約14 m，LF2～LF5約5～10 m，LF6最長約28 m，LF7約2.5 m。隧洞垮塌后對洞身進(jìn)行觀測，垮塌前后洞身段未見明顯變形，軸線無位移現(xiàn)象。

根據(jù)取水兼放空隧洞洞身垮塌成因分析，為及時處理洞身垮塌帶來的安全隱患和確保今后溢洪道的運(yùn)行安全，同時為工程的截流和度汛目標(biāo)創(chuàng)造有利條件，經(jīng)省、市、縣級主管部門領(lǐng)導(dǎo)及參建各方代表共同研究決定，確定對取水兼放空隧洞洞身垮塌段采取如下處理措施[1]：

（1）為防止垮塌進(jìn)一步惡化，甚至冒頂影響溢洪道的施工和運(yùn)行安全，同時確保洞內(nèi)垮塌處理的施工安全，須及時對垮塌段隧洞前后洞身完成永久襯砌，對垮塌堆積物進(jìn)行充填處理，對垮塌段頂部空腔進(jìn)行砼回填處理，并加強(qiáng)地表截排水和洞內(nèi)排水措施。

（2）待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強(qiáng)度后，對洞內(nèi)垮塌段實(shí)施清理，臨時鋼拱架支撐，清理完畢后及時進(jìn)行永久襯砌。鋼筋砼襯砌達(dá)到強(qiáng)度后對垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。

3.2 洞內(nèi)垮塌處理方案設(shè)計

3.2.1 處理設(shè)計

為確保施工安全并結(jié)合處理時間綜合考慮，對取水兼放空隧洞樁號導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400垮塌段處理前，須在垮塌段前后洞身進(jìn)行不小于5 m的永久襯砌。隨后在導(dǎo)0+380～導(dǎo)0+400垮塌段地表變形區(qū)左右兩側(cè)（圖1剖面1-1′和3-3′）分別布置1#～7#和10#～16#鉆孔，設(shè)計為雙排，孔距6.0m，鉆孔梅花型布置，內(nèi)外兩排均平行于隧洞軸線，外側(cè)鉆孔以75°傾斜角鉆進(jìn)洞內(nèi)垮塌區(qū)，內(nèi)側(cè)則以85°或以上角度鉆進(jìn)?？咨钜源┻^垮塌空腔進(jìn)入洞頂附近垮塌堆積體為準(zhǔn)。上下游（剖面2-2′和4-4′）分別布置8#、9#和17#、18#鉆孔，設(shè)計均為單排，孔距為2.0 m。鉆孔以75°傾斜角鉆進(jìn)洞內(nèi)垮塌區(qū)。

3.2.2 施工工序

本次施工工藝先后順序?yàn)?先進(jìn)行隧洞左右兩側(cè)外排，再進(jìn)行隧洞兩側(cè)內(nèi)排，最后施工上下游側(cè)單排，由邊孔向中間孔依次順序施工，即由外及內(nèi)的施工原則。為減少擾動保障安全，應(yīng)采用單臺鉆機(jī)施工。設(shè)計鉆孔孔徑不小于127 mm，采取無水鉆進(jìn)，避免隧洞周邊繼續(xù)垮塌。鉆孔時，遇到孔內(nèi)洞穴、垮塌空腔、塌孔、掉塊、垮塌堆積物、掉鉆的位置及長度等應(yīng)詳細(xì)記錄，并及時報告監(jiān)理工程師結(jié)合充填工藝分析鉆孔和具體情況，做出決定后進(jìn)行下步施工。先施工鉆孔至洞內(nèi)對垮塌堆積物宜采用低標(biāo)號水泥砂漿摻石子充填，洞頂以上水泥砂漿強(qiáng)度逐級增加，建議采用M5～M10，達(dá)到一定強(qiáng)度后，空腔部分采用C15混凝土回填，具體施工工藝由施工單位自定。施工期間應(yīng)對地表裂縫及施工設(shè)備周邊加強(qiáng)觀測[2]，并提前做好安全措施和應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)新的較大裂縫、地面產(chǎn)生嚴(yán)重變形或鉆進(jìn)過程中洞身或變形區(qū)出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，應(yīng)立即撤離施工人員及設(shè)備。灌漿前應(yīng)對隧洞垮塌段兩端建議采用鋼模板加斜支撐封閉密實(shí)[3]，盡量做到充填灌漿漿液不從封堵模板縫隙滲出。

待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強(qiáng)度后，對洞內(nèi)垮塌段實(shí)施清理,I16～I(xiàn)20工字鋼制作成鋼拱架臨時支撐，清理完畢后及時采取60 cm厚C20鋼筋砼永久襯砌。筋砼襯砌達(dá)到強(qiáng)度后對垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，19#～38#孔為垮塌段洞頂圍巖固結(jié)灌漿孔，在隧洞軸線兩側(cè)地表垂直造孔，孔距3 m。采用雙排孔，排距2 m；結(jié)合隧洞洞身固結(jié)灌漿考慮底界至洞頂以上7 m。灌漿材料采用合格的42.5或以上強(qiáng)度標(biāo)號的新鮮水泥，水泥細(xì)度要求通過80 um方孔篩的篩余量不大于8%。建議漿液水灰比為0.5∶1自流灌注。

圖1 垮塌段地表變形區(qū)剖面圖

4 結(jié)語

通過分析可知巖溪水庫取水兼防控隧洞隨處巖層較為破碎，開挖過程中出現(xiàn)多次垮塌現(xiàn)象，而垮塌形成空腔導(dǎo)致多條裂縫的出現(xiàn)，迫切需要對進(jìn)行處理。經(jīng)過分析，建議在對垮塌處理之前須在垮塌段前后洞身進(jìn)行不小于5 m的永久襯砌。同時對垮塌堆積物進(jìn)行充填處理，待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強(qiáng)度后，對洞內(nèi)垮塌段實(shí)施清理，臨時鋼拱架支撐，清理完畢后及時進(jìn)行永久襯砌。鋼筋砼襯砌達(dá)到強(qiáng)度后對垮塌段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。今后，還需要加強(qiáng)對該隧洞的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，避免隧洞出現(xiàn)裂縫、垮塌等事故的發(fā)生。

[1]王興俊;;水利工程隧洞施工技術(shù)探討[J];河南科技;2011年18期. 56-57

[2]賀光明;朱世杰;;特殊環(huán)境下漫水灣供水工程隧洞的施工監(jiān)理[J];水電站設(shè)計;2006年01期.23-24

[3]李生宏,宮志群,張勇,馬清秀;復(fù)雜地質(zhì)條件下特大斷面導(dǎo)流隧洞開挖與支護(hù)施工技術(shù)[J];鐵道建筑技術(shù);2002年05期.67-68

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2017-01-09

陳黎，（1979年-），男，貴州遵義，苗族，高級工程師，主要從事：水利水電勘測設(shè)計工作。