寺坪電站引水隧洞坍塌冒頂綜合處理施工技術(shù)

　　摘要:湖北省?？悼h寺坪水電站引水隧洞洞室圍巖為頁巖，砂質(zhì)巖，一般為薄層狀結(jié)構(gòu)，易風(fēng)化，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，局部較破碎;洞室圍巖類別一般為Ⅲ類，部分為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，局部易發(fā)生掉塊和塌方等工程地質(zhì)問題。隧洞出口壓力鋼管段在洞挖施工中于2005年3月17日和7月30日先后兩次發(fā)生坍塌冒頂事故。通過對坍塌冒頂區(qū)域上部進(jìn)行回填和固結(jié)灌漿后，在洞內(nèi)坍塌體頂部打管棚超前支護(hù)，然后采取“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”的措施，邊清挖、邊用鋼拱架跟進(jìn)支護(hù)，得以安全順利穿越隧洞坍塌冒頂段。就引水隧洞坍塌冒頂綜合處理施工技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞:引水隧洞;坍塌冒頂;灌漿;物探測試;鋼拱架支護(hù);坍塌清挖

1概述

寺坪電站引水隧洞全長413.275m，由上平段、上彎段、斜井段、下彎段、下平段和壓力鋼管段構(gòu)成。其中K0+290.8～K0+413.275m為壓力鋼管段，由平彎段和直管段組成，斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸7.1m×7.1m。坍塌冒頂發(fā)生在壓力鋼管K0+342～K0+320m段。

2第1次坍塌冒頂處理

引水隧洞出口壓力鋼管K0+342～K0+320m段2005年3月17日第1次發(fā)生坍塌冒頂時(shí)，坍塌區(qū)域貫穿整個(gè)山脊，在山頂形成一個(gè)12m×8m×4m的塌坑，塌坑四周伴有誘導(dǎo)裂隙出現(xiàn)。

坍塌冒頂處理方案分3步進(jìn)行:①對上部塌陷區(qū)物探測試后進(jìn)行清挖處理，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大;②先在洞頂進(jìn)行塌方范圍回填灌漿，再對冒頂塌方坑封閉及塌陷區(qū)周邊進(jìn)行固結(jié)灌漿，然后開始上部塌陷區(qū)清挖，并對清挖邊坡進(jìn)行支護(hù)，確保施工安全;③對洞內(nèi)塌體進(jìn)行清挖處理，支護(hù)封閉洞內(nèi)坍塌段側(cè)墻及頂拱。

2.1防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大的施工措施

2.1.1坍塌體上部處理

為防止雨水下滲，對坍塌體上部用彩條布遮蓋;對于塌體頂部誘導(dǎo)裂隙采用M10砂漿進(jìn)行封閉，防止雨水進(jìn)入造成裂縫的繼續(xù)擴(kuò)散;在塌體上部坡面距裂縫1.5～2m人工開挖截水溝，防止雨季地表積水匯入塌坑。

2.1.2加強(qiáng)洞內(nèi)塌方部位下游15m支護(hù)

引水隧洞壓力鋼管段K0+342～K0+370m段已按設(shè)計(jì)要求安裝鋼格柵和固定錨桿，鋼格柵采用鋼筋骨架型式，間距1.0m，部分鋼格柵立柱采用Ⅰ20型鋼，并在鋼格柵和圍巖之間掛網(wǎng)格為20cm×20cm的φ6.5鋼筋網(wǎng)，兩側(cè)墻回填C20混凝土，回填厚度小于20cm處和起拱線以上采用C20細(xì)石混凝土噴護(hù)。

2.1.3坍塌區(qū)域物探測試

為便于分析引水隧洞塌方松散體的范圍，采用高密度電法測試，通過冒頂區(qū)、延伸區(qū)、完整區(qū)巖體電性差異，來了解松散體縱向和水平方向的延伸范圍。由于高密度電法測試只能檢測30m深度以內(nèi)松散體的延伸范圍，在上部坍塌體回填灌漿結(jié)束后，又采用跨孔聲波法檢測30m以下松散體的延伸范圍。

2.2上部塌陷的處理

上部塌陷區(qū)處理按以下步驟進(jìn)行:

2.2.1頂部減載清理

根據(jù)物探測試的松散體范圍，首先對頂部進(jìn)行減載清理到弱風(fēng)化層，初步確定清理高度5m，清理范圍距松動(dòng)區(qū)外1～1.5m。為保證施工安全，清理先從塌陷區(qū)左右兩側(cè)進(jìn)行抽槽開挖，再對上下游邊坡自上而下分梯段進(jìn)行開挖，梯段高度2～2.5m;左右兩側(cè)及下游開挖邊坡坡比為1∶1.5，為盡量減少施工難度和對上游自然邊坡的擾動(dòng)，上游開挖邊坡坡比為1∶0.75～1∶1。

2.2.2封閉灌漿

沿冒頂塌坑布設(shè)一圈固結(jié)灌漿孔，分兩序固結(jié)，共布設(shè)28個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿孔底距洞頂1～2m。

2.2.3松動(dòng)區(qū)外5m范圍內(nèi)固結(jié)灌漿

上部塌陷區(qū)清挖減載后，沿開挖線外側(cè)設(shè)置截水溝，確保外來水不侵入塌陷區(qū)，同時(shí)沿塌陷區(qū)范圍澆10cm厚C25壓漿板混凝土，然后對松動(dòng)區(qū)沿裂隙松動(dòng)圈5m范圍進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度按清挖高度確定。固結(jié)灌漿孔排距3m，呈梅花型布置，孔深距洞頂1m，孔數(shù)根據(jù)第1次物探測試成果決定。

2.2.4清挖邊坡支護(hù)

為保證清挖邊坡的穩(wěn)定性，先將坡面噴護(hù)10cm厚C20細(xì)石混凝土，再配置雙向φ22@20cm×20cm鋼筋、澆筑40cm厚C20W6F100混凝土對清挖邊坡進(jìn)行保護(hù)。上部塌陷區(qū)開挖邊坡的預(yù)固結(jié)灌漿、排水、支護(hù)施工逐層進(jìn)行，并根據(jù)物探檢測和開挖揭示的地質(zhì)情況調(diào)整清理高度和清理范圍。

2.2.5坍塌頂面處理

塌陷區(qū)頂部減載清挖、支護(hù)完成和洞內(nèi)坍塌體處理結(jié)束后，在清挖平臺(tái)至坍塌頂面區(qū)域澆筑2m厚的鋼筋混凝土將塌坑上方進(jìn)行全封閉。

2.3洞內(nèi)坍塌體處理

2.3.1坍塌體清挖處理

完成上部塌陷區(qū)清挖處理、支護(hù)和固結(jié)灌漿后，分上下兩層開挖進(jìn)行洞內(nèi)坍塌體的處理，按先護(hù)頂后開挖的原則進(jìn)行施工，頂部清理范圍高于設(shè)計(jì)開挖輪廓線2.0m。開挖清理前，視坍塌體穩(wěn)定情況，可對塌體預(yù)注漿加固。為確保施工安全，坍塌體采用液壓式鑿巖機(jī)分層開挖，每次循環(huán)進(jìn)尺0.75m，拱頂和側(cè)墻跟進(jìn)支護(hù)，嚴(yán)禁爆破處理。

2.3.2洞內(nèi)鋼筋混凝土頂拱封閉

洞內(nèi)坍塌區(qū)每循環(huán)初期支護(hù)完成后，及時(shí)對拱頂采用鋼筋混凝土封閉。在坍塌區(qū)安裝鋼拱架，鋼拱架間距0.75m，單榀鋼拱架用Ⅰ20型鋼制作。施工時(shí)先安裝鋼拱架兩側(cè)立柱，澆筑側(cè)墻混凝土然后安裝鋼拱架頂拱和φ28@20cm×20cm鋼筋，立模澆筑頂拱混凝土。洞內(nèi)左右側(cè)墻錨桿根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果可在支護(hù)混凝土澆筑后施工。

2.3.3灌漿處理措施

灌漿處理原則。上部塌陷區(qū)按初步確定的5m清理高度處理后，在洞頂進(jìn)行塌方范圍回填灌漿處理，再進(jìn)行塌坑周邊封閉固結(jié)灌漿和裂縫松動(dòng)圈固結(jié)灌漿。

灌漿處理程序。引水隧洞塌方灌漿處理程序?yàn)?冒頂塌方范圍清挖減載→截、排水溝及壓漿板混凝土澆筑→冒頂塌方范圍物探測試→洞內(nèi)清理→洞內(nèi)塌方段回填灌漿→塌陷區(qū)周邊固結(jié)灌漿→冒頂塌方范圍固結(jié)灌漿→待齡10d→引水隧洞塌方段擴(kuò)挖襯砌加固。

灌漿布置。①洞內(nèi)回填灌漿。上部塌陷區(qū)清挖至穩(wěn)定邊坡后，在洞頂進(jìn)行回填灌漿。由于洞頂塌方體巖石松散，擬采用跟管鉆機(jī)進(jìn)行造孔，深入塌方巖體內(nèi)3m，孔間距3m，孔位布置見圖1。②松動(dòng)體固結(jié)灌漿。洞內(nèi)回填灌漿完成后，進(jìn)行冒頂塌方巖體固結(jié)灌漿:封閉頂部塌坑，布設(shè)一圈固結(jié)灌漿孔，分兩序固結(jié)，孔距2m，共布設(shè)28個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿孔底洞頂100cm，孔深約40～42m;沿裂縫松動(dòng)圈5m范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔排距3m，梅花形布設(shè)。

灌漿方法。固結(jié)灌漿均采取分段固結(jié)，第1段深度為1.5m，埋設(shè)1m的孔口管，以下每5m為一段，最大段長不超過7m;由于現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜，塌方區(qū)巖體松散，裂隙發(fā)育，因此灌漿鉆孔結(jié)束后不進(jìn)行沖洗，直接進(jìn)行回填、固結(jié)灌漿。

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