瀘定水電站特大斷面引水洞變形加固及塌方處理

趙龍飛，范 萍，李 越

（中國葛洲壩集團三峽分公司瀘定水電站施工項目部，四川 瀘定 626100）

0 概述

瀘定引水隧洞緊接進水口布置，共2條，分別為1、2號引水洞，中心間距為55 m。引水隧洞進口0+000～0+020為方變圓的漸變段，之后為Y1、Y2型圓形斷面，開挖直徑分別為17.0、17.4 m，是目前國內在建的開挖斷面最大的地下引水工程。

地質資料顯示，2號引水洞K0+323～K0+405為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，其中K0+323～K0+360為Ⅳ類偏弱，介于Ⅳ類與Ⅴ類之間；而K0+360～K0+405為Ⅴ類圍巖，巖體裂隙發育，塊度小，并發育有斷層及擠壓破碎帶，圍巖穩定性差。

根據專項施工方案，Ⅳ、Ⅴ類圍巖均采用了短進尺、弱控制爆破及鋼格柵加強跟進支護的綜合施工措施，由于受陡傾角、大斷層等地質因素影響，2009年5月6日18：30在開挖掌子面噴護封閉過程中， K0+401.5頂拱位置發生塌方。

1 應急處理

1.1 開挖調整

為減少對塌方段的擾動、防止變形的進一步擴大，結合地質情況從塌方之日起，現工作面暫停開挖施工。2號引水洞K0+410～K0+524.5的開挖從2號施工支洞進入，由下游向上游方向進行；而K0+400～K0+410段開挖，待塌方處理完成后，從1號施工支洞進入，由上游向下游方向進行。

1.2 回填加固

為減少變形空間、 防止塌方及變形的繼續擴大，對K0+370～K0+400采取緊急從其他部位調運石渣的方式進行了回填，回填石渣采用20 t自卸汽車運輸進洞，卸車后采用ZL50裝載機配合CAT300反鏟進行堆碼，堆碼高度不小于4.5 m。

1.3 變形監測

為全面掌握該洞段的圍巖變形情況，并為后續的處理提供基礎分析資料，從5月7日開始，專業人員對該洞段每天進行3次錨桿應力及收斂變形的監測。

2 加固處理措施

為防止變形破壞的繼續擴大，確保已完成支護段格柵拱架的穩定和安全，瀘定水電站施工項目部現場察看后決定，先對K0+323～K0+400段進行加固處理；同時，在整個加固處理過程中，根據圍巖及變形情況，按先急后緩、先Ⅴ類后Ⅳ類的原則進行。

2.1 加固處理工藝流程

K0+323～K0+400加固處理工藝流程：加強錨桿鉆孔→清孔驗收→錨桿安裝→錨桿注漿→預固結灌漿施工→排水孔施工。

2.2 加強錨桿施工

錨桿采用氣腿鉆造孔，孔徑48 mm，孔深850 cm，間排距100 cm×100 cm，與已施工的錨桿交錯布置。錨桿為直徑32 mm、長900 cm螺紋鋼，外露50 cm。錨桿角度要求與開挖面垂直，孔位偏差不大于10 cm，孔深偏差值不大于5 cm。

錨桿注漿采用P.O42.5R普通硅酸鹽純水泥漿液，水灰比基本范圍為0.5～0.6。水泥漿隨拌隨用，拌制均勻，防止石塊或其他雜物混入，錨桿注漿后3 d內，在漿液凝固前嚴禁敲擊、碰撞及拉拔錨桿。

根據加固及處理要求，為及早發揮錨桿的作用，并為緊跟的預固結灌漿盡早提供施工工作面，本次加強錨桿施工遵循邊成孔、邊驗收、邊插錨桿及注漿的工藝思路。即：每成孔1個，驗收安裝1個。

2.3 預固結灌漿施工

本次灌漿是在應急情況下進行的，而且是在洞身混凝土襯砌施工前。考慮到灌漿壓力對已成形洞段安全、穩定的影響，壓力以不破壞已支護鋼格柵拱圈為原則，因此將本次的固結灌漿暫定為預固結灌漿。

（1）鉆孔。預固結灌漿孔采用氣腿鉆機造孔，孔徑48 mm，孔深入巖8 m，間排距3 m。鉆孔孔位要求偏差不大于10 cm，孔斜不大于2%，孔深應滿足設計要求。

（2）鉆孔沖洗。因2號引水洞0+323～0+400段為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，而且中間還有大的斷層，采用壓力水沖洗鉆孔，不利于洞室穩定；因此，在預固結灌漿鉆孔結束后，采用壓力風敞開孔口的方式對鉆孔孔壁進行沖洗，直至孔內沉渣小于10 cm結束。

（3）灌漿。由于加固施工的時間緊迫，為此預固結灌漿按環間分序逐排灌注法施工，全孔不分段一次性灌漿，孔口循環灌漿法灌注。為防止灌漿壓力過大而對已支護的拱架造成破壞，灌漿壓力定為0.2 MPa。預固結灌漿采用純水泥漿，水灰比采用2∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1 四個比級， 開灌水灰比為 2∶1。預固結灌漿按規定水灰比由稀至濃逐級變換。當某一級漿液的注入量大于300 L或灌注時間達1 h而灌漿壓力或注入率均無顯著改變時，應改濃一級灌注；當某一級漿液的注入率大于30 L/min時，可越級變濃。灌漿采用自動記錄儀進行注入率測量記錄，在設計壓力下，注入率不大于1 L/min時，連續灌30 min即可結束。

2.4 排水孔施工

考慮到汛期山體滲水對洞室的安全威脅，在2號引水洞K0+323～K0+400段上層增設排水孔。除對現有滲水部位先行鉆孔排水外，其余部分排水孔在預固結灌漿施工完成后緊跟進行。

排水孔采用YT28氣腿鉆機造孔，孔徑48 mm，孔深6.0 m，間排距5 m×5 m。排水孔造孔完畢并經監理工程師驗收合格后，裝入φ40 PE管，并將管內的水引入洞身兩側的排水溝。

3 塌方段處理措施

3.1 施工程序

噴混凝土封閉跨塌掌子面→第一次超前小導管施工→第一次預固結灌漿→第二次超前小導管施工→第二次預固結灌漿→第三次超前小導管施工→第三次預固結灌漿→超前錨桿施工→管棚施工→掌子面開挖→鋼格柵安裝→掛鋼筋網→噴護C25混凝土→待凝→空腔回填。

3.2 掌子面封閉

為確保坍塌體小導管的施工及提高垮塌堆積體的固結效果，盡量減少灌漿過程中漿液的溢出，垮塌面噴護10 cm厚的C25混凝土進行封閉。

3.3 小導管施工

坍塌掌子面噴護混凝土封閉后，在沿設計開挖輪廓周邊向前方的圍巖內施作帶孔小導管，并通過小導管向坍塌體內注漿；從而將水泥漿與垮塌堆積體膠結成一個整體 （拱圈）；防止處理過程中的滑移，并為后續施工提供保護。

（1）小導管制作。小導管采用φ38鋼管，壁厚3.5 mm、長6.0 m，前段加工成尖錐形，鋼管每隔20 cm鉆1個直徑8 mm小孔，小孔交錯布置。

（2）小導管鉆孔、安裝。對掌子面垮塌處的第一次固結直接采用氣腿鉆將小導管沿設計輪廓線外直接打入，外傾角10°左右，小導管環向間距30 cm；第二、三次因第一次固結無法直接將小導管打入；故先用氣腿鉆機成孔，再安裝導管。第二次仰角25°左右、第三次仰角45°左右，環向間距均為30 cm。

（3）注漿。小導管注漿采用水灰比 1∶1純水泥漿，漿液中摻入6%SW早強劑，以減少待凝時間；注漿壓力0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。為避免串漿，每鉆完1孔及時由下向上、由里向外注漿。考慮到垮塌區的特殊情況，對垮塌區域通過上述3次小導管灌漿進行固結，從而在更大程度上確保掌子面的巖體穩定。

3.4 超前錨桿施工

對坍塌體灌漿完畢后，沿上層開挖輪廓線環狀布置超前錨桿，間距20 cm。超前錨桿采用φ32、長6.0 m螺紋鋼，第一層沿隧洞徑向10°，第二層沿隧洞徑向30°，每個循環間搭接不小于5 m。超前錨桿布置于整個塌方區及影響區。

3.5 管棚施工

由于本此掌子面上方坍塌的高度較大，兩層超前錨桿的承載力有限。為確保掘進安全，擬在兩層超前錨桿間再增設1排小管棚，管棚采用φ38鋼管，壁厚3.5 mm，長6.0 m，孔距30 cm。鋼管每隔20 cm鉆1個直徑為3～5 mm的小孔，管棚每個循環之間搭接不小于5 m，氣腿鉆造孔，人工下管安裝，灌漿采用1∶1純水泥漿，漿液中摻入6%SW早強劑，灌漿壓力初步定在0.1～0.3 MPa。

3.6 垮塌區開挖

從塌方后掌子面外堆積的石渣形狀看，塌方主要是在掌子面正前上方，而兩側則相對較穩。因此，對坍塌區采取核心土法的開挖方式 （直至完全跨越斷層），即在固結灌漿和超前支護完成后，先分別開挖左右兩側Ⅰ區巖體 （見圖1），中間部分石渣先預留，兩側墻支護 （包括鋼格柵、掛鋼筋網、噴混凝土等）完成后，再清理中間Ⅱ區石渣，并隨即對拱頂進行強支護。

為了防止Ⅰ區開挖時，Ⅰ、Ⅱ區交界的石渣向下滑落，在Ⅰ區開挖每進尺1個循環后，立刻對Ⅱ區的外露面噴3～5 cm厚混凝土進行封閉；在分循環進行石渣清理時盡量減少對堆積的塌方體的擾動，并將每循環進尺控制在0.3～0.5 m以內。另外，為了防止塌方段處理完畢后因地質原因造成格柵頂部下沉而侵占混凝土襯砌斷面，本次清理時在原設計開挖斷面的基礎上擴挖20 cm，從而為鋼格柵受壓后的變形預留出了空間。

采用核心土法開挖時， 兩側Ⅰ區掌子面開挖寬度為4.55 m；中間Ⅱ區開挖寬8.7 m。塌方區的開挖方法見圖1。

3.7 鋼格柵制作、安裝

圖1 2號引水洞0+401.5塌方開挖分區

（1）鋼格柵制作。鋼格柵斷面為20 cm正方形，4根立柱均采用φ32螺紋鋼，4個花面采用φ28螺紋鋼，箍筋采用φ25螺紋鋼，間距30cm。上層全斷面分3節加工制作，節與節之間采用角鐵通過螺栓連接，鋼筋幫條焊接加固。

（2）鋼格柵安裝。從目前塌方的掌子面開始安裝鋼格柵，直至完全跨越斷層。鋼格柵連續安裝，榀間不留空隙；榀間設置φ32螺紋鋼縱向連接，環向間距1 m；鋼格柵固定采用長9.0 m、φ32螺紋鋼錨桿，環向間距1 m。鋼格柵拱腳必須安放在牢固的基礎上，軟弱地段在鋼筋拱架基腳處設槽鋼以增加基底承載力，架立時垂直隧洞中線。當鋼拱架和圍巖之間間隙過大時設置混凝土墊塊，用混凝土噴填。

3.8 掛網噴混凝土

掛網噴混凝土在格柵拱架安裝和固定錨桿完成后進行，掛網采用φ6.5圓鋼，網目規格15 cm×15 cm。噴護C25混凝土，直至將格柵空隙全部噴平。

3.9 坍塌區空腔的回填

由于本洞室為有壓洞，為確保安全運行，需在安全支護通過坍塌部位后，對塌方頂部空腔進行回填處理。為了保證回填密實，同時又對超前支護時所形成的拱圈不產生破壞，因此采用流動性較好而質量較輕的M30砂漿回填。

4 結語

瀘定水電站2號引水洞塌方段處理順利結束，處理過程中再未發生新的塌方，也未出現任何安全事故。所采取的引水洞變形加固及塌方處理方案的實施取得了成功，但以下幾個問題應予注意：

（1）塌方處理方案的選擇，應根據圍巖地質條件的變化做出合理的調整，從現場實際和安全等方面進行綜合考慮做出決定。

（2）塌方處理過程中，應加強錨桿應力監測、洞室收斂監測；以隨時掌握塌方影響區內圍巖應力變化，為后續的處理提供基礎資料，也有利于保護塌方處理人員及設備安全。