新疆克州蓋孜河流域布侖口—公格爾水電站導流隧洞工程塌方冒頂分析處理

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

【關鍵字】水電站；隧洞；塌方；地質分析；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的蓋孜河上，壩址樞紐區距喀什市153km、距阿圖什市192km、距阿克陶縣城100km，電站位于壩址樞紐區下游約19km。工程區沿線有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、發電、防洪和改善生態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節性能的控制性水庫。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。其電站裝機容量200MW，保證出力69.8MW，多年平均有效發電量6.73億kW?h；布侖口水庫具有多年調節性能，其電站可參與系統調峰。

導流洞的概況：導流洞的作用是做導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 導流隧洞工程地質條件及塌方冒頂原因

導流隧洞的地質巖性：洞線穿越地層結構松散，膠結性弱，穩定性差，基巖蝕變較重（蝕變巖巖性較松軟，吸水性強，易軟化、風化、泥化，且蝕變輕重和富集程度常不規則，邊界不明，多呈混雜、漸變狀），涌水、節理裂隙發育，地質屬Ⅳ類圍巖。地質構造：根據地質設計圖紙和對現場揭露巖層顯示，該塌方段巖體極其破碎，層間錯動及揉皺較發育，圍巖塑性變形大，于隧洞穩定極為不利，為極不穩定的Ⅴ類圍巖。

3 導流洞塌方概況

在2010年8月6日中午，施工隊伍在導流隧洞樁號0+068.5～0+070段拱架噴射混凝土時，拱部及左側開始出坍塌，將一榀拱架上部砸毀，為避免出現大面積塌方，施工隊伍在未修補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，拱頂部再次出現滑塌，且塌方體數量較多，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段拱架部均出現現時拱架下沉、混凝土掉快現象。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場專題會議，會議決定：為確保施工安全，避免塌方繼續向上游擴散，決定將樁號0+057～0+062段5米長已支護鋼拱架段落內部加設鋼拱架加強支護，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。當天晚上完成樁號0+057～0+062段加強拱架支護后，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有孤石滑落造成的聲響，形勢非常嚴峻，現場由業主、監理、設計單位、施工單位首先確定處理方案，為防止塌方進一步擴大。

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。要充分考慮現場機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實施效果不明顯時，能較好地轉換為替代方案。

(4)經濟性強。即在保證安全、質量條件下的投入最節約。

(5)處理方案的科學性。首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴大，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入隧道正常開挖、支護工序，并對隧道基底進行注漿加固處理。

2、為了保證處理此段落塌方施工人員安全，防止塌方進一步擴大，將該洞段落的一次支護進行加固處理：首先將該段加設I18型鋼拱架支撐，補打隨機錨桿固定拱架、噴射20cm厚混凝土加固處理，并且進行固結灌漿，灌漿范圍為洞斷面。固結灌漿分為兩個次序進行，孔排距1.5m，孔深2.0～4.0m，呈梅花型布置。共分一個灌漿區段，按照隧洞走向右側為開始，Ⅰ序孔為右側孔，Ⅱ序孔為左側孔。固結灌漿從上游往下游進行，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為了保證施工作業安全，從樁號0+057處開始向塌方方向頂拱范圍進行固結灌漿，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；孔環向間距、排距1.0m～1.5m，固結灌漿管長4.5m，仰角45度，呈梅花型布置。

⑶全斷面施工φ48mm、長3.0m的超前注漿小導管管棚，排距根據每循環進尺而定，環向間距10cm，仰角7°～10°，向塌方虛碴灌漿，起到固結松動圍巖和斷面支撐作用，為了防止管尾相交廢孔，應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，當進尺到一定的距離后，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采用上下導坑預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，上導坑拱架底部采用I18型鋼鋪墊，避免拱腳產生集中應力導致拱架下沉，同時方便下導坑開挖時拱腿連接，上導坑每榀拱架采用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，拱架內外雙層φ8mm@20cm×20cm鋼筋網片，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，在現今塌方斷面松碴處向塌方面全斷面施工超前注漿小導管管棚，向塌方虛碴灌漿，起到固結松動圍巖和斷面支撐作用，再進行后續工作，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）本段塌方處設置的超前注漿管棚，排距根據實際情況布置3.0m，管棚環向間距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過沉淀后的河水；③外加劑：根據現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到預期速凝的效果。

（2）施工工藝措施：①鉆孔前進行孔位、深度、孔徑、鉆孔順序的確定及檢查工作，采用風槍施鉆鉆機安裝應平整穩固，孔徑及位置嚴格按要求施工。鉆孔過程中進行孔斜測量，并控制好孔斜?？足@好后，利用風槍將灌漿管送入孔內； 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，注漿壓力達到0.6MPa關閉注漿器閥門，停止注漿，如在灌漿過程中發現灌漿壓力一直持續不變，且管內繼續吃漿，對該管停止注漿；③灌漿方法：A.采用孔內循環灌漿法。當灌漿孔發生相互串漿時，可采用群孔并聯灌漿或將漏漿口堵死，但孔數不宜多于3個，并應控制壓力；B.灌漿在規定壓力下，當注入率不大于0.4L/min時，繼續灌注10min，灌漿即可結束；C.灌漿結束后，先將管口閘閥關閉后再停機，待洞內無返漿時，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

在洞外按照設計要求斷面鋼拱架進行加工，上導坑每榀拱架共分2段，長度不同，交錯布置，避免連接板位于同一位置；下導坑共2段直腿，洞內拱架通過測量后安裝，測出隧洞中線，找出各單元節點的標高后，將各段按順序安裝就位，再檢查鋼拱架輪廓尺寸，按照設計要求進行調整，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砼后再進行塌方面核心土的出碴工作。

6 結束語

通過以上處理措施的實施，安全通過了塌方洞段，經監測表明，該段下沉、收斂情況穩定，支護結構表面無明顯裂紋現象。各方面顯示該塌方洞段開挖處理效果好、施工進度快、經濟成本低、安全性高。