金盆水庫溢洪洞不良地質洞段塌方處理

黃友富

(陜西省水利電力勘測設計研究院大安監(jiān)理公司 西安 710001)

1 工程概況

金盆水庫樞紐工程位于渭河一級支流黑河下游周至縣馬召鎮(zhèn)黑峪口。樞紐工程由攔河壩、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、壩后電站、副壩等建筑物組成。工程規(guī)模為大（二）型二等工程，溢洪洞設計標準為Ⅱ級建筑物，總庫容2億m3，電站總裝機容量 20MW。該工程是以城市供水為主兼顧灌溉、發(fā)電、防洪等的綜合利用水利工程。

溢洪洞布設于大壩右岸，結構形式為“龍?zhí)ь^”式，洞身橫斷面為圓拱直墻形，斷面尺寸由12m×14.73m變?yōu)?0m×11.5m。由進口引渠、閘室段、陡坡漸變段（底坡比 1:2）、反弧段、平洞段及挑流鼻坎段組成,全長 389.40m。最大泄流量2200 m3/s，最大流速41.10m/s。

2 工程地質特征

溢洪洞貫穿河道右岸山體，圍巖結構成分復雜。巖性主要為弱風化云母石英片巖，片理和裂隙發(fā)育，巖體破碎，完整性差，地下水位高于洞頂。洞室圍巖分為3類：穩(wěn)定性差（Ⅲ）類，不穩(wěn)定（Ⅳ）類，極不穩(wěn)定（Ⅴ）類，其中，不穩(wěn)定（Ⅳ）類和極不穩(wěn)定（Ⅴ）類占52%。沿洞線分布的較大規(guī)模斷層共計7條，分別是F2、F3、F4、F5、F15、F23、F79等。其中，F(xiàn)79斷層影響帶寬度達20m,并且與F5斷層形成斜交，對施工威脅最大。洞段地質條件的先天不足為后期施工埋下了極大隱患。

3 塌方冒頂處理

由于溢洪洞位于 7條斷層切割的較破碎山體圍巖之中，盡管承包商在施工過程中步步為營，穩(wěn)扎穩(wěn)打，仍然還是避免不了洞內塌方。樁號0+080～0+100m段自發(fā)生首次塌方后，連續(xù)發(fā)生了數(shù)次小規(guī)模塌方，直至次年在位于溢洪洞樁號（山頂處）0+100.6～0+108.5m山體表面出現(xiàn)一直徑約 8.5m，深約 15m的圓形塌陷坑，塌陷坑地表與洞頂高差約85m。初步分析認為，造成本次塌方冒頂?shù)闹饕蛩厥鞘蹻79斷層與F5斷層斜交形成的三角體影響所致，其洞身樁號為0+069～0+084m。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，洞內塌方體介質基本是砂礫、碎石、大塊石等。

3.1 塌方處理方案

本次塌方量大、范圍廣，在總結不良地質段常規(guī)處理塌方辦法的前提下，結合金盆水庫工程的實際（為西安市供水時間不變），決定采用不清除塌方渣體，而采用超前固結灌漿、強支撐、低擾動開挖的施工方案。即在塌方體中進行超前固結灌漿、超前導管或錨桿（自鉆式與系統(tǒng)）配合、鋼拱架支撐、謹慎開挖、掛網(wǎng)噴漿結合系統(tǒng)錨桿再進行二次固結灌漿等多重施工工藝，對塌方體進行封閉處理。洞外山上和洞內同時進行施工。

3.2 塌方處理技術措施

3.2.1 洞外塌陷坑處理措施

（1）在處理山頂塌陷深坑時，首先清理塌陷坑周邊松動危險的巖石。在坑壁布設觀則點，隨時掌握坑口、滑裂面變形情況，確保坑內作業(yè)人員安全。為固定洞頂塌方體，在坑內布設 17根錨索。具體實施是先造孔，后下 50mm鋼管，再穿φ32mm精軋螺紋鋼筋，然后加壓注漿。

（2）在坑內四周邊壁破碎巖面布設長4.5m，直徑 28mm@150cm×150cm系統(tǒng)錨桿，并掛直徑6mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)，再噴射 10cm厚的 C20混凝土，增強巖石整體強度。

（3）在塌陷坑底部澆筑1m厚C15混凝土蓋，且插入直徑32mm螺紋鋼筋作為聯(lián)系筋，間距1m梅花形布置。在C15混凝土蓋與坑壁接觸處還布設長 4.5m，直徑 28mm@50cm錨桿 2排。同時在澆筑 C15混凝土時順便預埋 5根直徑 108mm鋼管，梅花形布置，作為后續(xù)注漿充填通道。

（4）回填塌陷坑的土石料最大粒徑限制在25cm左右，夯填密實，坑口回填高程高于原地面40cm。在山上坑頂回填土上澆注直徑為16m，厚80cm的C15混凝土蓋板。周邊做排水溝。

3.2.2 洞內塌方體表層處理措施

對塌方體暫不做開挖清渣處理，先采取封閉噴漿加固措施。

（1）封閉噴漿前在塌方體上打長 1.5m,直徑 25mm插筋錨桿，間、排距1m。然后噴C20混凝土漿，適當添加速凝劑，增加早期強度。在拱基線附近噴漿層厚20cm，其他范圍15cm。

（2）對現(xiàn)拱架上部20cm處至斜坡面，沿開挖線放大20～30cm范圍，架立模板澆筑C20混凝土。在支模澆筑混凝土前，先在拱腳線附近清出8個長、寬、深各50cm 的側向臺坑，然后在此坑中架立型鋼拱架。在加固澆筑的C20混凝土中布設了4品鋼拱架。

3.2.3 穿越塌方體洞挖處理措施

（1）沿開挖線外側 5～10cm處先打一圈長6m的φ48mm注漿管和自鉆式錨桿，二者間隔布置，孔間距40cm，松動區(qū)間距為30cm，孔深5.8m，錨桿向外側夾角為 5～10o。注漿漿液水灰比1:0.45，漿液中按1:1比例摻入細沙，灌漿壓力1MPa。每孔注漿量大于 0.3m3。施灌過程中有部分孔內壓力升不起來，采用適當調整漿液水灰比或增加添加劑用量的辦法解決。再不行就采用三缸活塞注漿泵，出口注漿壓力為 4MPa。待噴射混凝土和注漿體強度達到75%時開始試挖，選擇相對穩(wěn)定的位置挖出一條 2m×2m的小導洞，洞深 2m左右，從洞內檢查固結灌漿效果，為調整漿液比和修正注漿參數(shù)提供依據(jù)。試開挖時，有的地段固結效果不理想又重新補灌。將開挖線外側深度 5～10cm修正為 35～40cm，再打一圈長6m的φ48mm注漿管和自鉆式錨桿，其他參數(shù)不變，繼續(xù)復灌。

（2）正式開挖時，在掌子面沿洞開挖線外側 40cm處挖出長 1m，寬 1.5m的弧形槽，將事前用20#工字鋼加工制作的2組鋼拱架支于槽內，間距 0.8m，并用型鋼焊接牢固，在上、下兩側加掛φ10mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)。視圍巖穩(wěn)定情況再決定先打系統(tǒng)錨桿還是先噴漿，或者是先噴混凝土再打系統(tǒng)錨桿。系統(tǒng)錨桿用φ25mm螺紋鋼，若成孔困難則選用自鉆式錨桿，其他參數(shù)同前。噴混凝土厚度以能夠覆蓋上、下2層鋼筋網(wǎng)為準，噴混凝土的標號為C20。支撐噴護強度達到后，開挖以人工松動為主，確需放炮時也是采用多打眼，少裝藥預列爆破方法。石碴清至塌方體外用反鏟運出。下一道循環(huán)開挖工序同前，每循環(huán)開挖進尺控制在 0.8m。開挖工序基本為：架立拱架→掛網(wǎng)噴漿→打系統(tǒng)錨桿→噴混凝土→開挖出碴。

4 結語

塌方冒頂是水利工程工地不良地質段經(jīng)常發(fā)生的事情，處理的方法各異。黑河溢洪洞塌方體因其量大，故未盲目清渣，采用在塌方體內直接進行開挖成洞。關鍵是將松散塌方堆積體通過處理加工，使其固結成為一個整體。即通過對圍巖超前注漿加固，使之在拱周邊形成一個具有一定厚度的保護殼體，然后再按常規(guī)施工工序進行作業(yè)。同時也應用了自鉆式錨桿，將自鉆式錨桿和系統(tǒng)錨桿有機結合，比管棚法要安全快捷一些。在合同工期內完成了隧洞開挖、襯砌的施工任務。但造價偏高。