黃河上游某水電站隧洞頂拱塌方的處理

【摘要】黃河上游某水電站導流隧洞上層開挖過程中，出現頂拱圍巖大規模塌方。文章主要從地質圍巖條件入手，結合現場實際，分析造成塌方原因及處理方案，介紹了超前小導管施工方案在隧洞大塌方中的應用，為后續工程提供了有益的經驗。

【關鍵詞】導流洞；塌方；超前小導管

1.工程概況

黃河上游某水電站位于青海省境內，為一等大（1）型工程，其導流方式采用全年圍堰擋水，隧洞導流。導流隧洞按照有壓隧洞設計，隧洞斷面尺寸為13.0m×17.0m（寬×高），全長1200m，進口高程EL.2601m，出口高程EL.2595m，縱坡約為0.5065%，布置于黃河左岸。

導流隧洞在開挖過程中分4層施工，上層開挖高度7.0m，中1、中2層開挖開挖高度均為5.0m，剩余為下層開挖。每層開挖間距不小于200m。

2.施工情況

導流洞根據結構特點和施工機械的性能，結合施工通道等因素，導流洞分4層開挖支護。1層開挖主要采用全斷面開挖，在不良地質段采用中導洞先行，擴挖跟進的方法施工；2、3層開挖采用全斷面開挖，兩側垂直預裂，在鋼拱架分布區（不良地質段），采取中間抽槽，兩側預留2m左右保護層的方法；4層保護層開挖采用水平預裂（光爆）開挖。

3.塌方情況

2013年2月24日導流隧洞上層開挖過程中，頂拱遇到軟弱地質斷層構造帶，在爆破后右拱肩部發生小范圍坍塌、掉塊。現場各方及時到現場察看，并提出處理意見。由于施工單位原因未及時進行處理，造成隧洞頂拱圍巖卸荷范圍擴大，引起該部位及上下游隧洞頂拱多次塌方，塌方方量約3000 m3，上下游塌方長度約11m。

4.塌方處地質條件

塌方地段巖性為變質砂巖夾薄層狀板巖，巖體以弱風化為主，局部強風化。斷裂構造主要有：①塌方段上游出露的F10斷層，其在導流洞出露寬度約為4m～6m，主要填充糜棱巖、碎裂石，上盤面可見厚度約為5cm～10cm的連續灰色斷層泥，膠結差，面略彎曲較粗糙，且拱頂存在有滲～滴水現象；②塌方段段發育一組和F10斷層產狀平行的裂隙密集帶，裂隙寬度0.5cm～1.0cm，多充填巖屑、巖片，膠結差，面較平直、粗糙。

5.塌方原因分析

5.1 地質原因影響

塌方段圍巖受F10斷層、裂隙密集帶及地下水的影響，該段巖體從塌方段頂拱巖體完整性較破碎，圍巖局部穩定性較差，加之圍巖暴露時間過長，產生松弛變形，引起后續幾次塌方。

5.2 支護不及時影響

現場出現塌方后，施工單位自身原因及未及時組織力量進行支護，導致圍巖在松弛變形前未采取任何措施，且在地下水的濕潤下，沿斷層帶及圍巖裂隙影響帶的軟弱夾層產生局部坍塌破壞，影響斷層帶附近的圍巖也失去自穩發生坍塌，使塌方范圍擴大。

6.處理方案

6.1 方案選擇

施工方研究其它工程洞挖塌方處理方案后，認為：本工程導流隧洞工程工期緊張，若采用大管棚法，需用特定的管棚鉆機。考慮到進場時間較長，且鉆孔效率較低等困難，決定采用其在黃河上游已建成的某水電站上壩公路隧洞工程塌方處和牛欄江某水電站導流洞塌方處采用的雙排超前小導管法處理。

6.2 塌方處理

（1）對塌方體石渣進行全封閉噴護處理，噴護采用C20混凝土，厚度為15cm。

（2）塌方渣體噴護封閉以后，在頂拱塌方體邊緣下游2m處拱肩以上部位沿弧向進行雙排超前小導管施工，第一排超前小導管仰角為25°～30°，弧向間距35cm，第二排超前小導管向下游平移50cm，導管仰角為40°～45°，弧向間距35cm。超前小導管采用Φ50加厚無縫鋼管，長5m～6m，管壁設注漿孔，孔徑Φ10mm，間距為60cm，呈梅花型布置，超前小導管安裝到位后進行注漿，注漿漿體為水泥凈漿（需加入速凝劑），配合比為水泥：水=0.5：1，注漿壓力控制在0.3MPa～0.5MPa。

（3）超前小導管第一循環工作完成后，對塌方渣體用裝載機或反鏟配合自卸汽車進行出渣，出渣進尺為50cm（即相鄰鋼拱架的間距）出渣完成后用22b鋼拱架和施工藍圖設計系統錨桿及時支護，并用C20鋼纖維混凝土滿噴覆蓋。

（4）鋼拱架支護每4榀（即2m）進行一次雙排超前小導管施工，施工方法同上。注漿后進行下一循環的施工，直至塌方體處理完畢，塌方體處理過程中預留Φ70mm的回填灌漿管。

（5）待整個塌方區出渣支護完成后，對塌方區頂部空隙進行C20水泥凈漿回填。

6.3 超前小導管

超前小導管作用機理是對具有一定空隙或裂隙受擾動的圍巖，在注漿壓力的作用下，使漿液滲入到圍巖的空隙和裂隙中，以水泥漿作為膠結物將圍巖進行膠合，形成整體來提高整體穩定性，使其組成底層重拱結構，防止開挖圍巖的松動和坍塌。

6.3.1 施工程序

6.3.2 施工要點

（1）沿開挖輪廓線周邊測量放樣布孔。

（2）鉆機進入工作面，搭設鉆機支架，調整角度就位，。

（3） 鉆機頂緊鉆爆臺車，使用氣腿壓力將鉆桿鉆頭緊貼布孔部位，進行鉆孔作業。

（4）鉆孔達到要求深度后，取出鉆桿，進行清孔處理。

（5）鋼花管在安裝到位后，繼續鉆進其他孔眼，直至所有鋼花管安裝完畢。

（6）用注漿機將漿液壓入鋼花管內，漿液通過鋼花管孔眼滲入孔壁的縫隙內，固結附近巖土層。

6.3.3 超前小導管施工質量標準

（2）壓注漿時，必須密切注意壓力表，發現壓力過高，需立即停止，排出堵塞；注漿管不準對人放置，注漿管在搬動前，關閉密封蓋，以防高壓噴出射擊傷人。

（3）泵壓突然升高時，可能發生堵管，應停機檢查。

（4）進漿量很大，壓力長時間不升高，應重新調整漿液濃度及配合比，縮短膠凝時間。

（5）注漿施工中認真填寫注漿記錄，隨時分析和改進作業，注漿參數應根據注漿試驗結果及現場情況調整。

7.結語

隧洞開挖在水電工程中是很重要的一項工程，處理隧洞開挖過程中出現的塌方的方案也是多種，但對于出現頂拱大范圍塌方，且堆渣較多，清渣后將存在更大安全隱患，超前小導管的應用就很重要。

通過超前小導管在本工程導流隧洞塌方段的成功應用，在塌方段及臨近上下游洞身段的中下層開挖過程中再未發生垮塌情況。經總結塌方原因，嚴格遵循“短進尺、弱爆破、緊支護、勤量測”在隧洞大斷面開挖過程中是必不可少的。

作者簡介：謝明（1984—），男，青海湟中人，助理工程師，學士，主要從事水利水電管理。