巖溪水庫工程取水兼放空隧洞洞內垮塌處理分析

陳黎

（遵義水利水電勘測設計研究院，貴州遵義563000）

巖溪水庫工程取水兼放空隧洞洞內垮塌處理分析

陳黎

（遵義水利水電勘測設計研究院，貴州遵義563000）

巖溪水庫工程取水兼放空隧洞受到地形等因素的影響，導致在開挖施工中多次出現垮塌現象，該段洞內多為碎石夾泥充填，且溢洪道左側邊墻頂部出現Lf1～Lf7條裂縫，分布在導流洞垮塌段頂部附近，且寬度逐漸增加后穩定，因而對其進行有效的處理是十分必要的。通過對巖溪水庫工程取水兼放空隧洞洞內垮塌現狀及原因的分析，提出取水兼放空隧洞洞內垮塌處理方案，采用永久襯砌、充砼回填處理，加強地表截排水和洞內排水，并對垮塌段頂部圍巖進行固結灌漿處理，實施后，效果良好。

隧洞；地形；垮塌；原因；處理

1 工程概況

巖溪水庫右岸取水兼放空隧洞，由于壩址右岸地形受三面切割，節理裂隙較為發育，且斜切河床發育的斷層影響，高臺組薄至極薄層泥質白云巖風化嚴重，巖體極為破碎，大多為散粒體，圍巖自穩條件極差，開挖過程中曾出現多次不同程度的垮塌現象，整個洞身斷面基本采用鋼拱架支撐，因薄至極薄層泥質白云巖基本呈碎裂散體結構、巖體自穩能力特別差、洞身部分排水孔失效的影響，隧洞樁號導0+380～導0+400段因臨時支撐鋼拱架不能承受外水壓力和碎裂巖體的荷載而再次垮塌堵塞。

隨著洞身垮塌形成空腔引起頂部地表大面積變形，受垮塌和牽引的影響出現多條裂縫，其中部分裂縫開展和變形較快，形勢比較嚴峻。

2 取水兼放空隧洞洞內垮塌現狀及原因分析

2014年10月13日，導流隧洞樁號導0+380～導0+400段再次出現垮塌，現該段洞內多為碎石夾泥充填，且溢洪道左側邊墻頂部出現Lf1～Lf7條裂縫，經調查，裂縫分布位置為導流洞垮塌段頂部附近，且寬度逐漸增加后穩定。

垮塌原因分析為：導0+380～導0+400垮塌段洞身位于溢洪道附近，與溢洪道底板之間圍巖厚度約30 m。巖性為∈2g2極薄至薄層泥質白云巖夾少量泥巖，且該區有f1斷裂通過。受巖性、層厚影響。圍巖破碎，裂隙發育透水性較強遇水軟化。巖體開挖呈泥狀及顆粒狀，自穩能力極差。2014年4月至5月 0+342及0+405樁號開挖時間斷出現五次垮塌，總方量約300m3，主要集中在后25 m段。后采用全斷面鋼拱架支撐。成洞后未對洞頂空腔進行回填，且一直未完成永久襯砌。空腔兩側及上部巖體在施工震動及雨季水流作用下于10月13日再次在導0+380～導0+400段產生垮塌，形成更大空腔。呆滯上部溢洪道左側墻巖體出現開裂。隧洞垮塌后通過對洞身進行觀測，洞身其余洞段未見變形，軸線無位移現象。

3 處理措施

3.1 處理方案擬定

巖溪水庫工程導流隧洞布置于大壩右岸，因壩址區右岸地形受三面切割，節理裂隙較為發育，且斜切河床發育的f1斷層影響，特別是樁號導0+342～0+405段高臺組薄至極薄層泥質白云巖風化嚴重，巖體極為破碎，大多為碎裂散體結構，圍巖自穩條件極差。此段開挖過程中出現多次不同程度的垮塌現象，總計垮塌方量約300 m3，主要集中在導0+380～0+405段，采取全斷面鋼拱架支撐才貫通成洞。成洞后未對洞頂垮塌形成的空腔進行回填，未及時完成洞身永久鋼筋砼襯砌。加之該段隧洞位于溢洪道左側邊墻附近，與溢洪道底板之間圍巖厚度約30 m。溢洪道內施工震動影響，巖體裂隙發育透水性較強，雨季地表水下滲，泥質白云巖及泥巖遇水軟化，巖體荷載全部作用于洞身臨時支撐的鋼拱架上，洞身排水孔部分失效等多種因素的共同作用下，導致2014年10月13日下午15時31分隧洞樁號導0+380～導0+400段因臨時支撐鋼拱架不能承受外水壓力和碎裂巖體的荷載而再次垮塌，洞頂形成更大空腔，溢洪道左側洞頂地表出現Lf1～Lf7裂縫，裂縫位于垮塌段洞頂附近及周邊，寬度逐漸增加后趨于穩定。裂縫發育方向不規則，其中LF1、LF2、LF3、LF6發育方向約為NW10°～30°，LF4、LF5發育方向約為NW20°～35°，LF7發育方向約為NE83°。目前裂縫寬一般0.5 cm～0.8 cm，最寬約3 cm，長度LF1長約14 m，LF2～LF5約5～10 m，LF6最長約28 m，LF7約2.5 m。隧洞垮塌后對洞身進行觀測，垮塌前后洞身段未見明顯變形，軸線無位移現象。

根據取水兼放空隧洞洞身垮塌成因分析，為及時處理洞身垮塌帶來的安全隱患和確保今后溢洪道的運行安全，同時為工程的截流和度汛目標創造有利條件，經省、市、縣級主管部門領導及參建各方代表共同研究決定，確定對取水兼放空隧洞洞身垮塌段采取如下處理措施[1]：

（1）為防止垮塌進一步惡化，甚至冒頂影響溢洪道的施工和運行安全，同時確保洞內垮塌處理的施工安全，須及時對垮塌段隧洞前后洞身完成永久襯砌，對垮塌堆積物進行充填處理，對垮塌段頂部空腔進行砼回填處理，并加強地表截排水和洞內排水措施。

（2）待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強度后，對洞內垮塌段實施清理，臨時鋼拱架支撐，清理完畢后及時進行永久襯砌。鋼筋砼襯砌達到強度后對垮塌段頂部圍巖進行固結灌漿。

3.2 洞內垮塌處理方案設計

3.2.1 處理設計

為確保施工安全并結合處理時間綜合考慮，對取水兼放空隧洞樁號導0+380～導0+400垮塌段處理前，須在垮塌段前后洞身進行不小于5 m的永久襯砌。隨后在導0+380～導0+400垮塌段地表變形區左右兩側（圖1剖面1-1′和3-3′）分別布置1#～7#和10#～16#鉆孔，設計為雙排，孔距6.0m，鉆孔梅花型布置，內外兩排均平行于隧洞軸線，外側鉆孔以75°傾斜角鉆進洞內垮塌區，內側則以85°或以上角度鉆進。孔深以穿過垮塌空腔進入洞頂附近垮塌堆積體為準。上下游（剖面2-2′和4-4′）分別布置8#、9#和17#、18#鉆孔，設計均為單排，孔距為2.0 m。鉆孔以75°傾斜角鉆進洞內垮塌區。

3.2.2 施工工序

本次施工工藝先后順序為:先進行隧洞左右兩側外排，再進行隧洞兩側內排，最后施工上下游側單排，由邊孔向中間孔依次順序施工，即由外及內的施工原則。為減少擾動保障安全，應采用單臺鉆機施工。設計鉆孔孔徑不小于127 mm，采取無水鉆進，避免隧洞周邊繼續垮塌。鉆孔時，遇到孔內洞穴、垮塌空腔、塌孔、掉塊、垮塌堆積物、掉鉆的位置及長度等應詳細記錄，并及時報告監理工程師結合充填工藝分析鉆孔和具體情況，做出決定后進行下步施工。先施工鉆孔至洞內對垮塌堆積物宜采用低標號水泥砂漿摻石子充填，洞頂以上水泥砂漿強度逐級增加，建議采用M5～M10，達到一定強度后，空腔部分采用C15混凝土回填，具體施工工藝由施工單位自定。施工期間應對地表裂縫及施工設備周邊加強觀測[2]，并提前做好安全措施和應急預案，一旦出現新的較大裂縫、地面產生嚴重變形或鉆進過程中洞身或變形區出現垮塌現象，應立即撤離施工人員及設備。灌漿前應對隧洞垮塌段兩端建議采用鋼模板加斜支撐封閉密實[3]，盡量做到充填灌漿漿液不從封堵模板縫隙滲出。

待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強度后，對洞內垮塌段實施清理,I16～I20工字鋼制作成鋼拱架臨時支撐，清理完畢后及時采取60 cm厚C20鋼筋砼永久襯砌。筋砼襯砌達到強度后對垮塌段頂部圍巖進行固結灌漿，19#～38#孔為垮塌段洞頂圍巖固結灌漿孔，在隧洞軸線兩側地表垂直造孔，孔距3 m。采用雙排孔，排距2 m；結合隧洞洞身固結灌漿考慮底界至洞頂以上7 m。灌漿材料采用合格的42.5或以上強度標號的新鮮水泥，水泥細度要求通過80 um方孔篩的篩余量不大于8%。建議漿液水灰比為0.5∶1自流灌注。

圖1 垮塌段地表變形區剖面圖

4 結語

通過分析可知巖溪水庫取水兼防控隧洞隨處巖層較為破碎，開挖過程中出現多次垮塌現象，而垮塌形成空腔導致多條裂縫的出現，迫切需要對進行處理。經過分析，建議在對垮塌處理之前須在垮塌段前后洞身進行不小于5 m的永久襯砌。同時對垮塌堆積物進行充填處理，待垮塌堆積物和空腔回填砼具有一定強度后，對洞內垮塌段實施清理，臨時鋼拱架支撐，清理完畢后及時進行永久襯砌。鋼筋砼襯砌達到強度后對垮塌段頂部圍巖進行固結灌漿。今后，還需要加強對該隧洞的監測，發現問題及時處理，避免隧洞出現裂縫、垮塌等事故的發生。

[1]王興俊;;水利工程隧洞施工技術探討[J];河南科技;2011年18期. 56-57

[2]賀光明;朱世杰;;特殊環境下漫水灣供水工程隧洞的施工監理[J];水電站設計;2006年01期.23-24

[3]李生宏,宮志群,張勇,馬清秀;復雜地質條件下特大斷面導流隧洞開挖與支護施工技術[J];鐵道建筑技術;2002年05期.67-68

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1673-9000（2017）04-0072-02

2017-01-09

陳黎，（1979年-），男，貴州遵義，苗族，高級工程師，主要從事：水利水電勘測設計工作。