寺坪電站引水隧洞坍塌冒頂綜合處理施工技術
2008-12-01 00:00
關 鍵 詞: 引水隧洞;坍塌冒頂;灌漿;物探測試;鋼拱架支護;坍塌清挖
1 概述
寺坪電站引水隧洞全長413.275m，由上平段、上彎段、斜井段、下彎段、下平段和壓力鋼管段構成。其中K0+290.8～K0+413.275m為壓力鋼管段，由平彎段和直管段組成，斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸7.1m×7.1m。坍塌冒頂發(fā)生在壓力鋼管K0+342～K0+320m段。
2 第1次坍塌冒頂處理
引水隧洞出口壓力鋼管K0+342～K0+320m段2005年3月17日第1次發(fā)生坍塌冒頂時，坍塌區(qū)域貫穿整個山脊，在山頂形成一個12m×8m×4m（長×寬×深）的塌坑，塌坑四周伴有誘導裂隙出現(xiàn)。
坍塌冒頂處理方案分3步進行:①對上部塌陷區(qū)物探測試后進行清挖處理，防止塌方進一步擴大;②先在洞頂進行塌方范圍回填灌漿，再對冒頂塌方坑封閉及塌陷區(qū)周邊進行固結灌漿，然后開始上部塌陷區(qū)清挖，并對清挖邊坡進行支護，確保施工安全;③對洞內塌體進行清挖處理，支護封閉洞內坍塌段側墻及頂拱。
2.1 防止塌方進一步擴大的施工措施
2.1.1 坍塌體上部處理
為防止雨水下滲，對坍塌體上部用彩條布遮蓋;對于塌體頂部誘導裂隙采用M10砂漿進行封閉，防止雨水進入造成裂縫的繼續(xù)擴散;在塌體上部坡面距裂縫1.5～2m人工開挖截水溝，防止雨季地表積水匯入塌坑。
2.1.2 加強洞內塌方部位下游15m支護
引水隧洞壓力鋼管段K0+342～K0+370m段已按設計要求安裝鋼格柵和固定錨桿，鋼格柵采用鋼筋骨架型式，間距1.0m，部分鋼格柵立柱采用Ⅰ20型鋼，并在鋼格柵和圍巖之間掛網格為20cm×20cm的φ6.5鋼筋網，兩側墻回填C20混凝土，回填厚度小于20cm處和起拱線以上采用C20細石混凝土噴護。
2.1.3 坍塌區(qū)域物探測試
為便于分析引水隧洞塌方松散體的范圍，采用高密度電法測試，通過冒頂區(qū)、延伸區(qū)、完整區(qū)巖體電性差異，來了解松散體縱向和水平方向的延伸范圍。由于高密度電法測試只能檢測30m深度以內松散體的延伸范圍，在上部坍塌體回填灌漿結束后，又采用跨孔聲波法檢測30m以下松散體的延伸范圍。
2.2 上部塌陷的處理
上部塌陷區(qū)處理按以下步驟進行:
2.2.1 頂部減載清理
根據(jù)物探測試的松散體范圍，首先對頂部進行減載清理到弱風化層，初步確定清理高度5m，清理范圍距松動區(qū)外1～1.5m。為保證施工安全，清理先從塌陷區(qū)左右兩側進行抽槽開挖，再對上下游邊坡自上而下分梯段進行開挖，梯段高度2～2.5m;左右兩側及下游開挖邊坡坡比為1∶1.5，為盡量減少施工難度和對上游自然邊坡的擾動，上游開挖邊坡坡比為1∶0.75～1∶1。
2.2.2 封閉灌漿
沿冒頂塌坑（半徑R=9m）布設一圈固結灌漿孔，分兩序固結，共布設28個固結灌漿孔，灌漿孔底距洞頂1～2m。
2.2.3 松動區(qū)外5m范圍內固結灌漿
上部塌陷區(qū)清挖減載后，沿開挖線外側設置截水溝，確保外來水不侵入塌陷區(qū)，同時沿塌陷區(qū)范圍澆10cm厚C25壓漿板混凝土，然后對松動區(qū)沿裂隙松動圈（上下裂縫兩側）5m范圍進行固結灌漿，灌漿深度按清挖高度確定。固結灌漿孔排距3m，呈梅花型布置，孔深距洞頂1m，孔數(shù)根據(jù)第1次物探測試成果決定。
2.2.4 清挖邊坡支護
為保證清挖邊坡的穩(wěn)定性，先將坡面噴護10cm厚C20細石混凝土，再配置雙向φ22@20cm×20cm鋼筋、澆筑40cm厚C20W6F100混凝土對清挖邊坡進行保護。上部塌陷區(qū)開挖邊坡的預固結灌漿、排水、支護施工逐層進行，并根據(jù)物探檢測和開挖揭示的地質情況調整清理高度和清理范圍。
2.2.5 坍塌頂面處理
塌陷區(qū)頂部減載清挖、支護完成和洞內坍塌體處理結束后，在清挖平臺至坍塌頂面區(qū)域澆筑2m厚的鋼筋混凝土將塌坑上方進行全封閉。
2.3 洞內坍塌體處理
2.3.1 坍塌體清挖處理
完成上部塌陷區(qū)清挖處理、支護和固結灌漿后，分上下兩層開挖進行洞內坍塌體的處理，按先護頂后開挖的原則進行施工，頂部清理范圍高于設計開挖輪廓線2.0m。開挖清理前，視坍塌體穩(wěn)定情況，可對塌體預注漿加固。為確保施工安全，坍塌體采用液壓式鑿巖機分層開挖，每次循環(huán)進尺0.75m，拱頂和側墻跟進支護，嚴禁爆破處理。
2.3.2 洞內鋼筋混凝土頂拱封閉
洞內坍塌區(qū)每循環(huán)初期支護完成后，及時對拱頂采用鋼筋混凝土封閉。在坍塌區(qū)安裝鋼拱架，鋼拱架間距0.75m，單榀鋼拱架用Ⅰ20型鋼制作。施工時先安裝鋼拱架兩側立柱，澆筑側墻混凝土然后安裝鋼拱架頂拱和φ28@20cm×20cm鋼筋，立模澆筑頂拱混凝土。洞內左右側墻錨桿根據(jù)變形監(jiān)測結果可在支護混凝土澆筑后施工。
2.3.3 灌漿處理措施
?。?）灌漿處理原則。上部塌陷區(qū)按初步確定的5m清理高度處理后，在洞頂進行塌方范圍回填灌漿處理，再進行塌坑周邊封閉固結灌漿和裂縫松動圈固結灌漿。
?。?）灌漿處理程序。引水隧洞塌方灌漿處理程序為:冒頂塌方范圍清挖減載→截、排水溝及壓漿板混凝土澆筑→冒頂塌方范圍物探測試→洞內清理→洞內塌方段回填灌漿→塌陷區(qū)周邊固結灌漿→冒頂塌方范圍固結灌漿→待齡10d→引水隧洞塌方段擴挖襯砌加固。
（3）灌漿布置。①洞內回填灌漿。上部塌陷區(qū)清挖至穩(wěn)定邊坡后，在洞頂進行回填灌漿。由于洞頂塌方體巖石松散，擬采用跟管鉆機進行造孔，深入塌方巖體內3m，孔間距3m，孔位布置見圖1（略）。②松動體固結灌漿。洞內回填灌漿完成后，進行冒頂塌方巖體固結灌漿:封閉頂部塌坑（半徑R=9m），布設一圈固結灌漿孔，分兩序固結，孔距2m，共布設28個固結灌漿孔，灌漿孔底洞頂100cm，孔深約40～42m;沿裂縫松動圈（上、下裂縫線兩側）5m范圍內進行固結灌漿，孔排距3m，梅花形布設。
?。?）灌漿方法。固結灌漿均采取分段固結，第1段深度為1.5m，埋設1m的孔口管，以下每5m為一段，最大段長不超過7m;由于現(xiàn)場地質條件復雜，塌方區(qū)巖體松散，裂隙發(fā)育，因此灌漿鉆孔結束后不進行沖洗，直接進行回填、固結灌漿。
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封閉孔灌漿壓力0.1～0.2MPa，具體灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場情況可適當調整。
固結灌漿采用單孔灌注、分序進行，先施工邊排，再施工中排，分段灌漿逐級升壓。邊排灌漿第1段壓力定為0.2MPa，考慮隨孔深不斷增加，漿液自重壓力不斷增大，10m范圍內壓力可不變，超過10m后每增加1段壓力增加0.05MPa。中間排灌漿第1段壓力為0.3MPa，10m范圍內壓力可不變，超過10m后每增加1段壓力增加0.05MPa。
水泥漿液的水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1共4個等級，固結灌漿開灌漿液水灰比為3∶1，回填灌漿開灌水灰比為2∶1。
變漿標準:單孔注入量達300L以上或灌注時間已達1h以上，而灌漿壓力或注入率均無變化，或變化不顯著時，改為濃一級水灰比的漿液灌漿。當每灌注孔段注入率大于0.4L/min時，延續(xù)灌注30min即可結束，采用0.5∶1水泥漿液進行封孔。
2.4 坍塌冒頂處理安全監(jiān)測
為了掌握引水隧洞上部塌陷區(qū)清挖邊坡和洞室圍巖變形情況，保證人員設備安全，對清挖邊坡和洞室支護結構復核提供依據(jù)，對開挖清理后的邊坡和洞室圍巖采用收斂計進行收斂變形監(jiān)測。
3 第2次坍塌冒頂處理
2005年7月30日，引水隧洞壓力鋼管段K0+320m以上再次發(fā)生坍塌冒頂，經過方案的可行性和經濟成本等方面進行比較論證，最終確定采取管棚超前支護方法處理第2次坍塌冒頂。
3.1 管棚施工方法
灌漿孔沿洞室周邊間距50cm環(huán)狀布置，鉆孔傾角5°，原則上洞頂孔向上傾斜、側壁孔沿兩側傾斜。暫布孔23個（施工中根據(jù)實際斷面尺寸增減布孔個數(shù)），分3序從洞頂沿兩側施工，管棚造孔孔位布置見圖2（略）。
3.1.1 管棚施工程序
跟管鉆機造孔→下設灌漿花管→拔出跟管套管→孔口封閉→回填灌漿。
3.1.2 管棚施工技術
（1）松散體貼面混凝土澆筑。為防止回填灌漿時漿液外串、方便跟管鉆機拔管，在施工前需沿洞內塌方松散體頂拱周圈澆筑一層厚50cm的貼面C15混凝土，寬度0.8m。松散體表面堆碼充填石渣的編制袋阻漿及支承上部混凝土，待混凝土達到70%以上強度后再進行造孔及灌漿作業(yè)。
?。?）灌漿花管制作。灌漿花管采用φ80mm無縫鋼管制作，單根總長15m，絲扣連接。底端用鋼板焊接封閉，管身呈梅花型鉆設直徑10mm的小孔，每環(huán)均勻鉆設3孔，除起端2.0m不鉆小孔外，環(huán)間距按50cm控制。灌漿花管起始端頭采用鋼板焊接封閉，開口處焊接一個φ25mm倒把接頭作為進漿管口。
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（3）造孔。采用跟管鉆機造孔，孔徑110mm，鉆孔傾角5°，單孔孔深按15m控制。
?。?）埋設灌漿花管。在鉆孔達到孔深拔出鉆桿后，進行灌漿花管埋設。從跟管套管內下設至孔底后，拔出鉆孔套管，并對灌漿花管采用水泥水玻璃砂漿或水泥卷進行孔口封閉。
?。?）回填灌漿。采用孔口封閉、純壓式灌漿。①灌漿水灰比:回填灌漿采用1∶1、0.5∶1兩級水灰比，以1∶1開灌。當1∶1漿液灌入300L后換用0.5∶1漿液灌注。②灌漿壓力:按管口壓力0.1～0.2MPa控制。③結束標準:在規(guī)定的壓力下，注入率不大于1L/min延灌5min結束。
3.2 洞內坍塌體清挖處理
為保持管棚的穩(wěn)定和洞內坍塌體清挖支護施工安全，坍塌體清挖支護前，在管棚的末端即下游1m范圍用鋼格柵和襯砌混凝土支護作為管棚支撐，將懸臂狀態(tài)的管棚改變?yōu)楹喼ЫY構，使其處于合理的受力狀態(tài)。洞內坍塌體清挖支護施工方法與第1次基本相同。
4 結語
地下工程施工經常遇到的隧洞坍塌冒頂、圍巖擠壓膨脹等不良地質條件，只要進行周密的地質勘探工作，并在此基礎上審慎地選定切實可行的施工方案，終能順利通過不良地質洞段。
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