洞松水电站引水隧洞塌方及涌水处理

摘要本文介绍洞松水电站引水隧洞在开挖掘进中，针对塌方所采取的注浆小管棚处理措施；特别是涌水引起大塌方洞段的超前大管棚结合固结、回填灌浆的处理措施，取得良好效果。值得类似隧洞工程塌方处理借鉴。关键词小管棚超前大管棚涌水引水隧洞塌方灌浆洞松水电站位于甘孜藏族自治州乡城县硕曲四级电站。电站装机容量180MW(3×60MW),设计引用流量102.3m²/s,额定水头197m。电站为引水式电站，引水隧洞为有压洞，长18084.06m,设计底坡i=0.365%,进口高程2741m,为平底马蹄形。V类围岩洞段开挖断面52.86m²,C25钢筋混凝土衬砌厚度80cm;IV类围岩洞段开挖断面46.27m²,C25钢筋混凝1:衬砌厚度60cm。该工程首部枢纽工程及引水隧洞(桩号0+062～3+000)段由我局于承担施工，总工期2年。相对宽阔，仅近厂区约2km河段地形狭窄，区内来说，右岸为近南北向的条形山，左岸以宽缓的冰碛、冰水堆积阶地为主，硕曲河沿右岸山脊坡脚通过，河流呈蛇形弯曲，水流较急，漫滩不发育，两岸零星分布有I级河流阶地。引水线路所在的右岸，地面高程3250～2740m,相对高差达510m,主要发育有1、2、3号冲沟，展布方向以厚度达15m左右(拉洼雄沟),沟内均有常年流水。其中以2号冲沟——拉洼雄沟切割较深，延伸较另外，在黑达村对岸存在一个大的弧形岸坡，岸为深灰色变质砂岩与板岩互层，以薄层泥质、砂基性火山岩及灰岩透镜体；地下水发育。引水线现为南北向的褶皱和断裂，次为北东、北西向的断裂。引水线路区内发育规模较大的断层8条，其中区域性大断层有索让断裂(F⁴g)、普鲁边松断裂(Fg)、乡城断裂(Fso),这三条断裂走向基本隧洞主要傍山通过，侧向埋深180～600m,垂直埋深150～500m,以板岩和变质砂岩为主，岩层陡倾，存在缓倾角结构面，洞顶和洞壁岩体存在沿结构面跨坍的机率大。截止2010年9月15日本标段已掘进隧洞围岩分类详见表1。1"支洞在主洞1+978.84m桩号处与主洞相接，支洞进口底板高程2761.8m,与主洞底板交点高程2733.78m,1*支洞全长406.65m,平均纵坡-6.9%,支洞断面4.5×5.3m(宽×高)。0+062～3+000段引水隧洞施工分三个作业面同(1)增加护拱，防止进一步变形表1-1已掘进隧洞围岩分类表围岩类别IV₁类围岩洞段IV₂类围岩洞段V类围岩洞段合计工作面隧洞进口合计百分比时施工，进口工作面承担0+062～0+978.84段隧洞，长度916.84m;1*施工支洞下游作业面施工隧洞1+978.84～3+000段，长度1021.16m;1*施工支洞上游作业面施工隧洞0+978.84～1+978.84段，长度1000.00m。装载机装渣，自卸汽车出渣，小型挖掘机开挖排水沟、处理拱顶安全，循环进尺0.8~1.8m。Ⅲ类凝土厚度、加密锚杆基础上，增加型钢支撑(间距0.8~1.2m);V类围岩采用0.6m型钢支撑，其2塌方体处理措施在洞松水电站引水隧洞的施工过程中，曾遇多处因地质围岩差而引起的塌方情况，如S0+763、S2+406.5、S2+538.1、S1+702.6等多处塌方和S1+350～S1+423的三次塌方。塌方洞段出现坍塌。塌方体石碴封闭了掌子面，堆积长度约4～6m,部分顶拱以上形成塌腔，空腔高度墙拱变形洞段加钢护拱加强支撑，以防止支护好的洞段继续变形，拱架间用φ25钢筋焊接，间距50cm,护拱脚用型钢连接，护拱紧贴砼面，用木楔将空隙部分塞紧，塌方处理完后拆除加强(2)封闭掌子面除部分掌子面少量空隙外，塌方体多将掌子载机将石渣辅以人工土袋封闭，并在松散堆积体和土袋上喷C20砼止浆墙，厚度20cm;(3)注浆小管棚施工在顶拱钻超前φ48小管棚，管棚向上倾斜3～5°,长度6m,间距30cm,管棚内注浆，利用管棚灌浆固结松散碴体，管棚注浆完成后，松碴体得到一定固结。小管棚的布设间距较小，且设有灌浆的小孔，注浆小管棚自身具有一定的承载(4)塌方体回填、固结灌浆施工在掌子面顶拱上的坍塌体向上仰角40°~60°打一排φ48小导(花)管5根，长度6m,其中一部分孔灌浆过程中吸浆量较大，可适当加一定数量的细砂，施灌过程中采用待凝灌浆，并加3%的速凝剂，灌浆压力0.3～0.5MPa,水灰比1:1～0.5:1。由于塌方体为泥质粉砂岩，遇水部分已泥化，部分塌方体灌浆吃浆量小，不得不尽仰角导管灌浆结束后，空腔得到一定回填，回浆管返浆后可停止灌浆，并可计算出灌浆高度，是(5)塌方体开挖与支护灌浆结束12小时后，利用小管棚作棚架支撑，清除塌方石碴，欠挖部位不能放炮，拱脚不够部60～80cm后，利用已有台车(门架)安装钢支撑，并按V类围岩加强支护参数施工，钢支撑采用I18工字钢，尽量贴近掌子面，拱架间采用φ25钢筋连接，间距均为50cm,与钢拱架焊接牢固。拱架锁脚锚杆φ25、L=4.5m,均匀布置在直墙段：顶拱上布置系统锚杆φ25,L=4.5m,间距1.5m;布φ6.5钢筋网片，@15×15cm,并满喷C20砼。(6)墙拱变形段处理措施度过塌方段后，反过来处理变形段，在墙拱变形段顶拱布置φ48灌浆管，长度6m,每个断面布置2个灌浆孔，排距2m,利用φ48灌浆管对变比2:1、1:1、0.5:1,灌浆压力0.3～0.5Mpa,压力可根据现场情况作适当调整。在变形严重钢支撑附近增加φ25、L=6m的锚杆，锚头与拱架焊从塌方体开挖揭露水泥的结石和石碴固结情能有效地承受来自塌方体上部空腔塌碴带来的冲回填灌浆和强有力的支护措施，是处理普通塌方2009年9月初，在引水隧洞1+654.20桩号掘进工作面处，左拱顶部位(高程约2738m)出现小打排水孔及喷射砼封闭塌方，同时采取工字钢进行支护。约在3小时后，拱顶位置突然出现较大水量呈现逐步加大的变化趋势，涌水初期，集水井的水泵排水量仅为250.00m/h足以排除涌水，并增加排水设备，洞内最高达到了500.m³/h左右作面被淹没，涌水从1*支洞洞口自流排出，部分抽排水设备被淹没水中。在1*支洞洞口(高程2761.8m)测量自然流出最大水量约为800m³/h~850.m³/h,且受乡城县地处边远山区无法购买水泵及排水管路等因素影响，造成洞内被项目部立即组织购买抽水设备进行强排，在经过近1个月的洞内抽排水抢险，洞内积水被排3.3大塌方体的处理实施方案左侧掌子面附近已完成支护的工字钢支撑已经产生明显的变形，喷射的砼部分出现裂缝，裂缝中有大量的地下水分多处涌出。顶拱出现大面积坍塌，塌方体封闭掌子面，堆积长度约经业主、设计、监理、施工代表共同讨论研(1)对变形洞段加固处理由于涌水已从喷砼支护洞段裂缝间渗出，说在原每榀工字钢拱架部位再叠加一榀116工字钢加强支护，因塌方体堆渣必须在掌子面处理完成后方可清除，故该叠加的I16工字钢护拱不能一次全面施工，只能采用上、下半拱分别完成，上的纵向型钢上(纵向型钢采用I18工字钢，固定于φ48,L=4.5m注浆管棚上),并打10根4.0m,管距约50cm,穿进位置选在前端原已安装完成的钢拱架退后第二榀，主要布设在拱顶左边(4)封闭坍塌体增设止浆墙，即塌方处理前用C20喷砼封闭坍塌体，厚度30cm。塌体与顶拱结合部位砌砂袋止浆内墙。主要目的是增加固结灌浆压力和防止坍塌体，厚度30cm。塌体与顶拱结合部位砌砂袋止浆内墙。主要目的是增加固结灌浆压力和防止冲刷掏空，钢筋锁脚锚杆砂浆灌注质量难以得到杆)。型钢间用φ25钢筋连接，间距50cm,局部出现拉裂缝部位补挂φ6.5@200钢(2)引排涌水喷射砼为宜，将内部积水的部位布置φ150钢管多根，网孔直径为φ200300,前端管口用φ6.5钢筋作成网状，闸阀的目的是以便度过塌方段后返回来处理、加(3)探清拱顶以上松散体在塌方处的顶部用小导管向上探进，主要目的是探明洞顶上面堆渣厚度，如果上部堆渣较厚则可直接采用固结灌浆的处理方式。同时在塌方上端钻设φ100钢管两排用以引水，钢管长(5)超前大管棚施工采用φ127钢管棚布设在上半拱圈位置，管压部分可根据场地就近安置。中127钢管为特制无缝钢管，1.5m一节，分内外连接丝口，每节由一头。在施工过程中如正常的地质钻孔加套管一样一节一节加长。为了加强后期的灌浆效果，钢管周壁钻设有小孔，数量不能太多(保证钢管的抗扭矩能力)。整个掌子面的钢管钻设只用了一台钻机，用时约20天，每一根钢管在钻设过程中地下相邻管棚接头丝口不得在同一断面上，应错缝安装，钢管前端一定长度制作成花管。管棚采用φ127无缝钢管(地质导管),间距0.3m,180°范围内布设，L=20m,倾角3～5°,管尾与钢拱架焊接牢固。见图1。(6)超前大管棚注浆管壁布设φ12眼孔(花管),通过管棚注浆对坍塌体进行固结灌浆。因塌方中有较丰富的地前期可选择经验参数比，水：水泥：水玻璃=1.5:1.0:0.5,在实际施工过程中适当调整。灌浆压力初选为0.1～0.5Mpa,根据实际情况调整，以出现少量冒浆为准，灌浆结束前必须持浆3～5min,(根据速凝剂的凝结时间可调整)。在灌浆施工时，先施工大管棚上的第二层小花管，从地下渗水情况判断有一定效果。然后继续对大管棚进行灌浆，钢管头设了一个灌浆用的封头。灌浆顺序是从两边腰部向顶部靠拢的挤压式。整个灌浆过程中根据情况调整浆液浓度和掺加水玻璃的比例，但由于渗水量和压力较大，很难控制浆液凝结时间，大部分浆液被地下水带走。施工时段10天，水泥总耗量约350t。(7)拱顶坍塌体固结、回填灌浆在顶拱上部和边墙采用小导管(花管),对边墙和顶拱上部进行固结、回填灌浆，注浆小导管①48,L=6m,间距0.6m,施工角度40°,搭接长(8)坍塌体清除及隧洞支护掘进过程中采用上下导坑开挖支护，每次掘进一110小挖机配合的方式进行。先用110型小挖机刨φ48、L=4.5m钢管，中间加φ28钢筋，并注浆固管棚掘进过程中的支撑点。在上半拱施工掘进中该部位进行密集布设φ48、L=3.0m钢管并固结灌上导坑一直掘进了14.2m才出露较好一点的岩层，呈稳定状态，于是开始进行下导坑的开挖及支护(9)支护参数钢拱架I18工字钢，间距0.6m;连接钢筋φ25,与拱架焊接牢固，间距0.5m;钢筋网片φ6.5@15cm×15cm;系统锚杆φ25,L=4.5m,间距1.5m,排距对应钢拱架布设。锁脚锚杆10根φ25,L=4.5m,左右各5根，均匀布置，对涌水较人的孔位可采用锚固剂药卷施工(因内部局部已被水流冲刷、淘洗后，已形成较为松散的塌方堆积体，不易成孔且钢筋锁脚锚杆灌注质量难以保证，故在该松散部位(无涌水)采用自进式中空锚杆)。拱顶及边墙喷射C20砼，厚度20cm;拱脚基础C20砼0.8m×0.3m×0.3m。(10)变形洞段的加固处理待完成塌方段的掘进及临时支护工作后再掘进约5m的围岩段，反回来处理已支护变形段：先关闭φ150的导水管闸阀，对整个变形段及受此花管直径选择φ48的小导管，管长选择L=1.0m,间距1.5m,范围选择此区间的拱顶及左右边墙。浆液选择1:1的纯水泥浆，压力要大过地下水压间距1.5m,梅花型布置，1:0.5～1:1纯水泥浆，适当打一些排水孔，孔径φ48,孔深3m,如果渗水量