毛尔盖水电站2号引水隧洞塌方处理探讨.doc

2008年度优秀科技论文（技术总结） 毛尔盖水电站2#引水隧洞塌方处理探讨毛尔盖水电站2#引水隧洞塌方处理探讨【内容提要】 对毛尔盖水电站2#引水隧洞塌方的原因进行了调查分析，针对现场塌方的实际情况，塌方处理分两步进行：首先对受塌方影响的初期支护裂缝地段进行加固；其次是对塌方体进行抢险处理。在现场针对掌握情况认真研究处理塌方方案，认真制定处理塌方的步骤、方法及预防塌方的施工措施。【关 键 词】 引水隧洞 塌方 裂缝 抢险处理1工程概况毛尔盖水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内，黑水河中游红岩乡至俄石坝河段，是黑水河流域水电规划二库五级方案开发的第3梯级电站，该电站为大（2）型引水式，单一发电工程。电站首部位于河口下游约400m的渔巴渡河段，坝址距上游黑水县县城约26km，距下游茂县县城约98km；厂址距茂县县城约79m。毛尔盖水电站引水隧洞全长约16.15km，中铁十三局集团有限公司承建的MEG2007/C2-2合同段起讫里程为（引）2462（引）4499，隧洞总长2037m，断面为圆形，内径8.60m，开挖断面为直径9.410.2m的圆形，纵坡1.58，全断面采用钢筋混凝土衬砌结构。桩号（引）2462（引）3520，段长1058m，隧洞最大埋深600m，与岩层走向夹角约2060左右。该段岩层软硬相间，千枚岩所占比例比较高，表现为互层状结构，岩体完整性差，围岩不稳定。施工开挖时易产生小规模塌方。桩号（引）3520（引）4499，段长979m，其中包括双溜所沟，最浅埋深约75m，覆盖层厚约5m，成分主要为崩积、洪积成因的块碎石土，与岩层走向夹角约2060左右。该段因过沟段隧洞洞顶板上覆基岩厚度小，沟内常年流水，风化卸荷作用强烈、地下水比较活动，岩体完整性差，呈碎裂散体结构，围岩极不稳定。如在过沟段进行开挖时突发性大量涌水，有可能导致大塌方。因此，塌方的预防和处理是一个难点。2塌方情况 毛尔盖水电站2#引水隧洞开挖采用“新奥法”施工，上下台阶法开挖（类采用全断面开挖），其中下台阶预留断面2米。全隧道施工均采用光面爆破技术。2008年8月26日，引水隧洞下游掌子面开挖至桩号（引）3+321时，在排险过程中，拱部出现局部掉块，深度约2 m。8月27日，经业主、设计、监理、施工单位四方查看现场后形成了该塌方段处理方案:按80cm间距施作钢支撑（18工字钢），采用超前锚杆及模喷混凝土支护措施。我部按照该方案对塌方段进行了处理，并安全通过该段施工。9月7日，继续进行洞挖施工，在钻爆前按既定方案要求认真施作了超前锚杆，但放炮后掌子面再次出现塌方现象，塌方岩石将超前锚杆压毁，并将超前锚杆从岩体中抽出，塌方深度约3米。塌方后施工单位立即通知业主、设计、监理来查看现场，并形成了（引）3+321（引）3+323段塌方处理方案：按40cm间距施作钢支撑（18工字钢），采用超前注浆小导管超前支护措施。9月10日，施工队已经支护好两榀钢支撑，在晚22点进行下三榀工字钢施工过程中，再次出现塌方现象，将已经支立好的三榀工字钢砸毁，塌方深度约4.5米。在9月11日，早晨监理查看了塌方现场，并指示我部清理好现场，按原定方案重新支护。9月13日，早晨我部工人已经将重新加工的三榀钢支撑安装就位，锁脚锚杆也施作完毕，正在准备施作喷射混凝土时，掌子面再次出现塌方现象，将三榀工字钢砸毁，将钻爆台车掩埋（包括12台风钻，2台电焊机），塌方深度约15米，且在（引）3+316（引）3+317附近已经喷护好的混凝土表面出现两条裂缝。到9月14日早晨，塌方体继续垮塌，将（引）3+321附近两榀工字钢砸毁，并且在（引）3+320处右侧155方向，已经喷好的混凝土面被杂掉，面积约0.8m2。9月15日17日对（引）3+305（引）3+321段进行变形观测，发现2条裂缝，围岩变形较大。经参建四方现场勘察并绘制成图(图1)，塌方高达到15m，塌方范围为（引）3+316（引）3+323。经过四方察看现场决定对塌方进行变更处理。 3塌方原因分析事后对塌方的原因进行了调查分析，其原因为：(1)不良地质造成的塌方，塌方后发现掌子面为薄中层状砂岩与千枚岩互层，岩体呈碎裂嵌镶结构，由于上段塌方引起掌子面岩体松动，造成掌子面塌方。(2)施工中对围岩认识不足，没有根据该段围岩实际情况及时进行变更支护形式。4塌方抢险处理 2008年9月15日，塌方事故发生后，及时对塌体进行清渣处理，但在清理过程中掌子面再次出现塌方， 2008年9月17日，为了勘探塌方空腔的高度和摸清塌方体的情况，作为处理塌方体时选择施工方案的依据，采用了美国地球物理公司生产的SIR-3000地质雷达（天线主频为400M）对塌方体上面空腔进行探测，勘探结果塌方高达到15 m，塌方范围从（引）3+316（引）3+323。针对现场塌方的实际情况，塌方处理分两步进行：首先对受塌方影响的初期支护裂缝地段进行加固；其次是对塌方体进行抢险处理。4.1裂缝段落加固处理措施塌方事故直接影响初期支护拱体长度达16m，拱顶初期支护下沉变形较大，共出现4条大裂缝，最大裂缝为3 cm，一处喷射混凝土掉块，已经喷好的混凝土面被杂掉，面积约0.8m2。为了防止塌方范围继续扩大，以及防止前端的初期支护下沉变形加大或再次出现裂缝等现象，对初期支护裂缝地段采取了如下加固措施： (1)停止下游洞内一切施工作业，以减少对围岩的扰动。 (2)对桩号（引）3+305（引）3+320.6段初期支护进行加固，在拱顶180以上范围内，打505 mm径向注浆小导管（L=5.0m），呈梅花型布置，间距为0.5m0.5 m(图2)。施工后及时注浆以加固围岩或松散渣体，防止洞室周围围岩塑性区进一步扩展。小导管周壁注浆比较简单，注浆时间短，符合该段处理的实际情况，通过监控量测结果可以看出小导管注浆后围岩变形减少，达到了预期的效果。(3)采用18工字钢施作钢支撑，间距4060cm，每榀钢支撑施打22锁脚锚杆20根，锚杆长度3.0m，钢支撑用22纵向钢筋连接，环向间距1.0m。加设楔形木垫于原喷射混凝土与钢支撑之间塞缝。对于原来有钢支撑段落安装位置应同原钢支撑重叠（临时支护在施作二次衬砌时，如严重侵限可拆除）。 (4)径向小导管注浆前先喷5-10cm厚度的C20砼封闭掌子面，并根据需要打导管预注浆固结松散渣体。4.2塌方整治总体方案 通过现场采用了美国地球物理公司生产的SIR-3000地质雷达（天线主频为400M）对塌方体上面空腔进行探测得知塌方体围岩结构大部分松散，塌方空腔较大(高度为15m，不含隧洞高度)，塌方体不对称，右侧空腔较大。在处理、加固好未塌方段后，在保证安全的前提条件下，按照下列方案和工艺过程进行塌方处理。 (1)加强对塌方段的监控量测，对洞周、塌方范围进行定时、定位的观测，随时掌握塌方体动向。并及时反馈进行分析，修正和完善抢险方案，提供补救措施。施工过程中派专人进行观察，一旦有再次塌方迹象，施工人员立即撤到安全地带，保证支护过程中安全施工。(2)在塌方体表面喷一层10 cm厚的C20早强混凝土将塌方体封闭，保持塌方体稳定。 (3)在塌方体表面根据情况打入50mm小导管，原则上间距为1.5 m，梅花型布置，导管长为5 m，注30号水泥浆以固结塌方体，对塌方体的导管注浆逐级跟进。 (4)采用双侧壁导坑法掘进，逐段清除塌方体并开挖到设计轮廓线后，随即喷射4 cm混凝土，采用钢支撑（18工字钢）密排安装至掌子面（间距最大不超过20cm），采用22纵向连接筋，环向间距0.5m。并用注浆导管锁脚。钢支撑架设后应立即复喷到位。 (5)在掌子面轮廓线处施打50 mm小导管，环向间距为30cm、外插角为5、长度为5m，小导管纵向间距为2.5 m，布置范围为拱顶150，并压浆固结周围岩，注浆压力为0515 MPa，注浆前对掌子面喷射5cm厚度C20混凝土封闭。小导管布置见图3和图4。(6)待钢支撑及小导管注浆施作完毕并达到要求后，通过泵送混凝土导管对空腔进行泵送C20混凝土，泵送前事先预埋泵送混凝土管及透气管，泵送混凝土到离拱顶10m高度时停止泵送混凝土。此混凝土应分3次泵送，第一次泵送混凝土到离拱顶4.5 m高度时停止泵送，待混凝土固结后，继续第二次泵送混凝土离拱顶7.5米高度时停止泵送，待混凝土固结后，继续第三次泵送混凝土直至设计高度，泵送混凝土的具体数量应根据现场确定。待泵送混凝土固结后，方可进行下一道工序。(7)下一步开挖时采用预留核心土法掘进，每次进尺控制在1.0-1.5m内，开挖后随即喷射4 cm混凝土封闭岩面，架设钢支撑（18工字钢），钢架间距为40 cm，并施作好锁脚锚杆，钢支撑架设后应立即复喷到位。 (8)处理完塌方段后，通过地质雷达预报确定围岩情况，具体支护方案根据四方共同确认后再重新调整。5塌方处理的施工要求 (1)项目部一定要由领导带班、技术人员和安全员24小时轮流值班，遇到突发事件，立即采取应急处理措施。 (2)及时汇报，先期监控频率按2 h次，待变形基本控制住后可每班监控1次，及时向业代处和总监办汇报监控结果。 (3)在施工过程中，应以安全为重，为了防止作业人员疲劳，宜采用3班工作制，禁止无关人员进入洞内，安全员应随时注意观察围岩变化。若有突变，所有人员必须立即撤离。 (4)应加快处理速度，以尽量减少裂缝发展。 6结束语通过毛尔盖水电站2#引水隧洞塌方的处理得到以下体会： (1)不但自然因素引起隧洞塌方，而且人为因素也引起隧洞塌方，地质勘测、施工工序与管理对隧洞塌方起决定性作用。 (2)处理塌方必须分秒必争适时地投入抢险工作。塌方事故发生后，业主、设计、监理和施工单位应派出相关领导、隧洞地质专家、工程技术人员等迅速到塌方点，详细勘察塌穴高度、宽度、纵向长度及塌穴稳定情况；研究工程地质、水文地质、洞顶水的流向和涌水特点、范围；检查塌方对初期支护的损坏情况和影响区域；分析塌方的主要原因和塌方可能继续发展的趋势等。在现场掌握情况的基础上，认真研究处理塌方的对策。 (3)塌方处理方案至关重要，直接影响塌方体周围洞室的稳定性、人员生命安全以及国家的财产，所以应该认真制定处理塌方的步骤、方法及预防塌方的施工措施。 (4)建立抢险机构，现场下达抢险口头指令，明确任务和要求。这样施工队既能正确理解领导