溪洛渡水電站渣場交通洞溶洞處理

賈 冬，崔光澤，王 保

（華能西藏發電有限公司，四川 成都 610200）

1 工程概況

金沙江溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界處的金沙江干流上，電站總裝機容量12 600 MW。金沙江溪洛渡水電站豆沙溪溝渣場交通洞溶洞段、溶洞過度段總長達482 m，占交通洞總長的65.8%。

根據施工總體布置,豆沙溪溝為電站開挖無用料的堆渣場，渣場堆渣高度達128 m，底高程487 m，頂高程615 m，渣場交通洞布置在豆沙溪溝左岸，全長730 m，進口底板高程440.2 m，出口底板高程520.0 m，隧洞采用圓拱直墻型斷面，成型后斷面為9.0 m×7.0 m，可利用交通洞作為渣場填筑的施工通道。

交通道在短進尺開挖過程中掉塊、跨塌現象嚴重。且交通洞地底板坡度上仰，底板充填物遇水浸泡變軟，施工安全隱患極為突出。施工過程中需適當調整施工程序，采取合理的加強支護措施，確保施工安全及洞室結構的穩定。

2 地質條件

豆沙溪溝處近SN向深切山谷，出露二疊系陽新灰巖和峨眉山玄武巖，兩岸山體陡峻，巖體卸荷拉裂普遍，岸坡及河床內崩塌堆積物多。交通洞沿線灰巖出露占交通洞全長的65.8%，溶洞、溶隙出露頻繁，有較明顯的地下水活動跡象，同時充填大量外來的粘土、泥沙和垮塌塊石，滴水、滲水量大。

3 溶洞出露情況

交通洞沿線出現3處較大溶洞，以進洞口為樁號起點，具體分布如下：

第1處溶洞出露段為K0+170 m—K0+220 m，溶洞走向與交通洞軸線基本一致，洞內充填粘土、沙土和孤石，局部地段頂拱揭露新鮮巖石，滲水較多。

第2處溶洞出露段為K0+255 m—K0+275 m，該溶洞入口位于交通洞左側，呈大型空腔體，可見寬度約30 m；該空腔體斷面不規則，頂部懸掛大塊鐘乳石，底部堆存部分石筍，有滴水從頂部下滴，且空腔內存在大量的塊石、砂礫石和堆積物，有較為明顯的水流沖刷痕跡，滴水、滲水量大。而交通洞頂拱開挖線上部揭露大量的新鮮破碎巖石，局部區域頂拱存在較小的鐘乳石，除左側溶洞空腔體入口外，其余洞段洞體充填粘土、沙土及塊石，開挖后兩側邊墻及底板亦為充填物，交通洞頂拱滴水、滲水嚴重。

第3處溶洞出露段為K0+334 m—K0+634 m，溶洞走向成S型，且與交通洞軸線相近，洞內充填粘土、沙土及孤石，局部洞段底板出現小型天然空腔，K0+598 m—K0+634 m段左側邊墻為空腔體，該空腔體頂部懸掛少量大小不等的鐘乳石，可見周邊及底部為塊石、砂礫石和堆積物，且交通洞頂拱滲水嚴重。

K0+220 m—K0+255 m、K0+275 m—K0+334 m及K0+634 m—K0+650 m（灰巖區逐漸進入玄武巖區）段為溶隙、溶洞過渡段及影響段，部分洞段存在大量基本與溶洞段相同的充填物，頂拱出露新鮮巖石，但都較為破碎，滲水嚴重，穩定性差。

4 溶洞段施工措施

溶洞段及過渡影響段在施工中嚴格遵循“超前支護，分層、分序開挖”及“短進尺（0.5～0.8 m）、弱爆破、輕擾動、緊支護”的原則進行開挖支護。

溶洞段按通用的Ⅴ類圍巖要求進行開挖支護，過渡段及影響段亦按Ⅴ類圍巖要求進行開挖，Ⅳ類圍巖要求支護，同時根據實際情況輔以必要的加固處理措施。

4.1 溶洞段開挖措施

根據溶洞段及過渡影響段洞體充填物的圍巖穩定特性，采取以下開挖措施：

溶洞充填沙土、粘土夾孤石洞段，為防止頂拱及掌子面出現大的塌方造成安全隱患，開挖施工使用的臺車前端設置鋼筋網防護欄，以防墜落孤石滾動造成安全事故。

在下一循環開挖施工前，先在掌子面上部素噴或網噴5 cm厚的C25混凝土，防止掉塊傷人及便于施工時進行圍巖穩定觀測，然后在頂拱區域布置φ25 mm，L=4.5 m，間距35～50 cm超前錨桿（上仰10°左右），超前錨桿桿尾與已開挖段所安裝的最后兩榀I18鋼支撐內外交錯焊接，形成鋼筋骨架，穩定掌子面巖體。局部洞段頂拱巖體垮塌較大時布置兩排超前錨桿，第一排超前錨桿盡可能上仰，與巖石節理面大角度相交，第二排超前錨桿按10°上仰控制。對巖體破碎難于成孔的超前錨桿，采用自進式錨桿代替，將破碎巖體進行有效膠結，減小開挖鉆孔施工難度。

開挖施工中，遇掌子面巖體破碎，含松散沙土，洞室成型條件差時，采用“預留核心土體”施工方法，即先通過小型爆破、人工配合反鏟設備進行周邊掏槽，挖出能安裝鋼拱架的空間，待鋼支撐安裝完成后，再進行大范圍掌子面中部開挖施工。當掌子面開挖范圍存在少量較大體積的孤石時，先采用松動爆破將掌子面大體積孤石解爆并挖除，再進行掌子面開挖，以避免洞室坍塌，保證施工安全。

對于頂拱為石灰巖夾玄武巖堆積體，爆破后產生裂隙張開較大的危石的局部洞段，通常采取人工用安全桿探試，利用反鏟設備配合清撬的處理措施，與洞室頂拱結合較緊密呈鑲嵌結構的裂隙巖體，采用小藥量爆破清除，然后及時進行鋼支撐、系統錨桿及掛網噴混凝土等支護施工。

4.2 溶洞段支護措施

根據溶洞出露空腔的規模、溶洞充填物的特性及溶洞走向與交通洞軸線的空間位置關系，采取相應的支護施工措施，減小施工安全隱患，確保洞室穩定。

4.2.1 塌空處理

充填物中含沙土較多的溶洞段，開挖后頂拱掉塊、垮塌嚴重，均出現不同程度的塌空現象，為確保洞室安全穩定，及時對塌空成型后的頂拱進行素噴或網噴混凝土封閉，待洞室基本穩定后，根據溶洞段頂拱的塌空程度，采取以下支撐措施：

頂拱塌空高度小于0.5 m時，根據洞室實際成型斷面制作I18鋼支撐；開挖斷面不規則時，按設計開挖斷面制作I18鋼支撐，洞室全斷面布置φ25 mm、L=4.5 m系統錨桿，間排距1.0 m，錨桿尾端與鋼支撐前后交錯焊接，在鋼支撐背部掛設φ8 mm@20 cm×20 cm鋼筋網，噴15 cm厚的C25混凝土，鋼支撐與巖壁間的空腔采用填塞混凝土預制塊或現澆混凝土回填，使之形成整體受力結構。

頂拱塌空高度大于0.5 m小于1.0 m時，按設計斷面制作I18鋼支撐，鋼支撐背部制安小型鋼拱架，洞室全斷面布置φ25 mm，L=4.5 m系統錨桿，間排距1.0 m，錨桿尾端與鋼支撐前后交錯焊接，鋼支撐背部及上拱均掛設φ8 mm@20 cm×20 cm鋼筋網，上拱噴15 cm厚的C25混凝土，上拱與下部鋼支撐間的空腔填塞混凝土預制塊或現澆混凝土回填后，對下部鋼支撐進行全面補噴混凝土至覆蓋鋼支撐。

頂拱塌空高度大于1.0 m小于3.0 m時，掌子面布置兩排超前錨桿，長度調整為6.0 m,按設計斷面制作I18雙拱架鋼支撐，雙拱架鋼支撐背部制安小型雙拱架，洞室全斷面布置φ25 mm，L=6.0 m系統錨桿，錨桿入巖（土）不少于2.0 m，間排距1.0 m，錨桿外露部分桿體與上下部鋼支撐前后交錯焊接，上下部鋼支撐背部均掛設φ10 mm@20 cm×20 cm鋼筋網，上拱噴C25混凝土覆蓋上部鋼支撐，上拱與下部鋼支撐間的空腔采用填塞混凝土預制塊或現澆混凝土回填，并對下部鋼支撐進行全面補噴至將鋼支撐覆蓋。

上述I18鋼支撐間距與開挖進尺一致，鋼支撐之間采用φ22鋼筋連接，環向間距1 m，每榀鋼支撐采用φ25 mm，L=3.5 m鎖腳錨桿固定。

側墻內超挖較大部分采用毛石混凝土回填；使鋼支撐、掛網鋼筋、系統錨桿及超前錨桿形成網狀鋼筋骨架受力結構。

4.2.2 險情處理

交通洞進口端正坡坡度較大，達到11.3%，K0+334 m～k0+634 m段頂拱在初期素噴或網噴混凝土支護完成，進行后續鋼支撐加固施工時掌子面出現再次跨塌，垮塌的塊石砸壞施工臺車，并在順坡滾落過程中影響掌子面附近施工設備及人員安全。

其后施工時，為避免坍塌塊石造成施工人員傷亡，現場作業人員加強安全警戒，密切監視頂拱及掌子面噴護混凝土表面是否出現異常，保證施工人員在掌子面無異常條件下作業；在施工臺車前端設置了鋼筋防護欄。

4.2.3 溶洞空腔洞段處理

在交通洞邊墻遭遇大型溶洞空腔洞段，按3.5 m間距在穿越溶洞側增加長1.5 m、寬1.3 m的混凝土支撐墩，支撐墩與洞頂相接，基礎及頂部均布置插筋，入巖1 m，形成剛性支撐柱。支撐墩施工完成后，采用漿砌石砌筑邊墻，與支撐墩聯合受力形成洞壁支撐。相鄰混凝土支撐墩之間洞壁布置φ25 mm，L=2.5 m系統錨桿，間排距1.5 m×1.5 m；頂拱布置φ25 mm，L=6.0 m的加墊板錨桿，外露20 cm，間排距1.0 m×1.0 m，錨桿外露部分設20 cm×20 cm，厚 10 mm的鋼板，并用螺帽旋緊。洞室全斷面掛φ8 mm@20 cm×20 cm鋼筋網，用膨脹螺栓固定在混凝土支墩上，噴15 cm厚C25混凝土。

在交通洞邊墻為粘土、砂土及塊石等充填物，頂拱揭露新鮮巖石洞段，處理要求與邊墻遭遇大型溶洞空腔時基本一致；須先完成頂拱系統噴錨支護，待洞室頂拱基本穩定后，再利用小型反鏟配合人工在邊墻挖出長1.5 m，寬深1.3 m的凹槽作為混凝土支撐墩基礎，將開挖后虛渣清理完成后澆筑支撐墩。

4.2.4 邊墻出露小型空腔段處理

在交通洞邊墻出露小型溶洞空腔（溶隙空腔）洞段，先按設計斷面安裝I18鋼支撐，穩定洞室結構，再將堆積的土體、松散巖體清理干凈，采用漿砌石砌筑至空腔頂部，對洞室邊墻及頂拱采用φ25 mm，L=4.5 m系統錨桿錨固，系統錨桿間排距1.0 m，掛φ8 mm@20 cm鋼筋網，噴15 cm厚C25混凝土封閉，形成完整的受力圈，對洞室穩定起到加固效果。

4.2.5 底板處理

溶洞段及過渡影響段洞室底板存在粘土、沙土等軟質充填物，須進行換基回填。施工過程中根據底板充填物的埋深確定換填深度，若埋深大于1.5 m，則清除底板設計開挖線以下1.5 m范圍內的充填物；若埋深小于1.5 m，則清除底板設計線以下的充填物。底板充填物按以上要求清理完成后，及時回填石渣分層碾壓至設計高程；鋼支撐基礎部位不回填石渣，采用M7.5漿砌石進行置換回填。

洞室底板出現的小型溶洞空腔局部洞段，先將淤泥挖除干凈，再回填石渣，分層碾壓至設計高程。

4.3 溶洞段排水措施

溶洞段及過渡影響段洞室頂拱存在不同程度的滲水，為防止滲水對洞體的滲透破壞，按上述措施支護完成后，根據溶洞走向與交通洞軸線的空間位置關系，及時采取有效的排水措施，妥善引排山體滲水，確保洞室穩定。

交通洞頂拱為充填物時，設置系統排水孔，孔徑φ50 mm，入巖（土）2 m，間排距3 m，排水孔增設φ48 mm PVC花管，為防沙土隨水滲出淘空洞壁，形成不穩定空腔，在PVC花管上綁扎無紡布反濾。

在交通洞頂拱出露新鮮巖體的局部洞段，在頂拱區域增設系統排水孔，孔徑φ50 mm，間排距3 m，入巖3 m。

交通洞一側遭遇大型溶洞空腔，封閉交通洞的側墻時，在空腔的底部設置排水孔，排水孔孔深根據圍巖特性參照上述要求施工。

4.4 溶洞段施工監測

為及時了解已支護施工洞段的穩定情況，對已支護洞段按每隔20 m或局部頂拱塌空部位設置1個圍巖收斂和頂拱下沉監測斷面，每個監測斷面在邊墻及頂拱各設置2個監測點，其監測點盡可能選在鋼支撐上，采用無棱鏡全站儀進行觀測，每天至少監測1次。

為確保現場施工安全，在開挖掌子面增加開挖工作面圍巖穩定監測。在每一循環開挖后初噴混凝土之前進行1次，掌子面圍巖條件與上一循環相近時，每兩個循環監測1次，根據監測結果指導現場施工，當圍巖穩定出現明顯變化時，及時制定相應的施工應急預處理措施（見圖1）。該工程于2008年1月18日順利完成施工，投入正常使用，目前運行狀況良好。

圖1 溶洞段典型監測示意圖