某水電工程2#導流洞塌方分析及處理

□劉新平（云南金沙江中游水電開發有限公司）

1.工程概況

2#導流洞1-1支洞于2008年3月20日開始開挖支護，2008年5月28日完成。1#主洞與2#主洞連通洞0+074～0+120按照設計B型斷面開挖支護，支護參數為：頂拱邊墻噴15cm厚C20混凝土，系統錨桿φ25，L=4.5m，間排距2m×2m。進主洞前導1-1支洞0+115.009～0+120.009段（即與2＃主洞岔洞部位），加強支護如下：增加鋼支撐（120a，榀距0.5m），鋼支撐用φ25鋼筋（間距2m）縱向連接，并施工砂漿錨桿（φ25、L=6m、間排距2m×0.5m）（見設計通知單2008-009號）。于2008年8月底完成。

導流洞進入主洞后，由于地質條件較差，對2#導流洞K0+160～248段部分洞段支護參數進行了調整。增設了預應力錨桿、錨筋樁等加強支護。2#導流洞K0+165～197段，原設計藍圖該段屬Ⅲ類圍巖，支護類型B，根據現場開挖實際圍巖揭露情況，支護加強，調整為D型斷面開挖支護，支護參數為：頂拱邊墻掛網噴20cm厚C20鋼纖維混凝土，系統錨桿φ28，L=9m，間排距4m×0.5m與φ25，L=4.5m，間排距4m×0.5m交錯布置，同時設鋼支撐120a，榀距0.5m(見2008年8月1日，K0+180～210段，設計通知單2008-009號)，并在該段增設預應力錨桿φ32，L=9m，取消重合部分的系統錨桿。2008年11月14日，根據安全監測日報，該段累計收斂變形較大，又在該段增設3φ28，L=9m錨筋樁（見技術核定單NO.2008導-2#-003號）。按照以上技術文件要求，施工單位于2009年3月份完成了該段的上層系統支護、鋼支撐架設、預應力錨桿、錨筋樁和排水孔施工。

2009年4月1日，該段中層拉槽開始。在中層開挖過程中，由于該段巖石破碎，兩邊墻預留了4m保護層，分層開挖，中層拉槽層高控制在5m，開挖后及時采用噴鋼纖維混凝土封閉巖面，系統錨桿、預應力錨桿及時跟進。根據設計通知單2009-020號要求，該段導流洞支護和襯砌進行了調整：在該段左右邊墻起拱線以下增加3排φ28，L=9m錨筋樁，并與鋼支撐焊接連接，同排錨筋樁之間采用兩道φ25鋼筋焊接連接；取消鋼支撐接腳施工。2009年5月13日完成了該段的中層和下層系統支護、預應力錨桿、錨筋樁和排水孔施工。

施工過程中根據巖石裂隙情況，對該段采用隨機錨桿進行了加強支護。從該段支護施工完后，至2009年5月21日，2#導流洞K0+190和K0+208兩個觀測點根據監測資料（觀測周報第29～39期，2009年3月5日至5月14日）顯示，該段圍巖收斂變形處于穩定狀態。

該段的支護，按設計要求及時進行了施工，并根據實際情況進行了調整加強。2009年5月22日，該段出現塌方。

2.導流洞地質情況及塌方

2.1 地質情況

2#導流洞0+160～0+180段，屬Ⅳ類圍巖，0+180～0+197段，屬于Ⅴ類圍巖。該段主要為玄武巖，綠泥石化嚴重，外觀呈粉狀。節理較為發育，巖石非常破碎，巖體自穩性較差；地下水較為豐富，滲水嚴重。

從塌方體形狀來看，除個別大塊石外，大部分塌方巖石很破碎（詳見圖 1、2）。

圖1 2#導流洞塌方圖（下游樁號約K0＋205部位）

圖2 2#導流洞塌方圖（1#支洞與2＃主洞岔洞口部位）

2.2 塌方基本情況

2#導流洞上游工作面樁號K0+160～210m段，于2009年5月21日13∶30min左右發現掉塊現象，連續掉塊持續至5月21日19∶30min，掉塊稍穩定，施工單位開始對掉塊部位進行噴護，以確保穩定。5月21日23∶13min，該段又出現連續較多掉塊，5月22日04∶05～08∶30min，掉塊加劇變成大面積連續塌方，5月22日09∶13min左右，塌方堆渣已將該區域洞室堆滿，頂拱塌方繼續。至5月23日，塌方區域仍未穩定，平均2～3min發生一次掉塊。塌方段樁號為K0+160～210m，為1#上線施工支洞與2#導流洞的岔洞口處（見圖3）。塌方段長50m，頂拱塌方高度約20～30m（塌方照片見圖1、2），塌方方量約15000m3。

圖3 導流洞塌方示意圖

2.3 塌方原因分析

根據對塌方現場的查看、分析地質資料、核對施工開挖、支護方案,塌方原因分析如下:該段主要為玄武巖，綠泥石化嚴重，節理較為發育，巖石非常破碎；地下水較豐富、滲水嚴重；對該段的支護主要為淺層支護，最大長度為9m。盡管在實施過程中對支護型式和支護措施進行了加強，但從塌方實際情況判斷為深層失穩。

因此該段塌方主要原因為地質因素，綠泥石化玄武巖加上水的作用，導致較大塌方。

3.塌方處理措施

3.1 處理方案

3.1.12#導流洞0+160～K0+210塌方段治理方案以對塌方體頂部灌注鋼纖維混凝土、固結塌方渣體、分部開挖、分部支護為主；鋼纖維混凝土厚度4～8m，塌方渣體應進行固結灌漿，開挖進尺宜短，及時采取鋼拱架或鋼筋格柵加噴混凝土支護，必要時采取管棚支護方式，對頂拱拱腳部位設置錨筋樁（3φ28，L＝9m）。

3.1.2 鋼纖維混凝土灌注方案采用錨固鉆機以跟管方式在塌方段上下游適當洞頂部位造孔（φ168）后下設φ146鋼套管，泵送C25鋼纖維混凝土；采用錨固鉆機以跟管方式在塌方段上下游部位平行洞軸線造孔，套管壁四周布一定數量花孔，對塌方渣體進行注漿以固結。

3.1.3 對塌方段上下游側穩定區域適當布設錨索，以防止塌方范圍向上下游方向擴延。

3.1.4 在導流洞進口明渠邊坡EL.1584m馬道向塌方段鉆孔，以固結塌方段上部，并可對塌方段空腔進行回填灌漿。

3.1.5 在塌方段附近及周邊增設變形觀測點，特別是進口段及施工支洞部位；施工單位加強變形觀測。

3.2 處理效果及施工改進措施

經采取上述措施后，施工單位于2009年8月份對塌方體完成了鋼纖維混凝土灌注，并于8月份開始了塌方體的開挖支護，至2009年10月份全面完成了處理。該塌方處理取得了很好的效果。

通過對本次塌方處理方案、處理過程的分析,針對導流洞的施工,我們必須特別注意地質分析工作,不斷改進施工措施、方案:施工過程中嚴格按照短進尺、弱爆破、強支護的要求進行,根據圍巖的風化程度,地層巖性,斷層、破碎帶性狀和規模分析圍巖穩定能力,采取相應措施。超前排水以降低圍巖滲水。超前錨桿配合短進尺、弱爆破、噴(加鋼纖維)、錨、鋼拱架等綜合手段逐步強行推進。采用全斷面開挖,初期支護采用型鋼拱架支承、掛鋼筋網、噴混凝土,管棚或自進式錨桿或系統錨桿加隨機錨桿,二次支護方式采用鋼筋混凝土襯砌,并對圍巖及時進行固結灌漿。施工中改進施工檢測工作。建立超前地質預報系統,重點預報掌子面前方的地質情況、圍巖整體性、斷層破碎帶位置及地下水情況等;及時對預報效果進行檢查,建立長期預報與短期預報相結合的地質預報系統。

4.結語

導流洞的施工關系到水電站截流施工是否能夠按期進行，導流隧洞塌方體的處理直接影響到隧洞的直線工期，因此，塌方體的預防和治理對隧洞的施工至關重要。隧洞塌方是一種常見工程現象，塌方一般發生在強風化帶、斷層破碎帶、節理密集帶等不良地質條件的圍巖處，在該類洞段施工中應盡量注意排除導致塌方的各種因素，要及時支護和襯砌避免塌方產生。塌方一旦發生，應該及時迅速地分析原因，確定塌方形式，對未塌區域先進行加固，防止塌方繼續擴大，并根據不同的塌方形式采取及時有效的支護措施。

通過對2#導流隧洞的施工、隧洞塌方的預防和處理的分析研究，得出隧洞施工中首先要做好地質預報，塌方發生后，應結合地質特征、塌方特征及施工條件等選擇相應的、安全合理的施工方法和措施，為今后水電工程導流隧洞的開挖和支護施工提供寶貴的經驗。