寺坪電站引水隧洞坍塌冒頂綜合處理施工技術(shù)
2008-12-01 00:00
關(guān) 鍵 詞: 引水隧洞;坍塌冒頂;灌漿;物探測(cè)試;鋼拱架支護(hù);坍塌清挖
1 概述
寺坪電站引水隧洞全長(zhǎng)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(gòu)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(shí)，坍塌區(qū)域貫穿整個(gè)山脊，在山頂形成一個(gè)12m×8m×4m（長(zhǎng)×寬×深）的塌坑，塌坑四周伴有誘導(dǎo)裂隙出現(xiàn)。
坍塌冒頂處理方案分3步進(jìn)行:①對(duì)上部塌陷區(qū)物探測(cè)試后進(jìn)行清挖處理，防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大;②先在洞頂進(jìn)行塌方范圍回填灌漿，再對(duì)冒頂塌方坑封閉及塌陷區(qū)周邊進(jìn)行固結(jié)灌漿，然后開始上部塌陷區(qū)清挖，并對(duì)清挖邊坡進(jìn)行支護(hù)，確保施工安全;③對(duì)洞內(nèi)塌體進(jìn)行清挖處理，支護(hù)封閉洞內(nèi)坍塌段側(cè)墻及頂拱。
2.1 防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大的施工措施
2.1.1 坍塌體上部處理
為防止雨水下滲，對(duì)坍塌體上部用彩條布遮蓋;對(duì)于塌體頂部誘導(dǎo)裂隙采用M10砂漿進(jìn)行封閉，防止雨水進(jìn)入造成裂縫的繼續(xù)擴(kuò)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(qiáng)洞內(nèi)塌方部位下游15m支護(hù)
引水隧洞壓力鋼管段K0+342～K0+370m段已按設(shè)計(jì)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(wǎng)格為20cm×20cm的φ6.5鋼筋網(wǎng)，兩側(cè)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(xì)石混凝土噴護(hù)。
2.1.3 坍塌區(qū)域物探測(cè)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(cè)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(cè)試只能檢測(cè)30m深度以內(nèi)松散體的延伸范圍，在上部坍塌體回填灌漿結(jié)束后，又采用跨孔聲波法檢測(cè)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(jìn)行:
2.2.1 頂部減載清理
根據(jù)物探測(cè)試的松散體范圍，首先對(duì)頂部進(jìn)行減載清理到弱風(fēng)化層，初步確定清理高度5m，清理范圍距松動(dòng)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(cè)進(jìn)行抽槽開挖，再對(duì)上下游邊坡自上而下分梯段進(jìn)行開挖，梯段高度2～2.5m;左右兩側(cè)及下游開挖邊坡坡比為1∶1.5，為盡量減少施工難度和對(duì)上游自然邊坡的擾動(dòng)，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(shè)一圈固結(jié)灌漿孔，分兩序固結(jié)，共布設(shè)28個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿孔底距洞頂1～2m。
2.2.3 松動(dòng)區(qū)外5m范圍內(nèi)固結(jié)灌漿
上部塌陷區(qū)清挖減載后，沿開挖線外側(cè)設(shè)置截水溝，確保外來水不侵入塌陷區(qū)，同時(shí)沿塌陷區(qū)范圍澆10cm厚C25壓漿板混凝土，然后對(duì)松動(dòng)區(qū)沿裂隙松動(dòng)圈（上下裂縫兩側(cè)）5m范圍進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度按清挖高度確定。固結(jié)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(cè)試成果決定。
2.2.4 清挖邊坡支護(hù)
為保證清挖邊坡的穩(wěn)定性，先將坡面噴護(hù)10cm厚C20細(xì)石混凝土，再配置雙向φ22@20cm×20cm鋼筋、澆筑40cm厚C20W6F100混凝土對(duì)清挖邊坡進(jìn)行保護(hù)。上部塌陷區(qū)開挖邊坡的預(yù)固結(jié)灌漿、排水、支護(hù)施工逐層進(jìn)行，并根據(jù)物探檢測(cè)和開挖揭示的地質(zhì)情況調(diào)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(hù)完成和洞內(nèi)坍塌體處理結(jié)束后，在清挖平臺(tái)至坍塌頂面區(qū)域澆筑2m厚的鋼筋混凝土將塌坑上方進(jìn)行全封閉。
2.3 洞內(nèi)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(hù)和固結(jié)灌漿后，分上下兩層開挖進(jìn)行洞內(nèi)坍塌體的處理，按先護(hù)頂后開挖的原則進(jìn)行施工，頂部清理范圍高于設(shè)計(jì)開挖輪廓線2.0m。開挖清理前，視坍塌體穩(wěn)定情況，可對(duì)塌體預(yù)注漿加固。為確保施工安全，坍塌體采用液壓式鑿巖機(jī)分層開挖，每次循環(huán)進(jìn)尺0.75m，拱頂和側(cè)墻跟進(jìn)支護(hù)，嚴(yán)禁爆破處理。
2.3.2 洞內(nèi)鋼筋混凝土頂拱封閉
洞內(nèi)坍塌區(qū)每循環(huán)初期支護(hù)完成后，及時(shí)對(duì)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(shí)先安裝鋼拱架兩側(cè)立柱，澆筑側(cè)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(nèi)左右側(cè)墻錨桿根據(jù)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可在支護(hù)混凝土澆筑后施工。
2.3.3 灌漿處理措施
（1）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(jìn)行塌方范圍回填灌漿處理，再進(jìn)行塌坑周邊封閉固結(jié)灌漿和裂縫松動(dòng)圈固結(jié)灌漿。
?。?）灌漿處理程序。引水隧洞塌方灌漿處理程序?yàn)?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(cè)試→洞內(nèi)清理→洞內(nèi)塌方段回填灌漿→塌陷區(qū)周邊固結(jié)灌漿→冒頂塌方范圍固結(jié)灌漿→待齡10d→引水隧洞塌方段擴(kuò)挖襯砌加固。
（3）灌漿布置。①洞內(nèi)回填灌漿。上部塌陷區(qū)清挖至穩(wěn)定邊坡后，在洞頂進(jìn)行回填灌漿。由于洞頂塌方體巖石松散，擬采用跟管鉆機(jī)進(jìn)行造孔，深入塌方巖體內(nèi)3m，孔間距3m，孔位布置見圖1（略）。②松動(dòng)體固結(jié)灌漿。洞內(nèi)回填灌漿完成后，進(jìn)行冒頂塌方巖體固結(jié)灌漿:封閉頂部塌坑（半徑R=9m），布設(shè)一圈固結(jié)灌漿孔，分兩序固結(jié)，孔距2m，共布設(shè)28個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿孔底洞頂100cm，孔深約40～42m;沿裂縫松動(dòng)圈（上、下裂縫線兩側(cè)）5m范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔排距3m，梅花形布設(shè)。
（4）灌漿方法。固結(jié)灌漿均采取分段固結(jié)，第1段深度為1.5m，埋設(shè)1m的孔口管，以下每5m為一段，最大段長(zhǎng)不超過7m;由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜，塌方區(qū)巖體松散，裂隙發(fā)育，因此灌漿鉆孔結(jié)束后不進(jìn)行沖洗，直接進(jìn)行回填、固結(jié)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(chǎng)情況可適當(dāng)調(diào)整。
固結(jié)灌漿采用單孔灌注、分序進(jìn)行，先施工邊排，再施工中排，分段灌漿逐級(jí)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(nèi)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(nèi)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(gè)等級(jí)，固結(jié)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(biāo)準(zhǔn):單孔注入量達(dá)300L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1h以上，而灌漿壓力或注入率均無變化，或變化不顯著時(shí)，改為濃一級(jí)水灰比的漿液灌漿。當(dāng)每灌注孔段注入率大于0.4L/min時(shí)，延續(xù)灌注30min即可結(jié)束，采用0.5∶1水泥漿液進(jìn)行封孔。
2.4 坍塌冒頂處理安全監(jiān)測(cè)
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(shè)備安全，對(duì)清挖邊坡和洞室支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)核提供依據(jù)，對(duì)開挖清理后的邊坡和洞室圍巖采用收斂計(jì)進(jìn)行收斂變形監(jiān)測(cè)。
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(jīng)過方案的可行性和經(jīng)濟(jì)成本等方面進(jìn)行比較論證，最終確定采取管棚超前支護(hù)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(cè)壁孔沿兩側(cè)傾斜。暫布孔23個(gè)（施工中根據(jù)實(shí)際斷面尺寸增減布孔個(gè)數(shù)），分3序從洞頂沿兩側(cè)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(jī)造孔→下設(shè)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(shù)
（1）松散體貼面混凝土澆筑。為防止回填灌漿時(shí)漿液外串、方便跟管鉆機(jī)拔管，在施工前需沿洞內(nèi)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(dá)到70%以上強(qiáng)度后再進(jìn)行造孔及灌漿作業(yè)。
（2）灌漿花管制作。灌漿花管采用φ80mm無縫鋼管制作，單根總長(zhǎng)15m，絲扣連接。底端用鋼板焊接封閉，管身呈梅花型鉆設(shè)直徑10mm的小孔，每環(huán)均勻鉆設(shè)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(gè)φ25mm倒把接頭作為進(jìn)漿管口。
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?。?）造孔。采用跟管鉆機(jī)造孔，孔徑110mm，鉆孔傾角5°，單孔孔深按15m控制。
?。?）埋設(shè)灌漿花管。在鉆孔達(dá)到孔深拔出鉆桿后，進(jìn)行灌漿花管埋設(shè)。從跟管套管內(nèi)下設(shè)至孔底后，拔出鉆孔套管，并對(duì)灌漿花管采用水泥水玻璃砂漿或水泥卷進(jìn)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(jí)水灰比，以1∶1開灌。當(dāng)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(jié)束標(biāo)準(zhǔn):在規(guī)定的壓力下，注入率不大于1L/min延灌5min結(jié)束。
3.2 洞內(nèi)坍塌體清挖處理
為保持管棚的穩(wěn)定和洞內(nèi)坍塌體清挖支護(hù)施工安全，坍塌體清挖支護(hù)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(hù)作為管棚支撐，將懸臂狀態(tài)的管棚改變?yōu)楹?jiǎn)支結(jié)構(gòu)，使其處于合理的受力狀態(tài)。洞內(nèi)坍塌體清挖支護(hù)施工方法與第1次基本相同。
4 結(jié)語(yǔ)
地下工程施工經(jīng)常遇到的隧洞坍塌冒頂、圍巖擠壓膨脹等不良地質(zhì)條件，只要進(jìn)行周密的地質(zhì)勘探工作，并在此基礎(chǔ)上審慎地選定切實(shí)可行的施工方案，終能順利通過不良地質(zhì)洞段。
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