寺坪電站引水隧洞坍塌冒頂綜合處理施工技術

　　摘要:湖北省保康縣寺坪水電站引水隧洞洞室圍巖為頁巖，砂質巖，一般為薄層狀結構，易風化，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，局部較破碎;洞室圍巖類別一般為Ⅲ類，部分為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，局部易發(fā)生掉塊和塌方等工程地質問題。隧洞出口壓力鋼管段在洞挖施工中于2005年3月17日和7月30日先后兩次發(fā)生坍塌冒頂事故。通過對坍塌冒頂區(qū)域上部進行回填和固結灌漿后，在洞內坍塌體頂部打管棚超前支護，然后采取“短進尺、強支護”的措施，邊清挖、邊用鋼拱架跟進支護，得以安全順利穿越隧洞坍塌冒頂段。就引水隧洞坍塌冒頂綜合處理施工技術進行探討。

關鍵詞:引水隧洞;坍塌冒頂;灌漿;物探測試;鋼拱架支護;坍塌清挖

1概述

寺坪電站引水隧洞全長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，坍塌區(qū)域貫穿整個山脊，在山頂形成一個12m×8m×4m的塌坑，塌坑四周伴有誘導裂隙出現。

坍塌冒頂處理方案分3步進行:①對上部塌陷區(qū)物探測試后進行清挖處理，防止塌方進一步擴大;②先在洞頂進行塌方范圍回填灌漿，再對冒頂塌方坑封閉及塌陷區(qū)周邊進行固結灌漿，然后開始上部塌陷區(qū)清挖，并對清挖邊坡進行支護，確保施工安全;③對洞內塌體進行清挖處理，支護封閉洞內坍塌段側墻及頂拱。

2.1防止塌方進一步擴大的施工措施

2.1.1坍塌體上部處理

為防止雨水下滲，對坍塌體上部用彩條布遮蓋;對于塌體頂部誘導裂隙采用M10砂漿進行封閉，防止雨水進入造成裂縫的繼續(xù)擴散;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加強洞內塌方部位下游15m支護

引水隧洞壓力鋼管段K0+342～K0+370m段已按設計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格為20cm×20cm的φ6.5鋼筋網，兩側墻回填C20混凝土，回填厚度小于20cm處和起拱線以上采用C20細石混凝土噴護。

2.1.3坍塌區(qū)域物探測試

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。由于高密度電法測試只能檢測30m深度以內松散體的延伸范圍，在上部坍塌體回填灌漿結束后，又采用跨孔聲波法檢測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)處理按以下步驟進行:

2.2.1頂部減載清理

根據物探測試的松散體范圍，首先對頂部進行減載清理到弱風化層，初步確定清理高度5m，清理范圍距松動區(qū)外1～1.5m。為保證施工安全，清理先從塌陷區(qū)左右兩側進行抽槽開挖，再對上下游邊坡自上而下分梯段進行開挖，梯段高度2～2.5m;左右兩側及下游開挖邊坡坡比為1∶1.5，為盡量減少施工難度和對上游自然邊坡的擾動，上游開挖邊坡坡比為1∶0.75～1∶1。

2.2.2封閉灌漿

沿冒頂塌坑布設一圈固結灌漿孔，分兩序固結，共布設28個固結灌漿孔，灌漿孔底距洞頂1～2m。

2.2.3松動區(qū)外5m范圍內固結灌漿

上部塌陷區(qū)清挖減載后，沿開挖線外側設置截水溝，確保外來水不侵入塌陷區(qū)，同時沿塌陷區(qū)范圍澆10cm厚C25壓漿板混凝土，然后對松動區(qū)沿裂隙松動圈5m范圍進行固結灌漿，灌漿深度按清挖高度確定。固結灌漿孔排距3m，呈梅花型布置，孔深距洞頂1m，孔數根據第1次物探測試成果決定。

2.2.4清挖邊坡支護

為保證清挖邊坡的穩(wěn)定性，先將坡面噴護10cm厚C20細石混凝土，再配置雙向φ22@20cm×20cm鋼筋、澆筑40cm厚C20W6F100混凝土對清挖邊坡進行保護。上部塌陷區(qū)開挖邊坡的預固結灌漿、排水、支護施工逐層進行，并根據物探檢測和開挖揭示的地質情況調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、支護完成和洞內坍塌體處理結束后，在清挖平臺至坍塌頂面區(qū)域澆筑2m厚的鋼筋混凝土將塌坑上方進行全封閉。

2.3洞內坍塌體處理

2.3.1坍塌體清挖處理

完成上部塌陷區(qū)清挖處理、支護和固結灌漿后，分上下兩層開挖進行洞內坍塌體的處理，按先護頂后開挖的原則進行施工，頂部清理范圍高于設計開挖輪廓線2.0m。開挖清理前，視坍塌體穩(wěn)定情況，可對塌體預注漿加固。為確保施工安全，坍塌體采用液壓式鑿巖機分層開挖，每次循環(huán)進尺0.75m，拱頂和側墻跟進支護，嚴禁爆破處理。

2.3.2洞內鋼筋混凝土頂拱封閉

洞內坍塌區(qū)每循環(huán)初期支護完成后，及時對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。施工時先安裝鋼拱架兩側立柱，澆筑側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。洞內左右側墻錨桿根據變形監(jiān)測結果可在支護混凝土澆筑后施工。

2.3.3灌漿處理措施

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，在洞頂進行塌方范圍回填灌漿處理，再進行塌坑周邊封閉固結灌漿和裂縫松動圈固結灌漿。

灌漿處理程序。引水隧洞塌方灌漿處理程序為: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試→洞內清理→洞內塌方段回填灌漿→塌陷區(qū)周邊固結灌漿→冒頂塌方范圍固結灌漿→待齡10d→引水隧洞塌方段擴挖襯砌加固。

灌漿布置。①洞內回填灌漿。上部塌陷區(qū)清挖至穩(wěn)定邊坡后，在洞頂進行回填灌漿。由于洞頂塌方體巖石松散，擬采用跟管鉆機進行造孔，深入塌方巖體內3m，孔間距3m，孔位布置見圖1。②松動體固結灌漿。洞內回填灌漿完成后，進行冒頂塌方巖體固結灌漿:封閉頂部塌坑，布設一圈固結灌漿孔，分兩序固結，孔距2m，共布設28個固結灌漿孔，灌漿孔底洞頂100cm，孔深約40～42m;沿裂縫松動圈5m范圍內進行固結灌漿，孔排距3m，梅花形布設。

灌漿方法。固結灌漿均采取分段固結，第1段深度為1.5m，埋設1m的孔口管，以下每5m為一段，最大段長不超過7m;由于現場地質條件復雜，塌方區(qū)巖體松散，裂隙發(fā)育，因此灌漿鉆孔結束后不進行沖洗，直接進行回填、固結灌漿。

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