狮子坪水电站闸门竖井上室交通洞塌方的处理

刘 波， 李汉青

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 工程概况

狮子坪水电站隐藏式闸门竖井上室交通洞全长26.89 m(0+000 ～0+026.89)，整个洞身段处于岩层挤压破碎带，岩石极为破碎，岩层之间充填岩屑、泥，部分为松散黑色夹泥层，节理裂隙极为发育，岩石完整性非常差。2006年9月1日，狮子坪水电站隐藏式闸门竖井上室交通洞0+006～0+026.89段发生大面积垮塌，垮塌高度约15 m，垮塌方量约为2 000 m3，垮塌的松散石渣充填整个洞室，处理难度相当大。

2 采用的处理措施

2.1 前期处理

(1)松散石渣渣体的前期处理。垮塌的松散石渣堆满了整个洞室，且渣体为堆积体，整体强度非常低。在进行出渣时，石渣堆积体顶部易发生大块石滚落，严重威胁出渣人员、设备的安全。对此，初步拟定对垮塌段采用以下方式进行处理:洞室全断面进行C20混凝土回填→按照设计断面进行开挖→安全支护→永久混凝土衬砌。

(2)在垮塌的松散石渣渣体前1 m架立全断面封堵模板，采用泵送混凝土进行回填固结石渣，共浇筑混凝土576 m3。但是，由于垮塌洞段较长，混凝土不能将整个松散渣体连成一体，固结段为0+006～0+014，其后0+014～0+026.89段采用管棚法施工，具体施工方法详述于后。

(3)开挖采用覆盖层进洞的施工措施。在浇筑的混凝土断面上进行测量放样，采用少药量、弱爆破、短进尺、强支护的施工方法，将孔深严格控制在2 m以内;对开挖出露的洞段立即进行工字钢支撑支护，工字钢间距严格控制在40 cm以内，并采用锁脚锚杆对拱角进行固定，每个拱角为4根φ22×3.5 m的锚杆，拱架与拱架之间用φ22螺纹钢焊接，间距为30 cm，钢筋焊在拱架上部，形成一排纵向连系筋，将整个工字钢支撑连接成一个整体，进而提高工字钢支撑的整体受力。

(4)在混凝土固结段开挖4 m后，立即对开挖段进行永久钢筋混凝土衬砌，以保证施工掌子面的稳定;同时，预埋回填和固结灌浆管，泵送C20混凝土填满垮塌的空腔，以保证施工和后期工程运行安全。

2.2 后期处理采用的施工方法

在开挖、衬砌到桩号0+014处，塌方处渣体固结效果不明显。经过对塌方段现场进行多次考察、深入分析、反复论证后决定采用管棚法进行施工，具体施工工艺流程为:

灌浆固结塌方体→超前管棚支护→按照设计断面进行开挖→钢拱架支护→网片制安→永久混凝土衬砌→回填灌浆→固结灌浆。

(1)C20混凝土封闭垮塌渣体。由于渣体较松散，管棚造孔较困难，故先用C20喷射混凝土封闭松散渣体，厚度为8～10 cm。

(2)自钻式锚杆锚固。由于渣体成孔条件差，采用自钻式锚杆，呈梅花型布置，锚杆杆长6 m，孔深5.6 m ，外露0.4 m ，间排距为0.8 m ×2.0 m，锚杆灌浆浆液为0.6∶1水泥砂浆，灌浆压力不小于0.4 MPa。

(3)管棚钻孔。由于该垮塌松散堆渣体夹杂有大小不均匀的各类岩石，直接施工置入和成孔后再置入钢管的施工工艺无法实现，故采用φ110偏心锤跟进管钻进施工工艺，圆弧上管棚向上仰角为 5°～8°，两侧边墙管棚向左、右 3°～5°，孔深12.5～13 m。将圆弧上管棚间距控制在30 cm以内，边墙上管棚间距控制在40 cm以内。

(4)高压风清管。当每根管棚跟进到设计深度后，用高压风将管内碎石、粉尘冲洗干净，以保证钢筋的顺利置入。

(5)置入钢筋。管棚冲洗干净后，将加工有对中支架的φ28螺纹钢置入φ108钢管内。

(6)管棚注浆。管棚前期工作完成后，在每根钢管前端采用配套加工的止浆阀进行封闭，随后进行管棚注浆施工。

(7)开挖采用覆盖层进洞施工措施，在所浇筑的混凝土断面上进行测量放样，采用少药量、弱爆破、短进尺、强支护的施工方法，孔深严格控制在2 m以内，对开挖出露的洞段立即进行工字钢支撑支护，工字钢间距严格控制在40 cm以内，采用锁脚锚杆对拱角进行固定，每个拱角为4根φ22×3.5 m锚杆，拱架与拱架之间用φ22螺纹钢焊接，间距为30 cm。将钢筋焊在拱架上部，形成一排纵向连系筋，将整个工字钢支撑连接成一个整体，以提高工字钢支撑整体承载力的能力。

(8)在混凝土固结段开挖4 m后，立即对开挖段进行永久钢筋混凝土衬砌，以保证施工掌子面的稳定，同时，预埋回填和固结灌浆管，泵送C20混凝土填满垮塌空腔，以保证施工及后期工程运行安全。

2.3 施工措施实施后的效果

通过采用“少装药，短进尺，弱爆破，强支护，多循环”的方法，在施工过程中没有出现一次安全事故，架设的格栅拱架没有出现一次塌方。

3 处理塌方的几点体会

(1)对于洞室塌方不可盲目出渣、强行掘进。首先应对塌方体进行全方位的观察，深入研究，分析塌方产生的深层原因，从而选取合理的安全处理方式并尽快进行表面封闭，使其保持相对稳定，尽可能减少扰动次数，避免造成冒顶塌方。

(2)固结灌浆是基础。固结灌浆可以使塌方渣体形成一个整体，从而提高岩石的强度级别，是塌方处理的关键。

(3)超前管棚是前提。沿洞顶轴线设置超前管棚，对阻止塌方体下滑将起到重要作用。

(4)自钻式锚杆是关键。根据现场实测，冒顶塌方介质为粘土、砂砾石、碎石及片石，且碎石与粘土没有固结。采用自钻式锚杆直接注浆后，将松散渣体有效的固结成一个整体，给管棚造孔提供了可操作性，有效地防止了再次塌方。

(5)回填灌浆是补强。根据3个月时间的现场观测，回填灌浆的工字钢拱架与混凝土连成一体，强度明显提高，为后期下底开挖与浇筑混凝土奠定了坚实的基础。