两河口水电站对外交通专用公路Ⅰ标大梁子隧道塌方处理

成义娟, 李浩浩

(中国人民武装警察部队水电第十一支队,四川成都 610036)

1 工程概况

大梁子隧道为两河口水电站对外交通专用公路全长 5329m的特长隧道,位于四川省甘孜州雅江县境内,属于青藏高原的东部边缘,海拔2641～2650m。隧道起点(K0+129)位于 G318线 K2961+110雅江加油站对面的小河沟右岸,穿越公之吨母山和基俄山,在基俄吊桥下游约500m处的雅砻江左岸岸坡上出隧道。根据区域地质资料和现场调查测绘结果分析,大梁子隧道沿线岩层为三叠系两河口组第三段绢云板岩夹薄-中厚层石英粉砂岩,岩层走向与隧道轴向的夹角为 45°～50°,隧道洞身围岩主要为Ⅱ ～Ⅲ级,个别受节理切割或构造挤压揉皱强烈段围岩为Ⅳ、V级;进口和出口段为卸荷松动板岩和崩坡积松散堆积物,Ⅳ ～Ⅴ级。

在施工过程中,由于地质原因,隧道局部存在挤压破碎带及大的地下水,产生了一些小规模的塌方,其中 K0+350～K0+450、K0+975～K0+977.8为两处较大规模的塌方,笔者对这两处塌方的情况与处理方案做一介绍。

2 K0+350 ～ K0+450段(图 1、2)

2.1 地质条件

隧道开挖至 K0+350时,边顶拱出现线状水及涌水。开挖成形后,在地下水的作用下,围岩裂解加速,节理裂隙发育,三组构造裂隙、开挖面与原生结构面组合形成失稳块体,导致岩体自然垮塌,加之排危,有水洞段断面普遍存在地质原因的超挖。当隧道继续开挖至 K0+392时,由于顶拱存在挤压破碎带,在地下水的作用下,开挖 2h后围岩失稳,边顶拱出现塌方,塌方范围为 K0+386～K0+392,塌腔高 3m,塌方量达 210余 m3。鉴于该洞段不良地质条件现状并经预测,K0+392～K0+450段围岩属于 V类,与原设计Ⅲ类围岩不符,发生大塌方的可能性较大。

图1 K0+350～K0+450塌方段

2.2 处理方案

2.2.1 处理原则

(1)对已开挖成形的 K0+350～K0+386洞段不进行二次开挖扰动。

(2)K0+350～K0+386洞段由于开挖时按设计的Ⅲ类围岩断面开挖,如施作钢支撑会侵占二衬断面,故采用 φ22压网钢筋、加密锚杆、增补自进式锚杆、喷混凝土等措施进行处理。

(3)对于发生较大塌方的 K0+386～K0+392洞段,采用型钢拱架、锚杆、自进式锚杆加密、喷混凝土回填塌腔等措施进行处理。

图2 塌方断面图

(4)对 K0+392以后洞段,在开挖时按Ⅴ类围岩断面开挖,开挖前采用超前预支护,开挖时遵循“短进尺、弱爆破、强支护”的原则进行。

(5)在开挖前或支护前采用排水孔集中泄水的方式,以减小地下水压力对围岩的破坏作用。

(6)初期支护后的断面平顺原则:对发生掉块或塌方的部位,喷混凝土时要将超挖部分填平同设计初期支护断面,以保证断面平顺。

2.2.2 处理顺序及参数

(1)按设计要求挂 φ6.5@0.2m×0.2m网片。

(2)在以上网片的基础上采用φ22@0.2m×0.2m钢筋网进行加强,系统锚杆与 φ22钢筋网焊牢。

(3)增补泄水孔深 4.5m,在孔内插胶皮管引排长 3m,在出水点位置布孔,数量视出水情况增减。

(4)先喷混凝土将塌腔找平,再复喷至设计厚度。

2.2.3 K0+386～K0+392洞段塌方的处理

(1)进行系统锚杆、锁脚锚杆施工,视围岩破碎情况进行加密。锚杆参数 L=4.5m@0.8m×0.8m;由于地下水影响,为及时形成支护能力,将砂浆锚杆改为药卷锚杆。

(2)按Ⅴ类围岩要求支立型钢拱架,间距 0.6～0.8m,视围岩情况调整。

(3)挂 φ6.5@0.2m×0.2m网片。

(4)增补泄水孔深 4.5m,在孔内插胶皮管引排长 3m,在出水点位置布孔,数量视出水情况增减。

(5)喷混凝土,先喷拱脚,再喷拱部;将塌腔喷平后再复喷至设计厚度。

2.2.4 K0+392～K0+450Ⅴ类围岩洞段的开挖

(1)按Ⅴ类围岩开挖断面。

(2)开挖前采用超前支护;坚持开挖——循环支护——开挖循环的原则。

(3)开挖前视情况采用超前锚杆、自进式注浆锚杆、超前小导管一种或同时三种进行超前支护。超前锚杆长 4.5m,间距 0.3m,布于拱部180°范围;自进式注浆锚杆长 4.5m,间距 0.3m,布于拱部 180°范围;超前小导管长 6m,间距 0.3m。根据实际情况局部加密。

(5)钻孔开挖,进尺 1～2m。

(6)开挖后初喷混凝土。

(7)进行系统锚杆支护:L=4.5m@0.8m×0.8m,局部可增补加密。为迅速形成支护能力,采用快凝性药卷锚杆。

(8)按Ⅴ类围岩要求支立型钢拱架,间距 0.6～0.8m,视围岩情况调整。

(9)挂 φ6.5@0.2m×0.2m网片。

(10)增补泄水孔深 4.5m,在孔内插长 3m的胶皮管引排,在出水点位置布孔,数量视出水情况增减。

(11)喷混凝土,先喷拱脚,再喷拱部;将掉块形成的超挖喷平后复喷至设计厚度。

2.3 处理效果

我部严格按照上述处理方案对 K0+350～K0+392段进行了塌方处理和加强支护,在后续段K0+392～K0+450施工中严格按照Ⅴ类围岩要求施工,做好超前支护和加强支护措施,及时调整爆破参数。根据对该塌方段三个月的沉降变形观测,该处沉降变形数值符合设计规范要求。在对该塌方段的处理过程中,本着安全第一的原则,最大程度地做到了在经济合理的基础上施工质量优良,通过查看该段质检验收资料,各工序检验合格,工期影响达到最小化。

3 K0+975-K0+977.8段(图 3)

图3 K0+975-K0+977.8塌方段

3.1 地质条件

当开挖至 K0+977.8桩号时,突然出现一挤压破碎带,挤压破碎带从 K0+975桩号右边墙向左发育,与洞轴线夹角呈 40°～45°,同时地下水集中出现,流量达 50m3/h,出渣完成后,出现了大面积塌方,塌方物为地下水挟裹着碎岩块,平均3～4min掉一次,且持续 4d一直没有停止掉块,塌方量约 275m3。

3.2 处理方案

(1)回填掌子面,用编织袋封堵塌腔口。

(2)在用编织袋封口前,预埋 2根混凝土泵输送管,分别布置在左右两边,管口超出渣堆 5 m,以保证浇筑后有效厚度为 3m;预埋一根混凝土泵输送管,布置在空腔中央,用作再回填水泥砂浆,管口超出混凝土浇筑面 3m,预埋 3根 φ100钢花管作为引排地下水的通道,管口最终高度应高出两次回填面 1m,以保证地下水永久排出。

(3)采用 C20泵送混凝土向塌腔内进行回填处理,确保混凝土塞的厚度达到要求。

(4)混凝土达到 3d强度后,对堆渣进行清除,对侵入开挖边线内的混凝土进行爆破清除,并打 φ22,L=6.0m的随机锚杆将混凝土及岩体连成一体,适当设置 φ42,L=6.0m的注浆小导管,间距 0.3m。以 1m进尺为一个循环,每个循环采用型钢拱架、锚杆、喷混凝土及时进行支护,推进至掌子面 K0+977.8桩号处。

(5)支护参数:型钢拱架间距 0.60m,锁脚锚杆及榀间联系同Ⅴ类围岩。

(6)K0+977.8～K0+990段受挤压破碎带的影响岩体仍较破碎。为确保施工安全,采用“短进尺、弱爆破、强支护”的方式开挖,开挖断面同Ⅳ类围岩,锚杆参数同Ⅴ类围岩,喷混凝土厚度为 25cm,将钢拱架内侧喷平。

(7)待该塌方段处理完毕再进行开挖时,根据破碎带位置设超前注浆小导管与超前锚杆φ25,L=4.5m间隔使用,超前注浆小导管与超前锚杆间距 0.3m。

(8)开挖后及时架立格栅拱架、挂网、喷混凝土支护,支护完毕进行下一循环。

3.3 处理效果

针对该处塌方事件,项目部及时组织施工资源进行塌方治理工作,经过 15昼夜奋战,顺利通过了此不良地质段,恢复了正常施工。该段由于支护及时有效,形成了一个相对稳定的支护体系,变形观测值均在设计规范之内,洞内结构稳定、坚固,没有异常变化,从而保证了工程质量、安全,最大程度的降低了该段后期混凝土的浇筑难度。此处塌方段处理方案经济合理,得到监理、业主的一致认可。

4 结 语

大梁子隧道属于高原特长隧道,两处较大塌方段由于处理得当,没有造成安全事故和留下安全隐患,给以后类似工程的塌方处理积累了一定经验。处理过程中,充分考虑了人力、物力及财力,合理利用了时间、空间,使塌方段的处理在保证质量和安全的基础上,节省了时间,为保证工期奠定了基础。