溧阳抽水蓄能电站通风洞塌方的处理

潘福营

(中国水利水电第五工程局有限公司第一分局，四川成都 610066)

1 概述

溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市，枢纽建筑物主要由上水库、排水系统、发电厂房及下水库等部分组成。电站安装6台单机容量为250 MW的可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量为1 500 MW。

通风洞前期为施工支洞，后期作厂房永久通风洞。隧洞采用城门洞型，混凝土衬砌厚度统一为60 cm，开挖断面尺寸为 9.2 m ×8.1 m(宽 ×高)，洞长1 084.18 m，平均纵坡6.5%。根据洞室的围岩分类，对Ⅲ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护型式;对Ⅳ、Ⅴ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护+钢支撑拱架+混凝土衬砌的复合支护型式。钢支撑采用I20工字钢，Ⅳ类围岩工字钢间距1.2 m，Ⅴ类围岩工字钢间距0.8 m。

通风洞地质条件复杂，主要以Ⅳ类、Ⅴ类围岩为主，且地下水丰富，2009年9月10日通风洞开挖到K0+605掌子面时出现了较大的塌方，直至9月13日塌方不断，最后塌方体堆积料坡面延伸到顶拱处，塌方量达400多m3。

经分析，塌方的主要原因是该段为与断层相交部位，且为侏罗系凝灰岩和志留系泥质砂岩接触带，该洞段埋深约50～60 m，地面为农田，覆盖层较厚，构造无露头形迹。受构造强烈挤压造成岩体破碎，强度低，自稳能力弱;初步判定主要有一条宽度为7～8 m的陡倾角挤压破碎带在该段与隧洞大角度相交且不规则等地质条件综合影响是引起此处塌方的主要原因。

2 塌方处理措施

根据现场实际情况，对塌方体采取的处理措施主要是不出渣掘进，在对堆渣体表面喷混凝土后，采用灌注水泥浆使堆渣体固结成一体，然后采用大管棚超前支护，短进尺、弱爆破、强支护开挖。

对该塌方体的处理总体采取“加固掌子面的前3榀钢支撑，固结松渣体与坍腔体、大管棚超前支护，短进尺、机械和人工开挖、自进式锚杆支护、钢拱架紧跟、挂网喷钢纤维混凝土”的综合施工方案。塌方处理情况见图1。

图1 塌方处理示意图

3 具体的施工方法

3.1 钢支撑加固施工措施

由于施工期间塌方还在继续，为了控制塌方不向已经支护好的工作面延伸，对靠近塌方面的、可以施工的前四榀工字钢进行了加固施工，主要是钢支撑之间采用I20工字钢进行连接，环向间距1.5 m，然后采用混凝土将钢支撑之间喷满C25钢纤维混凝土，使钢支撑形成为一个整体，从而控制塌方不向洞外方向发展。同时，加强变形监测，及时掌握围岩变化情况。

3.2 对塌方堆渣体进行固结

3.2.1 塌方体表面的处理

为了保证对堆渣体进行固结灌浆时浆液不外流，在塌方料堆积体表面先用C25喷射混凝土加φ8@150 mm×150 mm的钢筋网进行喷护，喷射混凝土厚度为25 cm，使整个塌方面与周边边顶拱形成一个封闭面。

3.2.2 塌方体顶部的处理

首先，塌方体顶部采用砂浆泵回填一层约2 m厚的M25水泥砂浆，以保证其顶部封闭并形成一个硬的实体，主要目的是保证管棚支护形成一个受力整体，同时避免顶部继续塌方对管棚造成突然冲击。由于塌落体已经将钢支撑盖满，人员无法到达塌方体内，塌方空腔的具体形状无法明确，因此，先沿顶拱用手风钻在堆渣体上左、中、右钻设10个孔，孔径60 mm，打入φ42的无缝钢管，用砂浆泵灌入砂浆。先左右，再中间，由低到高，灌注完成后1 d，再分部位钻孔，判断砂浆的厚度，如果厚度未达到，再进行钻孔灌浆，直至砂浆达到2 m。

3.2.3 堆渣体固结施工

堆渣体固结采用回填固结灌浆的方式，先灌注稀水泥浆，再灌注浓水泥浆。注浆孔沿堆渣体四周间隔1.5 m布置1根，排距1 m，第一榀钢支撑上部50 cm布置1排，第一榀钢支撑下部50 cm布置1排。水泥浆液水灰比为0.5∶1，采用间歇式灌浆，待压力有一定上升(0.1～0.2 MPa)即可终止灌浆。灌浆过程中特别对拱肩部位进行加强。灌浆首先灌注钢支撑下部，再灌注钢支撑上部，灌浆采取两序间隔灌浆，一序隔孔灌浆，一序完成后再进行加密二序孔的灌浆。灌浆压力以不破坏堆渣体表面的喷混凝土为准。渣体内的注浆管采用φ42、壁厚4 mm的热轧无缝钢管，前端加工成楔形，手风钻钻孔，将管打入堆积料内，孔深6 m以上，浆液采用400 L的高速搅拌机拌制，灌浆采用3SNS型灌浆泵。注浆分多次进行，每次等强后即钻孔，再灌浆，直至最后钻孔要深入到堆渣体和岩面之间，使整个堆渣体和岩面形成一个整体。

3.3 大管棚施工

用钢管搭设钢管架作业平台，作业平台长度不小于10 m，上部留出3 m高作为施工空间。钢管水平和垂直间距为@60 cm×60 cm。在平台上进行大管棚施工。

钻孔采用YQ100B潜孔钻配120钻头进行，成孔后退出钻具，安装管棚并注浆固结形成较为稳定的加固体以达到处理塌方的目的。

大管棚布置在顶拱180°和拱肩下1 m范围内，大管棚采用直径为89 mm，壁厚5 mm的钢管搭设，大管棚钢管长度为12 m，每根钢管长6 m，钢管采用焊接连接，大管棚安装完成后其外露端部要与钢支撑焊接牢固。

将φ89钢管制成花管，大管棚间距40～50 cm，钻孔角度外插5°～20°。管棚距离设计开挖轮廓线外30 cm。为保证管棚强度与刚度，在φ89钢管内插入一根φ25钢筋。

3.3.1 施工工艺

管棚施工工艺流程见图2。

图2 管棚施工工艺流程图

3.3.2 管棚注浆

3.3.2.1 浆液配置

注浆材料及配合比:管棚注浆采用纯水泥浆，遵循先稀后浓的原则。采用 1∶1 和 0.8∶1、0.5∶1三个比级灌注。水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。根据钻孔顺序灌浆分序进行，以确保钻孔成孔质量和灌浆质量。

3.3.2.2 注浆管的设置

注浆采用孔口一次注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，在注浆套管上准备出气管与进浆管，由阀门控制(图3)，然后安装φ20塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏应及时检修，试验压力等于注浆终压。

3.3.2.3 管棚注浆过程控制

(1)管棚施工每完成1根后开始注浆。注浆前，对所有孔眼安装止浆塞，同时对管口与孔口外侧进行密封处理。

图3 注浆管示意图

(2)水泥浆液由制浆机制浆，采用3SNS高压注浆泵将双液浆注入管棚钢管内，注浆前先检查管路和机械状况，正常后开始施工。

(3)注浆采用连续灌注，结束标准采用双控:第一，注入率小于1 L，持压5 min后停止注浆;第二，压力必须达到 0.3～0.5 MPa。

(4)注浆过程应派专人负责，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

3.4 塌方体开挖施工

大管棚注浆完毕等强后继续开挖，塌方段开挖采用人工、反铲和风镐逐步进行，个别部位进行弱爆破开挖，每次开挖50 cm即喷5 cm厚钢纤维混凝土进行封闭，待具备一榀钢支撑的位置立即进行钢支撑的安装，塌方体段钢支撑间距50 cm，钢支撑之间采用相同的工字钢环向间距2 m加强连接，相应部位的挂网、系统锚杆、锁脚和随机锚杆、喷射混凝土立即进行，一榀钢支撑处理好后再继续开挖，普通锚杆如果无法施工则应立即改用自进式锚杆。塌方段喷射混凝土采用20 cm厚C25钢纤维混凝土。在施工过程中，如果有水渗出，立即布置随机排水孔，将水引出塌方面。如此循环，直至开挖至岩体段。

4 结语

塌方在地下工程施工中随时可能会遇到，塌方发生后应根据塌方的原因和现场实际情况，在保证安全的前提下采取合理的处理方法。该工程在塌方后采用了用不出渣来限制塌方体进一步扩大的方式，待塌方体稳定后，渣体固结灌浆，顶部固结灌浆，超前大管棚进行施工，再逐步挖除塌方体，取得了很好的效果。这种处理方法从开始施工到塌方体部位全部挖除总共耗时18 d，取得了良好的效果。