金盆水库溢洪洞不良地质洞段塌方处理

黄友富

(陕西省水利电力勘测设计研究院大安监理公司 西安 710001)

1 工程概况

金盆水库枢纽工程位于渭河一级支流黑河下游周至县马召镇黑峪口。枢纽工程由拦河坝、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、坝后电站、副坝等建筑物组成。工程规模为大（二）型二等工程，溢洪洞设计标准为Ⅱ级建筑物，总库容2亿m3，电站总装机容量 20MW。该工程是以城市供水为主兼顾灌溉、发电、防洪等的综合利用水利工程。

溢洪洞布设于大坝右岸，结构形式为“龙抬头”式，洞身横断面为圆拱直墙形，断面尺寸由12m×14.73m变为10m×11.5m。由进口引渠、闸室段、陡坡渐变段（底坡比 1:2）、反弧段、平洞段及挑流鼻坎段组成,全长 389.40m。最大泄流量2200 m3/s，最大流速41.10m/s。

2 工程地质特征

溢洪洞贯穿河道右岸山体，围岩结构成分复杂。岩性主要为弱风化云母石英片岩，片理和裂隙发育，岩体破碎，完整性差，地下水位高于洞顶。洞室围岩分为3类：稳定性差（Ⅲ）类，不稳定（Ⅳ）类，极不稳定（Ⅴ）类，其中，不稳定（Ⅳ）类和极不稳定（Ⅴ）类占52%。沿洞线分布的较大规模断层共计7条，分别是F2、F3、F4、F5、F15、F23、F79等。其中，F79断层影响带宽度达20m,并且与F5断层形成斜交，对施工威胁最大。洞段地质条件的先天不足为后期施工埋下了极大隐患。

3 塌方冒顶处理

由于溢洪洞位于 7条断层切割的较破碎山体围岩之中，尽管承包商在施工过程中步步为营，稳扎稳打，仍然还是避免不了洞内塌方。桩号0+080～0+100m段自发生首次塌方后，连续发生了数次小规模塌方，直至次年在位于溢洪洞桩号（山顶处）0+100.6～0+108.5m山体表面出现一直径约 8.5m，深约 15m的圆形塌陷坑，塌陷坑地表与洞顶高差约85m。初步分析认为，造成本次塌方冒顶的主要因素是受F79断层与F5断层斜交形成的三角体影响所致，其洞身桩号为0+069～0+084m。经观察发现，洞内塌方体介质基本是砂砾、碎石、大块石等。

3.1 塌方处理方案

本次塌方量大、范围广，在总结不良地质段常规处理塌方办法的前提下，结合金盆水库工程的实际（为西安市供水时间不变），决定采用不清除塌方渣体，而采用超前固结灌浆、强支撑、低扰动开挖的施工方案。即在塌方体中进行超前固结灌浆、超前导管或锚杆（自钻式与系统）配合、钢拱架支撑、谨慎开挖、挂网喷浆结合系统锚杆再进行二次固结灌浆等多重施工工艺，对塌方体进行封闭处理。洞外山上和洞内同时进行施工。

3.2 塌方处理技术措施

3.2.1 洞外塌陷坑处理措施

（1）在处理山顶塌陷深坑时，首先清理塌陷坑周边松动危险的岩石。在坑壁布设观则点，随时掌握坑口、滑裂面变形情况，确保坑内作业人员安全。为固定洞顶塌方体，在坑内布设 17根锚索。具体实施是先造孔，后下 50mm钢管，再穿φ32mm精轧螺纹钢筋，然后加压注浆。

（2）在坑内四周边壁破碎岩面布设长4.5m，直径 28mm@150cm×150cm系统锚杆，并挂直径6mm@20cm×20cm钢筋网，再喷射 10cm厚的 C20混凝土，增强岩石整体强度。

（3）在塌陷坑底部浇筑1m厚C15混凝土盖，且插入直径32mm螺纹钢筋作为联系筋，间距1m梅花形布置。在C15混凝土盖与坑壁接触处还布设长 4.5m，直径 28mm@50cm锚杆 2排。同时在浇筑 C15混凝土时顺便预埋 5根直径 108mm钢管，梅花形布置，作为后续注浆充填通道。

（4）回填塌陷坑的土石料最大粒径限制在25cm左右，夯填密实，坑口回填高程高于原地面40cm。在山上坑顶回填土上浇注直径为16m，厚80cm的C15混凝土盖板。周边做排水沟。

3.2.2 洞内塌方体表层处理措施

对塌方体暂不做开挖清渣处理，先采取封闭喷浆加固措施。

（1）封闭喷浆前在塌方体上打长 1.5m,直径 25mm插筋锚杆，间、排距1m。然后喷C20混凝土浆，适当添加速凝剂，增加早期强度。在拱基线附近喷浆层厚20cm，其他范围15cm。

（2）对现拱架上部20cm处至斜坡面，沿开挖线放大20～30cm范围，架立模板浇筑C20混凝土。在支模浇筑混凝土前，先在拱脚线附近清出8个长、宽、深各50cm 的侧向台坑，然后在此坑中架立型钢拱架。在加固浇筑的C20混凝土中布设了4品钢拱架。

3.2.3 穿越塌方体洞挖处理措施

（1）沿开挖线外侧 5～10cm处先打一圈长6m的φ48mm注浆管和自钻式锚杆，二者间隔布置，孔间距40cm，松动区间距为30cm，孔深5.8m，锚杆向外侧夹角为 5～10º。注浆浆液水灰比1:0.45，浆液中按1:1比例掺入细沙，灌浆压力1MPa。每孔注浆量大于 0.3m3。施灌过程中有部分孔内压力升不起来，采用适当调整浆液水灰比或增加添加剂用量的办法解决。再不行就采用三缸活塞注浆泵，出口注浆压力为 4MPa。待喷射混凝土和注浆体强度达到75%时开始试挖，选择相对稳定的位置挖出一条 2m×2m的小导洞，洞深 2m左右，从洞内检查固结灌浆效果，为调整浆液比和修正注浆参数提供依据。试开挖时，有的地段固结效果不理想又重新补灌。将开挖线外侧深度 5～10cm修正为 35～40cm，再打一圈长6m的φ48mm注浆管和自钻式锚杆，其他参数不变，继续复灌。

（2）正式开挖时，在掌子面沿洞开挖线外侧 40cm处挖出长 1m，宽 1.5m的弧形槽，将事前用20#工字钢加工制作的2组钢拱架支于槽内，间距 0.8m，并用型钢焊接牢固，在上、下两侧加挂φ10mm@20cm×20cm钢筋网。视围岩稳定情况再决定先打系统锚杆还是先喷浆，或者是先喷混凝土再打系统锚杆。系统锚杆用φ25mm螺纹钢，若成孔困难则选用自钻式锚杆，其他参数同前。喷混凝土厚度以能够覆盖上、下2层钢筋网为准，喷混凝土的标号为C20。支撑喷护强度达到后，开挖以人工松动为主，确需放炮时也是采用多打眼，少装药预列爆破方法。石碴清至塌方体外用反铲运出。下一道循环开挖工序同前，每循环开挖进尺控制在 0.8m。开挖工序基本为：架立拱架→挂网喷浆→打系统锚杆→喷混凝土→开挖出碴。

4 结语

塌方冒顶是水利工程工地不良地质段经常发生的事情，处理的方法各异。黑河溢洪洞塌方体因其量大，故未盲目清渣，采用在塌方体内直接进行开挖成洞。关键是将松散塌方堆积体通过处理加工，使其固结成为一个整体。即通过对围岩超前注浆加固，使之在拱周边形成一个具有一定厚度的保护壳体，然后再按常规施工工序进行作业。同时也应用了自钻式锚杆，将自钻式锚杆和系统锚杆有机结合，比管棚法要安全快捷一些。在合同工期内完成了隧洞开挖、衬砌的施工任务。但造价偏高。