甲米河一级水电站1#支洞下游控制段洞轴线调整施工

王建兴，唐平康

(1.中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610081;2.四川盐源甲米河水电开发有限公司，四川盐源，615700)

1 工程概况

甲米河一级水电站位于四川省凉山州盐源县盐塘河干流甲米河上，取水枢纽位于盐塘河甲米村上游约5.3km，距县城约54.7km。厂区位于桃子乡跨棉村，距盐源县城约67km，距西昌市区约220km，盐泸旅游公路沿盐塘河于电站河对岸通过，交通方便。电站系具日调节功能的引水式电站，电站装机3×12MW，设计水头90m，设计引用流量45.45m3/s。电站枢纽建筑物由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。本标承担首部枢纽及引水系统前段工程标施工任务，包括首部枢纽及引水隧洞前段(隧0+000m～隧7+180m)的全部建筑工程、金属结构制作及安装工程。引水隧洞接进水口，首端底板高程2146.65m，隧洞设计纵坡为1.725‰，为马蹄形断面，开挖直径上半圆为6.2m，下半部分侧拱半径为6.2m，圆心角30°，底部为平底，底宽4.36m。

1#支洞控制段下游开挖至1+597.00m桩号时，因为围岩破碎且有地下水作用，已开挖支护好的顶拱出现突然涌水现象，顶拱形成漏斗状涌碴，塌方长度约40m，经综合考虑后决定向河侧调整洞轴线进行施工。但是开挖至1+899.3m时，又出现类似第一次的涌水涌碴情况，参建单位果断决策，再次采取了第二次洞轴线调整的施工方案。

2 涌水塌方前的施工情况

2.1 第一次涌水塌方前的施工

1+535.2m～1+538.6m段在施工过程中出现过局部塌方及小量涌水，经设计代表及监理工程师现场确定加强支护，共增设3榀格栅拱架，其他Ⅳ类围岩洞段为挂网锚喷。

1+553.0m处左侧边墙底部出现一约1.0m3大小的溶洞，采用混凝土喷护。

2009年12月24日，1+584.0m～1+590.0m段出现了较大规模塌方，采用回填洞渣后用小导管超前注浆，再对回填区进行半洞开挖，钢拱架支护，拱架间距50cm。塌方处理完毕后，由于岩石较差，承包人仍采取上、下半洞开挖，格栅拱架跟进支护，至2010年2月11日掌子面开挖至桩号K1+597.0m。

2010年2月11日，下午约17∶00，发现距离掌子面约20m处(桩号约为K1+577.0m)一榀拱架右侧拱肩以下变形，喷护混凝土开裂，裂缝宽度约5cm，缝中有小量涌水。

2月12日下午洞内出现大量涌水，14∶00左右，乘坐装载机(此时洞内积水深已超过50cm，无法步行)到洞内查看，发现距离掌子面约11.0m处(桩号为K1+586.0m)顶拱部位有一直径约40cm的出水空洞，水流中夹带大量碎碴。16∶00左右，再次进洞查看时，出水点已经被涌碴淹埋，涌碴量约3400m3。

2.2 第二次涌水塌方的施工

2010年10月，1#支洞控制段下游侧围岩左侧为灰岩，较完整，右侧为红色泥岩，成层状向左侧呈60°倾角，并与右边墙呈楔形切割，岩石破碎，遇水泥化，施工过程中严格按V类围岩支护方式进行。2010年10月21日13∶30时，出完洞碴扒面时，1+899.3m右侧边墙及右顶拱2m范围塌方并出现漏斗状，并伴发大量涌水、流碴的涌水塌方事故，流碴堆至1+865.0m桩号。

3 涌水塌方原因分析

3.1 第一次涌水塌方分析

本次涌水、塌方洞段围岩岩性为三迭系中统盐塘组(T2y)，岩性以长石岩屑砂岩为主，夹泥质灰岩。砂岩具细粒结构，岩屑成份为石英、长石、岩屑、云母等，少量有机质碎片。灰岩具细晶结构，岩石成份以方解石为主，含有白云石及少量黄铁矿，自生石英，自生长石和泥质，岩层产状为115°∠58°。凡波拉达沟为常年流水冲沟，位于本次涌水、塌方洞段东北侧，受构造影响，裂隙发育，岩体完整性差。塌方段虽已穿过冲沟，但离沟底不远，仍在冲沟汇集地表水及地下水的范围，裂隙水的补给源是分水岭地段的地下水及冲沟汇集两侧地表水的入渗。经认真调查与分析认为，发生本次涌水、塌方事故的主要原因为恶劣的水文地质环境。

3.2 第二次涌水塌方分析

第二次涌水、塌方洞段征兆性不强，按先前施工经验，按Ⅴ类围岩支护方式进行施工是安全可靠的。事件发生后根据现场情况认为，发生此次涌水、塌方事故，主要原因为饱和的地下水作用。

4 处理方案及实施情况

4.1 第一次涌水塌方处理方案

根据专家咨询会会议精神，对本次涌水塌方建议采用向外侧洞轴线调整方案(锚喷支护——小导管——钢格栅——锚喷支护)，确定了以下几项原则:(1)废弃洞段封堵后期再施工;(2)进洞前先加固开口段及影响段，确保安全;(3)尽早进洞，允许部分开挖不到位;(4)小洞进洞，开挖时逐步达到设计开挖边线;(5)未开挖到位部分最后处理。

方案施工项目主要有:涌水引排处理，原洞加固，洞轴线调整后进洞施工及后期处理等。

4.1.1 涌水引排处理

为尽量减少涌水对隧洞上下游工作面及洞轴线调整后隧洞的施工影响，加快施工进度，并尽可能保证施工在干地进行。经现场查勘，采用在1+530m用人工装粘土编织袋形成挡水围堰(底宽5m，顶宽1.5m，高3m，长度与隧洞宽度一致，为尽快进洞先形成小集水坑满足22kW排水要求，即开始进行原隧洞加固和开洞工作。此方案一旦遇停电和水泵损坏，将对生产造成影响)和集水坑。在设备正常时，用一台22kW水泵排水至洞外(并备用一台22kW水泵)。考虑到水泵损坏后更换水泵约需2h，此时间足以使隧洞下游撑子面大量积水，造成工作面无法施工。为此，另安装φ159mm引水钢管两趟，从挡水围堰引至1+430m底板处，再排至交叉口的集水坑，抽排至洞外。为防止下游集水坑水泵损坏后，大量涌水对上游造成影响，在支洞与主洞交叉口再设置一台22kW和7.5kW水泵，清除涌水，并考虑备用一台100kW发电机用于排水(考虑汛期洞水渗(涌)水量可能进一步增加，有一定的富余度)。因1#洞上、下游围岩均含泥质灰岩，遇水泥化严重，加之本次涌水、涌碴影响，洞内道路状况十分差，难以满足道路通行要求。为此，将道路表面泥浆全部清除，然后用我部筛分系统生产的40mm～80mm粗骨料填筑隧洞道路，用粗骨装编织袋砌筑排水沟(排水沟0.5m×0.5m)，以保证一段时间内达到透水、滤浆效果。同时每班派6人及时进行排水沟清理，保证排水沟通畅，并将泥浆用编织袋装好后倒运至洞外。并加大排水、排浆力度，布置多台排污泵，每台排水泵均派专人负责，损坏后及时维修。同时，采用人工和设备加强对道路的维修和保养，尽可能保证隧洞施工正常进行。

4.1.2 洞轴线调整后开洞前加固

为尽快实现隧洞贯通，采用先加固→导洞锁口、开挖→正常洞断面施工的施工思路，迅速进洞展开正常洞断面开挖。导洞段欠挖以及原设计封堵混凝土，在条件成熟时(二衬施工时)再作处理。

加固施工。根据目前施工工况、围岩情况及洞轴线调整后的线型布置等因素，导洞开口桩号拟定为1+516.12m～1+522.32m，断面为城门形，支护成型后宽 4.5m高 5.0m，顶弧半径2.45m、角度134°，导洞长约13m。具体施工程序如下:

(1)此段受涌水、涌碴影响，底板淤积厚度约2.5m。为保证加固的架立格栅拱架不悬空和导洞底板能一次到位，以满足安全和断面尺寸满足通行等施工要求，在围堰的保护下进行基础清理，并配备4台7.5kW排污泵排浆、排水。清理时人工将表面泥浆装编织袋用装载机运出洞外，再用装载机装碴，通过自卸汽车运出洞外，出现泥浆后先用排污泵排浆、排水，人工装编织袋方式继续清理，清理至接近设计开挖线后装载机不便装车，再用挖掘机、汽车配合人工清理。在导洞位置基本形成15m长的平面，以利钻爆等作业，上游面形成8%的坡度，满足车辆通行要求;

(2)清理基本结束后，对原洞段1+516.12m～1+522.32m右侧、顶拱及左侧导洞范围外增设锚杆(φ25mm，L=3.0，间排距 1.0m)挂网喷护15cm;

(3)1+516.12m ～1+514.12m、1+522.32m～1+538m 增设锚杆(Φ25mm，L=3.0，间排距1.0m)，架立格栅拱架(主筋 Φ25mm，断面20×20cm，间距0.5m～0.8m)并网喷C20混凝土，厚25cm;

(4)导洞下游侧预留三角体，采用小导管进行灌浆固结处理。小导管长度根据现场情况调整，间排距1m×1m，灌浆压力0.2MPa～0.3MPa，孔深4.5m。

4.1.3 洞轴线调整后进洞施工

4.1.3.1 导洞开挖

(1)导洞加固完成后，在导洞开口顶拱部位施工小导管:L=3.0m、仰角15°、间距40cm、灌浆压力0.2MPa～0.3MPa;

(2)导洞锁口完成后进行导洞钻爆作业，周边孔间距控制在0.4m以内，孔深0.5m，开孔位置距设计开挖线10cm，爆破若出现欠挖用风镐修边，爆破严格按光面爆破技术进行;

(3)爆破后先用人工排险，在爆破碴体上立即素喷5cm厚C20混凝土，再进行出碴;

(4)碴出完后立即开展格栅拱架支护。拱架主筋 Φ25mm、断面 20cm×20cm、间距 0.5m～0.8m，锚杆 Φ25mm、L=3.0m、间排距1.0m，挂网钢筋 φ6.5mm，20cm×20cm，喷 C20混凝土厚25cm;

(5)小导管施工。L=3.0m、仰角15°、间距40cm、灌浆压力0.2MPa～0.3MPa，每一排小导管搭接长度1m，初步计划从洞口往下游30m范围布设小导管。

4.1.3.2 进入设计断面后的施工

计划在1+533.01m(洞轴线调整后桩号)扩挖至设计断面。此段均处于涌水、涌碴影响段，为保证洞室安全，洞轴线调整后洞前30m(1+515.453m～1+545.453m)按Ⅴ类围岩开挖，顶拱布置间距0.4m、长3m、φ50mm小导管，施工主要采用短进尺、弱爆破、强支护的方式进行。

4.1.4 第一次涌水塌方处理方案实施情况

在具体实施过程中本着安全第一、质量保证的原则谨慎施工，“涌水引排处理、原洞加固”按拟定方案进行。原洞加固完成后，业主、设计、监理再次会商，在有相当把握的前提下改变了原有导洞进洞方式(见图1)，实施全断面进洞(支护措施不变)，取得了良好效果，加快了施工进度。

图1 进洞方式对比

4.2 第二次涌水塌方处理方案及实施

出现此次涌水塌方后，在总结第一次洞轴线调整进洞施工过程后，参建四方果断决策采取第二次洞轴线调整(图2)的施工方案。具体方案如下:

(1)桩号1+862.9m处为洞轴线调整后的洞断面下游边线，洞轴线与第一次洞轴线调整后轴线呈70°夹角，根据实际情况与主洞顺接;

(2)对原洞1+868m～1+850m段，设置工字钢拱架(I14、间距0.4m)，锁脚锚杆(Φ25mm，L=3.0m 间距 1m)，挂网(φ6.5mm，间排距20cm)，喷混凝土C20封闭;

(3)1+870m～1+876m处设集水坑。集水坑宽2m，深1m，采用现有排水设备抽排;

(4)对原洞段1+862.9m～1+855.419m进行清淤，满足设计高程。清理结束后，对原洞段k1+862.9m～k1+855.419m范围外增设锚杆(Φ25mm，L=3.0，间排距 1.0m)，挂网喷护15cm。洞脸下游侧三角体灌浆固结处理，间排距1m×1m，孔深4.5m;

(5)洞轴线调整后洞段按Ⅴ类围岩施工，设置工字钢拱架(I14、间距0.4m)，增设超前支护锚杆(Φ25mm，L=3.0m间距0.4m，排距2.0m)。

具体实施过程中严格按上述方案施工，只用了5天时间就进入了正常的洞挖施工。

图2 第二次涌水塌方洞轴线调整

5 结语

5.1 在隧洞施工过程中，地质情况的超前探测和预报十分必要，尤其在不良地质段显的极为重要，能有效保证施工安全和进度。

5.2 小断面隧洞出现大方量涌水塌方情况，采取洞轴线调整绕过的施工方案，因施工工序较为容易组织，可以大大缩短施工时间。

5.3 在围岩强度低的开挖支护过程中，拱圈范围采取超前锚杆、小导管固结的方式，可以有效控制超欠挖情况，并能杜绝塌方。

5.4 隧洞的开挖支护，设置排水孔十分必要，能完全释放山体的内水压力。即使在地下水丰富洞段，也是减少塌方的必要手段。

5.5 在处理塌方时，初始阶段应将岩石清理干净，素喷一层5cm～8cm的混凝土，再进行后续处理，这是保证安全的必要措施。