泽城西安水电站临时导流洞塌方原因分析及处理方案

吴明生

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 概况

泽城西安水电站（二期）工程位于山西省晋中市左权县境内，坝址在清漳河东、西两源汇合处以下约4.0 km。其中，临时导流洞位于大坝右岸，大坝和溢洪道之间，全长432m，为城门洞形，底宽4m，直墙高3.5m，弧高0.95m，进口底高程804m，出口底高程796m。隧洞为裸洞。

临时导流洞进、出口地形均较陡，出露地层为常州沟组第三至第七岩组石英砂岩、石英砂岩、含铁质长石石英砂岩和长石石英砂岩，厚度20～110 m。地下水位高程约804m。

2 导流洞塌方情况简介

导流洞开挖时，隧0＋296～隧0＋308段发现了和隧洞轴线斜交的断层及侵入体。因临时导流洞只在永久导流泄洪洞完工前使用，设计为裸洞，不需进行混凝土二次衬砌，施工时施工单位遵照业主指示采取了格栅拱架的支护措施通过了该段。导流洞工程于2009年11月14日顺利贯通，11月16日开始截流通水。

2011年9月14日临时导流洞洞内隧0＋290～隧0＋308段发生塌方。塌方块体压塌该段原有格栅拱架并充满了整个断面，导流洞无法正常通水，影响了其它工作的顺利进行并造成了严重的安全隐患。

3 塌方原因分析

经多次的塌方段现场调查、结合地质资料、核对施工记录后，认为隧洞塌方原因如下：

导流洞隧0＋270～隧0＋330段山顶部位有一条天然冲沟，隧洞纵向中心线和冲沟沟底纵向中心线交叉穿过，成30°左右角。

冲沟位于两山之间，沟底为厚度10 m左右的的松散覆盖层。覆盖层主要为孤石、卵石夹少量泥、细砂等，并且该段发育3m左右顺层面的挤压性断层破碎带，破碎带物质为碎裂岩、糜棱角砾、石英团块等，大部分呈碎块状、碎屑状，岩体稳定性很差。

由于常年地表水涌入和岩层间裂隙水的渗入，特别是2011年7月2日大洪水的影响，再加上临时导流洞为裸洞，未进行二次混凝土衬砌支护，造成隧0＋270～隧0＋330段于2011年9月14日洞顶形成冒顶塌方。

4 塌方处理方案及措施

由于塌方地段外部山体坡度较陡，且塌体方量较大，位于松散堆积体陡坡部位，顶部大开挖方量较大且开挖处理周期较长。为了尽快贯通临时导洞塌方段，确保后续工程正常进行，经专家组讨论，计划在塌方体顶部采用山体回填灌浆以固结顶部松散覆盖，并增加混凝土盖板，减少顶部塌方量，洞内采用小导管注浆，打锚杆、钢拱架支护的施工方案。

1）塌方洞顶山体注浆

（1）采用液压钻机，用跟管钻进的方法，在塌方体上方地面范围内打Φ90的垂直钻孔，套管直径Φ108，钻孔深度根据实际地形测量深度控制，洞体正上方的导管插入深度以到洞顶高5～6m处为宜，洞体两侧边墙以外范围内的导管深度以深入到洞底地标高为宜。孔眼沿塌方中心线开始按照梅花形布置，孔间距2m，钻孔采用偏心钻头，孔径120 mm。

（2）钻完一孔即刻打入灌浆导管（2英寸钢管）至设定深度，以防长时间放置导致塌孔。

（3）采取打完一根就注一根，边打眼边下管边注浆的方法。

（4）山体注浆采用水灰比0.5∶1纯水泥浆，为加快凝固，掺加适量水玻璃，各孔依次注浆，不能一次将孔全部注完，山体注浆时洞内应有专人看护，发现洞内有浆液外漏，立即停止注浆，然后就开始注第二个孔，发现有漏浆就停止该孔注浆，以此顺序把全部孔先注一次浆，等到全部孔第一遍注完后，又返回来从第一个孔开始注第二遍，直至全部的孔注浆时都不漏浆，然后逐个把孔注满。

（5）所有孔注浆完成后，对原地面采用黏土进行回填，防止雨水或地表水下渗，增加洞内支护体的荷载。洞顶回填应有不小于2%的纵坡。

2）洞顶增加混凝土盖板

施工过程中，由于阴雨天气增加，洞顶的坍塌量增大，造成洞内塌方段已完成的8—13榀钢拱架右侧严重变形，需进行切除，重新立架，造成施工进度缓慢，安全隐患增大。

经多次分析讨论，决定在临时导流洞顶塌方段，沿洞顶中心线开挖一10 m×10 m×1.5m（长×宽×高）的方坑，绑扎钢筋后，打C30的混凝土盖板。待初凝后，洞内开始出渣。若盖板混凝土整体下降，则无需处理；若盖板混凝土倾斜下降，下降一定角度后，再次开挖，打C30的混凝土盖板，与第一次打的混凝土形成一三棱柱形盖板，可通过旋转，减少向下塌方量。

3）上游截水、排水

临时导流洞上游已完成一道土石围堰，为减少水的渗透，避免上下游水位落差较大，在临时导流洞上游新修筑一道黏土围堰，并做防渗处理，以减少地表水的渗透。同时通过水的自流和增加水泵排水，尽量减少塌方段上下游水头差。

4）洞内塌方段施工

（1）施工程序

洞内支护应从坚固岩体开始，与塌方段搭接不小于2m，支护采用“超前小导管＋钢拱架＋系统锚杆＋喷射混凝土支护”的方法。

（2）施工方法

①打超前小导管并进行预固结灌浆

超前小导管选用Φ42无缝钢管，管壁周围打小孔，长度L=5m，间距为30 cm，外仰角为5°，搭接长度不小于1.5m。洞内塌方段采用超前小导管边钻孔边灌浆的方法，塌方段锚杆规格直径为ф22，长度L=3m，间距1m×1m。超前小导管灌浆用42.5等级普通硅酸盐水泥，为加快水泥凝固时间掺加适量水玻璃，具体掺量按厂家提供的数据确定。

②拱架支撑

拱架支撑采用I22的工字钢制作，相邻两榀钢拱架的中心间距不超过0.5m，由于塌方段堆渣呈缓坡堆积，钢拱架不能一次支护到位，每榀钢拱架分三至四节焊接。施工时首先安设拱顶部位钢拱架，出渣后再安设支撑腿钢拱架。

由于顶部钢拱架没有受力腿支撑，出渣后容易发生变形，决定每榀钢拱架拱顶部位安设完成后，均焊接工字钢对顶拱钢拱架进行横撑与斜撑，待底部腿支撑与喷浆完成后，再对横撑与斜撑物进行切除，施工中尽可能每榀钢拱架全部安装完成后进行下一品钢拱架的安装。对于空洞和虚渣较多部位，加密超前小导管的数量，若无法直接安装小导管，首先打入加密的钻杆，再考虑超前小导管的打入。

③打系统锚杆、挂网喷混凝土

锚杆选用直径ф22钢筋，长度3m，外露20～30 cm，露出部分和拱架焊接。钢筋网片采用Φ6的钢筋，间距20 cm×20 cm，钢筋网片与锚杆、型钢焊接为一体。

混凝土喷护厚度为50～100 mm，喷射混凝土面必须保证平整，喷射时拱顶和边墙不得有空洞，如果有空洞应用同标号混凝土回填或直接用喷射混凝土喷平。

④洞内出渣

喷射混凝土完成以后，用装载机进行出渣，然后再进行下一循环支护，在支护时拱架和超前小导管必须焊接，形成整体。出渣时派专人注意观察，发生危险情况，及时撤离。

5 结语

临时导流洞的施工是水电站工程的关键工作，其一旦发生塌方，将直接影响后序工程的顺利进行，造成巨大的经济损失及严重的安全隐患。因此，作为施工单位，施工中遇到断层破碎带或强风化带等不良地质条件时，不要存在侥幸心理，要及时地先行进行支护，尽量避免塌方事故的产生或塌方事故进一步扩大化。

塌方事故一旦发生时，应及时地分析产生塌方的原因，结合工程地质条件，选择安全合理的施工方法。