古城水电站千枚岩大塌方段施工处理技术

汪 龙

(四川华能涪江水电有限责任公司，四川 成都 622550)



古城水电站千枚岩大塌方段施工处理技术

汪 龙

(四川华能涪江水电有限责任公司，四川 成都 622550)

结合古城水电站的工程概况，分析了该水电站发生变形塌方事故的原因，主要阐述了塌方影响段及塌方段的处理方案，指出大管棚技术应用于软弱地质隧道工程中具有一定的优越性。

水电站，塌方，大管棚，千枚岩

1 工程概况

古城水电站位于四川省平武县境内的涪江上游干流上，是涪江上游干流水电梯级开发的第二级，为低闸引水式电站。引水系统由进水口、有压引水隧洞、调压室及压力管道等组成。有压引水隧洞布置于左岸山体中，全长6 998 m，平均纵坡i=3.25‰，引水隧洞断面为圆形，内径9.5 m，全断面开挖断面为90 m2～103 m2，全线采用钢筋混凝土衬砌和固结灌浆的支护方式，Ⅲ2类和Ⅳ类围岩洞段衬砌厚40 cm，Ⅴ类围岩洞段衬砌厚80 cm。最大引用流量247.04 m3/s。

2 变形塌方情况

古城水电站引水隧洞工程分为上下两层台阶开挖，先进行上台阶(中心线下1 m)开挖，上断面开挖面积为55 m2，在贯通面开挖进行扩挖下层。

2012年7月下旬，古城水电站引水隧洞上断面已全部贯通，已进入下断面开挖，衬砌跟进阶段，为防止上断面钢支撑出现变形，施工方案为下断面开挖不得超过衬砌进度150 m，并且为上断面钢支撑预留2 m保护层。

7月22日晚上20:10桩号K2+765～K2+773段14榀靠山侧拱架出现底脚脱离岩石面，随后桩号K2+773～K2+785段12榀靠 山侧拱架及岩石逐渐自下而上开始垮塌至顶拱120°位置，边墙垮塌2 m～3 m，顶拱垮塌1 m，同时岩石空腔中出现较大渗水。

晚上22:30自桩号K2+785向K2+734段持续发生大面积垮塌，将该段断面通道完全堵塞，岩石中出现大面积渗水，塌方段长度约51 m(K2+734～K2+785,Ⅳ类围岩)，左边墙向隧洞中心塌入2 m～4 m，顶拱塌腔最高在20 m以上，形成一个反漏斗，K2+722～K2+734已完成衬砌钢筋制安段钢筋被砸变形严重，坍塌松方超过12 000 m3。

3 塌方原因分析

该段地质情况较差，岩石处于富水区渗水严重段，且近期持续降雨，下断面已施工未衬砌段拱架横向无法受力，千枚岩长期受渗水影响，已经形成泥化状，导致岩石膨胀使拱架自底脚向上鼓出岩石面，造成岩石不稳定，出现了垮塌现象。

4 塌方影响段的处理方案

隧洞K2+785～K2+872只进行了上断面的开挖，在塌方后该段出现钢支撑底脚变形，锚喷脱落等情况，我们将该段称为塌方影响段。

塌方稳定后，开始对塌方影响段K2+785～K2+872采用加设“安全锚杆”方式进行加固处理，安全锚杆分别采用长度6 m，直径28 mm和长度9 m，直径32 mm的螺纹钢。

同时对该段钢支撑的底脚增设两根长度6 m，直径28 mm的锚杆进行底脚加固处理，防止钢支撑底脚变形造成隧洞顶拱受力失稳。然后对该段钢支撑的底脚用螺纹钢相连接，对底脚用混凝土进行浇筑包裹，形成以隧洞为中心左右两条钢筋混凝土梁，有效的保障了该影响段钢支撑的受力稳定。

5 K2+734～K2+785塌方段的处理方案

从上下游塌方的情况看我们将整个塌方分为三段来进行处理，K2+734～K2+746和K2+768.5～K2+785顶拱大面积坍塌，主要为松渣堆积体。K2+746～K2+768.5为主塌方段，顶拱坍塌较高。清理原则是先将上断面的塌方清理完成，钢支撑跟进，待塌方段全部清理贯通后再反清下断面。

K2+768.5～K2+785塌方段处理：对于塌方段顶部出现塌空的部位采用先清除部分石碴后，直接在碴体进行封端，埋设泵管，浇筑混凝土的方式对塌方空腔进行回填，待混凝土强度达到后再进行二次开挖、支护。

混凝土采用拌合站集中搅拌，C35混凝土回填塌方段两侧边墙及顶拱空腔，前期混凝土顶拱空腔回填浇筑厚度3 m，两侧边墙空腔回填密实。待该段塌方段空腔混凝土终凝后，进行二次开挖施工，采取“短进尺，弱爆破”，每循环进尺控制在0.5 m～1 m范围内，确保已浇筑段混凝土稳定。以K2+785桩号起，进行锚网喷及Ⅰ18型钢钢支撑联合加强支护，每循环支立两榀。K2+785桩号位置采用双榀型钢合并焊接而成，其余型钢钢支撑榀间间距0.3 m。环向连接筋φ28 mm@0.3 m，L=1 m，焊接牢固；锁脚锚杆φ28 mm，L=4.5 m，每榀8根；系统锚杆φ28 mm@1 m，L=6 m；全断面挂φ8@15 cm×15 cm钢筋网；喷射C20混凝土，厚度以覆盖工字钢为准。

K2+746～K2+768.5塌方段处理：塌方段堆积碴体已经将整个断面封闭，为防止继续出碴造成塌方空腔扩大及影响已支护处理塌方段，确保施工安全，根据此状况，利用小管棚提供工作净空面，采用全钢套管跟进长管棚法施工的方式进行塌方处理长管棚施工完成后再进行二次开挖、支护。

利用小管棚主要是提供净空面，创造大管棚施工条件，为开挖管棚施工平台及导向平台施工做准备。

采用YXZ50型锚固钻机扩孔及单偏心DP108低风压型潜孔锤跟管钻具作为钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ50型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。

根据该塌方段围岩情况，采用D108×6热无缝钢花管作管棚，即直径108 mm，壁厚6 mm。每环孔从顶拱开始布设，除顶拱布设1个，两侧分别按30 cm间距布设。布置范围为顶拱120°，共计40孔，每孔管棚长度为21 m，钢套管分节长度为1.5 m，两节套管间采用内车丝扣方式连接。钢套管跟进长度为14节1.5 m，并视具体情况进行加长。

跟进现场实际情况，管棚长度L=21 m(14根×1.5 m/根)，两节管棚间采用内车丝扣方式连接，在保证孔口段1.5 m为实管的条件下，其他段为花管，出浆孔直径为15 mm，梅花形布置，间距15 cm×15 cm。

灌浆前首先素喷15 cm混凝土将塌方渣体封闭，防止漏浆。灌浆分两次进行，即第一次是编号为单孔的孔位进行注浆，第二次是编号为双号的孔位进行注浆。灌浆由隧洞左侧部分(顺水流方向)开始分序施工，Ⅰ序孔灌浆压力控制在0.3 MPa～0.5 MPa，Ⅱ序孔灌浆压力控制在0.8 MPa以内，水灰比采用1∶1和0.5∶0两级。如灌浆过程中出现无法升压情况，采取间歇式方式进行灌浆，原则上无法升压情况单次灌浆水泥不超过1 t，间歇待凝、洗管。

灌浆凝固后进行短进尺开挖，每0.5 m支立一榀钢支撑，钢支撑底脚安设托梁，并将钢支撑与管棚相连，形成末端固定的悬架钢管，在开挖过程中证明灌浆填充钢管及渣体空间，相临的管孔能够渗透连接，形成天幕式的管棚结构，在清理塌渣时大管棚可以挡住顶拱的渣体，降低了处理的安全风险，同时加快了处理速度，避免出现欠挖的情况。

K2+734～K2+746塌方段处理：

通过主塌方后，因上断面基本封闭，K2+734～K2+746段主要是处理边墙变形和清理砸坏的衬砌钢筋，该段已经全断面开挖完成，上断面的钢支撑变形主要是底脚松动向洞轴线挤压，在不占衬砌断面的情况下，从隧洞底部向上断面浇筑一个混凝土墙至钢支撑底脚，同时对砸坏的衬砌钢筋进行更换。

6 效果与体会

从坍体开挖的整个过程看,大管棚处理在塌方应该说还比较成功的。开挖过程可看出,压浆后松散体除局部塑性较大、较密实的粘土未胶结外,绝大部分松散体都已固结。开挖施工亦比较顺利,未曾发生任何事故；2015年古城电站在运行发电近两年后，对隧洞进行放空检查，该塌方段未见任何异常。

由此可见,在一些软弱地质隧道在塌方应用大管棚处理，无论在安全,还是进度、经济上都有传统法不可相比的优越性。

[1] 钟桂彤.铁路隧道[M].北京:中国铁道出版社，1990.

Construction processing technologies of phyllite collapse section of Gucheng hydropower station

Wang Long

(SichuanHuanengFujiangHydropowerCo.,Ltd,Chengdu622550,China)

Combining with Gucheng hydropower station engineering conditions, the paper analyzes the hydropower station deformation and collapse accident occurring causes, mainly describes the collapse influencing section and collapse section processing schemes, and finally points out that: there is certain priority in applying large pipe-shed technology in soft geological tunnel engineering.

hydropower station, collapse, large pipe-shed, phyllite

1009-6825(2016)18-0161-02

2016-04-20

汪 龙(1982- )，男，工程师

U458

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