乐昌峡导流隧洞洞口塌方处理技术

钟一桢

(广东省水利电力勘测设计研究院, 广东 广州 510170)



乐昌峡导流隧洞洞口塌方处理技术

钟一桢

(广东省水利电力勘测设计研究院, 广东 广州 510170)

乐昌峡导流隧洞工程隧洞出口段在扩挖施工过程中,初期衬砌未能及时形成系统支护,使得在后续扩挖施工中由爆破震动引起了隧洞出口边坡开裂、洞内围岩位移、塌方等险情。在处理险情中提出了堆渣平压、削坡卸荷、后期加固等解决思路以及采用了预应力锚索施工技术。在处理措施实施后,有效的控制了裂缝发展,保证了后续的施工安全。

边坡开裂；开挖卸荷 ；预应力锚索

1 工程概况

乐昌峡水利枢纽工程是以防洪、发电为主,兼顾航运、灌溉等效益的综合利用枢纽工程,其中防洪库容为2.11亿m3,总库容为3.33亿m3,电站装机为120 MW。工程等别为II等大(2)型,主要建筑物的级别为2级,导流建筑物等别为4级。工程导流采用1次拦断的隧洞导流的方式。

乐昌峡导流隧洞布置在右岸,洞身全长为572 m。隧洞为城门洞型,进口桩号为0+000,底板高程为94.0 m,最大开挖断面积约315 m2。隧洞标准开挖断面尺寸为13 m×15 m,隧洞出口底板高程为92 m。纵坡为3.62‰。出口消力池采用一级消力池方案长33.5 m,深5.5 m。沿线地层为寒武系八村群下亚群∈bca-3,∈bca-3岩组岩性为深灰色、灰绿色变质石英砂岩,局部夹绢云母板岩,呈厚层状,主要分布在桩号0+500～0+570 m隧洞出口段。出口洞段(桩号：0+550～0+572 m)地质条件较差,均为Ⅴ类围岩,出口围岩产状为N25°～35°W/NE∠50°～55°。

隧洞进洞后采用先开挖上半洞,待全线贯通后再开挖下半洞的开挖方式。隧洞出口段进行开挖下半洞时,洞脸右侧山体出现变形,边坡喷射混凝土出现裂缝和隆起。0+550～0+572 m隧洞出口段右侧边墙出现裂缝,洞顶喷射混凝土出现裂缝和掉块,现场情况比较紧迫,裂缝不断发展,裂缝相对位置见图1。

图1 导流隧洞出口边坡加固和裂缝相对位置示意(单位：高程m，尺寸mm)

2 施工技术

经分析造成洞口变形的主要原因：在进行下半洞开挖时,隧洞右侧临时支护未能及时跟上,上半洞钢拱架未能及时生根,系统锚杆未能及时安装；洞内开挖爆破震动引起变形产生；隧洞出口上方129 m高程处有进村交通公路,洞顶公路距离较近,偶有重车经过,产生的震动也有一定影响。为保证现场施工工人的安全和隧洞后续施工的正常进行,确保按期通水。经参建各方专家讨论采用以下处理方法。

2.1 处理顺序

险情处理思路是先由整体稳定再到具体加固措施的控制原则进行处理。主要处理顺序：堆渣平衡岩压→洞顶削坡卸荷→应力锚索加固→变形观测→开挖下半洞。

2.2 平衡洞内围压力

利用洞渣将出现裂缝位移的出口洞段(桩号：0+550～0+572 m)回填至距起拱2 m处,平衡围岩压力。堆渣回填变形隧洞段能迅速形成一个稳定的整体,控制了侧墙位移和裂缝发展的发展空间。

2.3 削坡卸荷

利用挖掘机开挖对导流洞出口右侧洞脸顶部边坡上部公路路面高程129 m往下至122 m进行削坡卸荷处理。坡顶沿线路堑做好天沟、水沟等排水措施,以防水流充刷边坡及地表水流入路堑影响施工。协调乡村车辆在处理期间绕道,将公路往内移动,见图1。

2.4 预应力锚索加固

导流隧洞出口右侧边坡108 m高程上设置20根5-(7φ5)@3.0×3.0 m的入岩石20 m预应力锚索。挖除出口洞段回填渣料,在桩号：0+550～0+572 m洞段右侧边墙设置24根7-(7φ5)@2.6 m(水平)×3.0 m(垂直)的预应力锚索。预应力锚索作为本次险情处理的主要施工措施,见图1。

为保证预应力锚索的施工质量,须严格按照预应力锚索施工工序施工,每个工序验收合格后方可进入下道工序。预应力锚索施工工序：施工准备→钻孔→清孔→安装锚索→注浆→等强→张拉→封锚。

本工程锚索材料选用高强度、低松弛预应力钢绞线,1根锚索由5束7φ5的钢绞线组成,单根钢绞线标准强度不小于1 460 MPa。锚索编排时要确保每根钢绞线都顺直排放不缠绕,锚固段架线环与紧箍环每隔1 m间隔交替设置。锚固段绑孔完成后,在自由段每根钢绞线上涂抹防锈漆和黄油,将4根钢绞线绑孔成索,再外套壁厚不小于2 mm的热缩型塑料管,与锚固段相接处用热缩带绑孔,最后进行加热，使热缩管、热缩带紧固于锚索上。自由段每隔1 m设置一处定中件,以保证钢绞线顺直、居中,保证锚索周边有一定的保护层厚度。注浆管采用柔软能承受2.0 MPa以上压力的PVC管,锚索制作时将其与索绑扎在一起,注浆管距孔口距离在50～100 mm为宜。锚索水平运输中各支点间距不得大于2 m,锚索弯转半径不宜太小,以不改变锚索结构为限,垂直运输时,除主吊点外,其他吊点应能使锚索快速、安全脱钩；运输、吊装过程中,应细心操作,以免损伤锚索及其防护涂层。安放锚索入孔时,在锚索头部加开孔导向头,安放到位后在孔中设置注浆塞,预埋注浆排气孔。

锚索在隧洞出口裂缝左右10 m范围横竖布置,间距为3 m×3 m。采用脚手架搭设施工平台,潜孔钻钻孔。每一层平台均须设置安全防护。

锚索的安装在钻孔和清孔工序结束后立即进行。安装过程若受阻,应重新进行扫孔再安装。

考虑到导流隧洞后续安全施工和影响整个枢纽工程截流时间。节省钢筋混凝土锚墩等强时间,采用2条工字钢横梁与2 cm厚钢板组合做垫板作临时锚墩。待张拉固定完后,再用混凝土直接将其包裹。

锚索内锚固段注浆在锚索孔质量缺陷处理完,锚索推送就位后,进行内锚固段注浆,即1次注浆。内锚固段水泥砂浆强度等级C35。水泥采用普通硅酸盐水泥,水泥砂浆应具有膨胀性,其配合比由室内试验确定。

当内锚固段砂浆达到设计强度后,进行锚索张拉。张拉千顶的轴线必须与锚索轴线一致,锚环、夹片和锚索张拉段不得有泥砂、锈蚀层或其它污物。

索张拉时,加载速率平缓,速率宜控制在设计预应力什的0.1 min左右。卸荷载速率宜控制在设计预应力的0.2 min。

锚索整体张拉共分三级进行,第一级张拉力为500 kN。第二级张拉力为800 kN,第三级张拉力为1 000 kN,当达到各级张拉力时,均应持荷5 min。各级张拉均需严格按照操作规程执行,当第三级张拉力稳定后,再进行一次补偿张拉,然后加以锁定。

本次锚索张拉过程中,不考虑对相邻锚索孔预应力的影响；张拉段的封堵孔灌浆,待相邻锚索张拉完,确定是否需要进行补偿张拉之后进行灌注同等强度的水泥浆。

补偿张拉后,从锚具量起,留出长5～10 cm钢绞线,其余部分截去,须用机械切割,严禁电弧烧割。用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,采用不低于20 MPa的混凝土对地梁和锚头进行封锚,防止锈蚀和兼顾美观。

2.5 机械开挖

预应力锚索施工完成，进行右侧边墙底部开挖,开挖时应尽量采用机械设备开挖 。其他部位开挖应采用控制爆破,避免爆破再次对边坡造成不利影响。

3 结语

乐昌峡导流隧洞洞口，通过堆渣平压、削坡卸荷等措施，采用预应力锚索施工技术后进行了持续的洞外变形观测和洞内收敛观测,并未发生新的变形。在之后施工过程中和运行中均未发生滑坡、塌方和位移等情况。并且在乐昌峡建设过程中,导流隧洞经历了8次超1 000 m3/s洪峰流量的考验,隧洞出口结构安全稳定。多次验证了本次处理是成功的。

[1] 杨春光.桥巩水电站船闸闸室段左边坡预应力锚索设计与施工[J].广东水利水电,2011(10)：44-45，63.

(本文责任编辑 王瑞兰)

Lechangxia Diversion Tunnel Entrance Landslide Treatment Technology

Zhong Yizhen

(Guangdon Hydropower Planning and Design Institute , Guangzhou 510170,China)

Lechang gorge export structure of diversion tunnel project of tunnel in the process of expansion construction, failed to form a system supporting early lining, Cause in the subsequent expansion construction, the blasting vibration the tunnel export crack hole slope surrounding rock displacement such as landslide danger.In dealing with dangerous situations and puts forward slag pressing, cutting slope unloading and strengthening stage such as solution and adopted prestressed anchor cable the construction technology. After the treatment measures, effectively control the crack development, to ensure the subsequent construction safety.

slope cracking ; excavation unloading; prestressed anchor cable

2016-03-24;

2016-04-27

钟一桢(1982),男,本科,工程师,从事水利工程管理工作。

TV551.1+2

B

1008-0112(2016)03-0008-02