某水电站泄洪隧洞塌方原因分析及处理措施

冀 飞

汉中市水利水电勘测设计院 陕西 汉中 723000

水工隧洞的断面较小,采用全断面掘进的方法进行开挖,如果围岩条件松软,则会可能出现自身稳定性差的问题,在施工中成型困难,采取边挖边衬砌支护的方法,也不可避免地会发生隧洞塌方。因此,经过实践证明,针对围岩稳定性差的问题,对塌方易发生地段进行破碎堆积石渣的压力分析,展开超前管棚、固结灌浆、拱架支护等技术手段,可以进行很好的预防。

1 工程概况

某水电站泄洪隧洞位于河道左岸,电站由引水系统、厂区等构成,洞进口高程691.0m,全长631.0m,洞进口高程710.8m,洞泾在4.5以内,全长599.5m,其中洞身断面为φ＝4.0m的圆洞,0.6——0.8m厚C25——C30钢筋砼衬砌。出口采用消力池消能方式。洞竖井闸室段设3.5×3.5m平板检修闸门一道,采用QPG800KN－50m卷扬机启闭,出口闸室段设3.2×3.2m弧形工作闸门一道,采用QHSY－1000k N/400k N－5.5m液压机启闭。设计洪水位748.24m,下泄流量Q＝698.81m3/s,校核水位750.19m,下泄流量 Q＝702.08m3/s。消能设计洪水标准P＝3.33%(三十年一遇),最大下泄流量698.55m3/s,水库水位为748.04m。在施工中,曾经出现过塌方堵塞隧洞的情况,后经过地质情况的检测,发现,该地段多为砂质板岩互层,局部有裂隙和渗水的现象。

2 塌方原因分析

塌方风险事故按照塌方具体形态可以分为三类,分别是局部类别塌方、拱形塌方以及增强型拱形塌方[1]。其中局部性塌方主要集中在岩体较大的岩层中,很少出现在岩体两侧,而一般拱形塌方集中在工程施工跨度范围内,主要发生在岩壁破坏严重,结构混乱的岩石体系中[2]。

由于地质条件的问题,导致围岩突变,地下渗水较大,地下水存在于塌方地段,深入浸泡岩石,逐步软化,粘结起来,洞内积水不断增多,岩石进一步软化,造成了隧洞的堵塞之后,冲击了沟内的覆盖层,由没有基础支护,地表水增大,导致了塌方。

再就是设计阶段,由于国内工程施工现场对于围岩地质条件的突变没有及时地反映出来,针对围岩的类别发生突变后新的支护设计方案,没有及时地进行支护加强的设计。

施工阶段,由于爆破技术的应用,地震发生的时候,容易对周边的设施造成危害,人工钻孔爆破开挖特别影响地质的稳定性,开挖爆破技术,使得突变的地质结构更加不稳定。再加上药量的控制不当,因此,稳定性被大大地破坏[3]。

开挖后的围岩应力被重新分布,存在不良情况的围岩,及时采取支护加固的方式,但是超前支护的措施在开挖方法上不正确,二次衬砌施工的时间不足,无法承受应力重新分布之后带来的直接作用。

管理方面,由于技术人员疏忽、监理工作不足,导致了工程管理关系不断复杂化,转包、分包的过程中,工程管理不善,监督缺失,使得塌发生的概率加大。

3 处理措施

3.1 首先考虑塌方冒顶段的渣体诱发塌方的可能性,采用对岩体工程进行地质特性概括的方式,通过岩体稳定性的评价,经过工程处理和设计,给出合理的评价,包括对岩石的类别的评价,围岩突变的分类,塌方后破碎石渣的松散体的判断等等,还要考虑松散体清除过程中围岩的塌方出现概率。对于岩爆的情况,采用处理预案,提前释放应力,短进尺或者光面爆破,掌子面喷水、柔性支护等,掌握岩爆的规律,调整预防措施。

3.2 对于塌方的基本荷载进行稳定渗流等情况的分析,得到围岩压力和地下水的压力,由于塌方段的堆积的破碎石渣没有形成整体,无法按照完整的岩石进行压力的计算,因此,无法形成具有稳定拱顶的隧洞,按照围岩压力的计算,根据施工的支护措施进行修正,对外水压力进行公示的计算。

3.3 通过注浆技术将破碎带的岩石的物理性能进行改善,提高岩石的整体性和均质性,提高岩石的弹性模量和抗压强度,减少岩石的变形和不均匀沉降,在岩层中进行隧洞开挖的时候,避免岩石坍塌或者集中渗漏,开挖前进行一定范围的斜孔或者水平孔的超前固结灌浆。最终确定的塌方护理方案为超前管棚、灌浆法结合,构成钢支撑强支护的施工方案。在钢拱架的安装上,首先安装拱顶,采用锁脚锚杆的方式,在确认安全的前提下,进行单侧的拱架的掏槽,将拱架接长,达到拱脚,完成基岩的链接之后,在人工掏槽和拱架安装的过程中,防止出现掌子面的塌方,安排专人进行施工监护,发现异常立即撤离施工人员。

3.4 对于不好控制的软岩来说,因为沉降无法效控制,而双侧壁属于各自开挖,各自闭合,现在大量用的都是单侧壁法,安全性来说属于较好的,侧导坑法广泛应用在大断面以及承载力低的地方[4]。在大跨度、松散软土中,所以采用这个是尽可能的保证施工的安全,单侧壁很有优势。但是会影响效率和整个施工的进程,所以综合来说属于较慢但是安全的方法。

结语

工程地下水的存在和地质的突变是塌方产生的直接原因,施工过程中,爆破扰动使得围岩的确定性变差,如果不加以加入和强支护u,会加速塌方的发生,设计人员必须常驻工地,提高管理人员的素质和责任心,避免由于弱支护、多药量、长进尺等给隧洞开挖带来的风险,避免岩爆的发生,有效采取提前注浆、超前管棚的方式进行塌方的避免。