寺坪电站引水隧洞坍塌冒顶综合处理施工技术

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　　摘要:湖北省保康县寺坪水电站引水隧洞洞室围岩为页岩，砂质岩，一般为薄层状结构，易风化，裂隙发育，岩体完整性差，局部较破碎;洞室围岩类别一般为Ⅲ类，部分为Ⅳ、Ⅴ类围岩，局部易发生掉块和塌方等工程地质问题。隧洞出口压力钢管段在洞挖施工中于2005年3月17日和7月30日先后两次发生坍塌冒顶事故。通过对坍塌冒顶区域上部进行回填和固结灌浆后，在洞内坍塌体顶部打管棚超前支护，然后采取“短进尺、强支护”的措施，边清挖、边用钢拱架跟进支护，得以安全顺利穿越隧洞坍塌冒顶段。就引水隧洞坍塌冒顶综合处理施工技术进行探讨。

关键词:引水隧洞;坍塌冒顶;灌浆;物探测试;钢拱架支护;坍塌清挖

1概述

寺坪电站引水隧洞全长413.275m，由上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段和压力钢管段构成。其中K0+290.8～K0+413.275m为压力钢管段，由平弯段和直管段组成，断面为城门洞型，开挖断面尺寸7.1m×7.1m。坍塌冒顶发生在压力钢管K0+342～K0+320m段。

2第1次坍塌冒顶处理

引水隧洞出口压力钢管K0+342～K0+320m段2005年3月17日第1次发生坍塌冒顶时，坍塌区域贯穿整个山脊，在山顶形成一个12m×8m×4m的塌坑，塌坑四周伴有诱导裂隙出现。

坍塌冒顶处理方案分3步进行:①对上部塌陷区物探测试后进行清挖处理，防止塌方进一步扩大;②先在洞顶进行塌方范围回填灌浆，再对冒顶塌方坑封闭及塌陷区周边进行固结灌浆，然后开始上部塌陷区清挖，并对清挖边坡进行支护，确保施工安全;③对洞内塌体进行清挖处理，支护封闭洞内坍塌段侧墙及顶拱。

2.1防止塌方进一步扩大的施工措施

2.1.1坍塌体上部处理

为防止雨水下渗，对坍塌体上部用彩条布遮盖;对于塌体顶部诱导裂隙采用M10砂浆进行封闭，防止雨水进入造成裂缝的继续扩散;在塌体上部坡面距裂缝1.5～2m人工开挖截水沟，防止雨季地表积水汇入塌坑。

2.1.2加强洞内塌方部位下游15m支护

引水隧洞压力钢管段K0+342～K0+370m段已按设计要求安装钢格栅和固定锚杆，钢格栅采用钢筋骨架型式，间距1.0m，部分钢格栅立柱采用Ⅰ20型钢，并在钢格栅和围岩之间挂网格为20cm×20cm的φ6.5钢筋网，两侧墙回填C20混凝土，回填厚度小于20cm处和起拱线以上采用C20细石混凝土喷护。

2.1.3坍塌区域物探测试

为便于分析引水隧洞塌方松散体的范围，采用高密度电法测试，通过冒顶区、延伸区、完整区岩体电性差异，来了解松散体纵向和水平方向的延伸范围。由于高密度电法测试只能检测30m深度以内松散体的延伸范围，在上部坍塌体回填灌浆结束后，又采用跨孔声波法检测30m以下松散体的延伸范围。

2.2上部塌陷的处理

上部塌陷区处理按以下步骤进行:

2.2.1顶部减载清理

根据物探测试的松散体范围，首先对顶部进行减载清理到弱风化层，初步确定清理高度5m，清理范围距松动区外1～1.5m。为保证施工安全，清理先从塌陷区左右两侧进行抽槽开挖，再对上下游边坡自上而下分梯段进行开挖，梯段高度2～2.5m;左右两侧及下游开挖边坡坡比为1∶1.5，为尽量减少施工难度和对上游自然边坡的扰动，上游开挖边坡坡比为1∶0.75～1∶1。

2.2.2封闭灌浆

沿冒顶塌坑布设一圈固结灌浆孔，分两序固结，共布设28个固结灌浆孔，灌浆孔底距洞顶1～2m。

2.2.3松动区外5m范围内固结灌浆

上部塌陷区清挖减载后，沿开挖线外侧设置截水沟，确保外来水不侵入塌陷区，同时沿塌陷区范围浇10cm厚C25压浆板混凝土，然后对松动区沿裂隙松动圈5m范围进行固结灌浆，灌浆深度按清挖高度确定。固结灌浆孔排距3m，呈梅花型布置，孔深距洞顶1m，孔数根据第1次物探测试成果决定。

2.2.4清挖边坡支护

为保证清挖边坡的稳定性，先将坡面喷护10cm厚C20细石混凝土，再配置双向φ22@20cm×20cm钢筋、浇筑40cm厚C20W6F100混凝土对清挖边坡进行保护。上部塌陷区开挖边坡的预固结灌浆、排水、支护施工逐层进行，并根据物探检测和开挖揭示的地质情况调整清理高度和清理范围。

2.2.5坍塌顶面处理

塌陷区顶部减载清挖、支护完成和洞内坍塌体处理结束后，在清挖平台至坍塌顶面区域浇筑2m厚的钢筋混凝土将塌坑上方进行全封闭。

2.3洞内坍塌体处理

2.3.1坍塌体清挖处理

完成上部塌陷区清挖处理、支护和固结灌浆后，分上下两层开挖进行洞内坍塌体的处理，按先护顶后开挖的原则进行施工，顶部清理范围高于设计开挖轮廓线2.0m。开挖清理前，视坍塌体稳定情况，可对塌体预注浆加固。为确保施工安全，坍塌体采用液压式凿岩机分层开挖，每次循环进尺0.75m，拱顶和侧墙跟进支护，严禁爆破处理。

2.3.2洞内钢筋混凝土顶拱封闭

洞内坍塌区每循环初期支护完成后，及时对拱顶采用钢筋混凝土封闭。在坍塌区安装钢拱架，钢拱架间距0.75m，单榀钢拱架用Ⅰ20型钢制作。施工时先安装钢拱架两侧立柱，浇筑侧墙混凝土然后安装钢拱架顶拱和φ28@20cm×20cm钢筋，立模浇筑顶拱混凝土。洞内左右侧墙锚杆根据变形监测结果可在支护混凝土浇筑后施工。

2.3.3灌浆处理措施

灌浆处理原则。上部塌陷区按初步确定的5m清理高度处理后，在洞顶进行塌方范围回填灌浆处理，再进行塌坑周边封闭固结灌浆和裂缝松动圈固结灌浆。

灌浆处理程序。引水隧洞塌方灌浆处理程序为:冒顶塌方范围清挖减载→截、排水沟及压浆板混凝土浇筑→冒顶塌方范围物探测试→洞内清理→洞内塌方段回填灌浆→塌陷区周边固结灌浆→冒顶塌方范围固结灌浆→待龄10d→引水隧洞塌方段扩挖衬砌加固。

灌浆布置。①洞内回填灌浆。上部塌陷区清挖至稳定边坡后，在洞顶进行回填灌浆。由于洞顶塌方体岩石松散，拟采用跟管钻机进行造孔，深入塌方岩体内3m，孔间距3m，孔位布置见图1。②松动体固结灌浆。洞内回填灌浆完成后，进行冒顶塌方岩体固结灌浆:封闭顶部塌坑，布设一圈固结灌浆孔，分两序固结，孔距2m，共布设28个固结灌浆孔，灌浆孔底洞顶100cm，孔深约40～42m;沿裂缝松动圈5m范围内进行固结灌浆，孔排距3m，梅花形布设。

灌浆方法。固结灌浆均采取分段固结，第1段深度为1.5m，埋设1m的孔口管，以下每5m为一段，最大段长不超过7m;由于现场地质条件复杂，塌方区岩体松散，裂隙发育，因此灌浆钻孔结束后不进行冲洗，直接进行回填、固结灌浆。

 

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