云南水力发电 ７６ ＹＵＮＮＡＮ ＷＡＴＥＲ ＰＯＷＥＲ 第３１卷 第２期 甲岩水电站引水隧洞塌方处理施工 阙进彬 （中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明６５００４１） 麓曩：甲岩水电站薄层状砂岩地层情况下的引水隧洞塌方段较长，塌方段围岩破碎，在采取前期洞身加固、塌方体下游侧浇筑临时 堵头限制塌方延伸、＠４８小管棚进度较慢而调整成巾１０８大管棚等措施后，有效解决了塌方处理问题。在隧洞大塌方处理方面，可供 工程实践参考。 关ｔ诩：甲岩水电站引水隧洞塌方处理大管棚 中田分类号：ＴＶ５５４“ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—３９５１（２０１５）０２—００７６—０４ ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－３９５１．２０１５．０２．０２７ １工程概况 甲岩水电站位于云南省禄劝县则黑乡，是 普渡河下游河段调整后规划七级开发方案中的最 厚范围内开挖支护。 Ｃ２标段引水隧洞开挖支护于２００８年１２月１５ 日开始施工，至２００９年ｌ２月２４日贯通，贯通后 引水隧洞兼作交通洞。 甲岩水电站首部枢纽工程标段（Ｃ３标段） 引水隧洞一部分位于溢洪道边坡下部，进场公路 后一级。水库为Ⅱ等大（２）型工程，总库容为 １．８５ Ｘ １０。ｍ。，装机容量２４０ＭＷ。拦河坝为混凝 土面板堆石坝，最大坝高１４４ｍ。引水系统布置于 左岸，线路总长度约５．４ｋｍ，引水隧洞洞径８ｍ， 为圆形有压隧洞，额定水头１５０ｍ，设计引用流量 １７７．６ｍ。／ｓ。 位于溢洪道边坡外侧。Ｃ３标段施工人员、设备于 ２０１０年１２月６ Ｅｌ进场，但在溢洪道边坡基本开挖 完成（可将进场公路改至溢洪道一期边坡下部） 之前，均需利用引水隧洞及１号、２号施工支洞作 引０＋９１３前为马蹄形断面，进口底板高程为 ９５０ｍ，衬砌后底板宽度４ｍ，最大直径８．５ｍ。 引０＋９１８前布置两条施工支洞，１号、２号施工 支洞轴线分别与引水隧洞轴线交于引０＋０５４和引 ０＋９１３处。 为交通洞，故Ｃ３标段引水隧洞引０＋９１８ｍ段前 底板开挖于２０１２年３月上旬方开始施工，至２０１２ 年６月１５日开挖支护完成，随后于２０１２年８月 ５日开始混凝土衬砌，但２０１２年ｌ０月８日，引水 隧洞引０＋２７６下游侧开始塌方。 引水隧洞主要置于弱风化一微一新鲜风化的澄 江组（Ｚａｃ）的砂岩，岩层产状为ＮＯ。～２０。Ｗ， ３塌方情况 ２０１２年ｌ０月５日，引０＋２７６ｍ下游侧附近顶 ＮＥ １０。～３０。，与引水隧洞方向呈小角度相交。 隧道沿轴线无Ⅱ级及以上断层。仅发育一些Ⅲ级、 拱支护结构开始出现变形，前期已完成的网喷混 凝土出现鼓包、开裂现象，钢支撑出现弯曲变形； ｌＯ月８日，引０＋２７６～引０＋２８４ｍ段出现塌方， Ⅳ级层间断层，挤压面，岩体中层节理面发育， 基岩岩体结构主要为镶嵌状结构。隧洞局部处于 地下水位线之下，岩体以弱透水性为主。 原开挖支护成型的洞身段全部填满，无法检查顶 拱以上空腔范围；１０月９日，塌方体向下游延伸 至引０＋２９７ｍ处；ｌ０月１０日，向下游延伸至引 ２塌方前工程实施情况 根据甲岩水电站分标情况，引水隧洞共分４ 个标段，引０＋９１８前分Ｃ２、Ｃ３两个标段，其中 Ｃ２标为隧洞底板２．３ｍ以上部分洞身范围内开挖 ０＋３３０ｍ处ｌ至２０１０年ｌ２月底，塌方延伸至引 ０＋３５０ｍ处。 及支护，为引水隧洞一期开挖支护工程；Ｃ３标段 为首部枢纽工程标段，Ｃ３标含引水隧洞底板２．３ｍ ４塌方原因 在引水隧洞出现塌方后，多次召开了专题会 ・ 收稿日期：２０１４－０８—０４ 作者俺介：阙进￣（１９７７一），男，福建上杭人，高级工程师，主要从事地下工程施工技术工作。 阙进彬 甲岩水电站引水隧洞塌方处理施工 和专家咨询会，对塌方原因的分析，一致意见主 要如下。 ４．１地质因素 岩体结构面发育是塌方的最主要原因。塌方 段地层岩性为长石石英砂岩夹薄层状泥岩。特别 是缓倾角层面发育，发育间距０．５ｃｍ～ｌｏｒｅ，并 夹有单层厚２ｃｍ～５ｃｍ薄层状泥岩。塌方段被断 层、层面和多组节理分割而形成碎块状镶嵌结构， 结构面张开。塌方部位处于Ⅳ～Ｖ围岩中。诸多不 利因素均使得洞室顶部围岩形成大量不稳定块体， 岩体又均为强～弱风化，使引０＋２７６～０＋３５０ｍ 段洞身顶部围岩极端不稳定。 ４．２施工因素 引水隧洞上部在２００９年底已开挖完成，但由 于受后续工程分标招投标和作为交通通道的影响， 至２０１２年６月底方完成底板二期开挖支护，且底 板二期开挖对前期已完成的支护结构有一定扰动 影响，至２０１２年１０月上旬引水隧洞尚不能完成 衬砌，在近３年的时间内，原设计的“工字钢＋ 锚喷”的刚性支护结构随着围岩变形而不断变形， 支护结构的支护力和约束力大大改变，最终支护 结构承载超过极限而形成塌方。 ４．３其它因素 虽然引水隧洞部位地下水位线较低，但２０１２ 年汛期降雨相对于前两年较多，部分地表雨水沿 上部边坡裂隙向下渗透，对洞身上部围岩稳定也 造成较大不利影响。 ５塌方处理方案 ５．１前期巡视、检查 由于引水隧洞引０＋２７６～０＋３５０ｍ段前后经 历多次塌方，为确保塌方处理施工安全，避免贸 然地、强制地进行塌方处理时又出现塌方而造成 安全事故，在塌方处理施工前，进行必要的巡视、 检查，在塌方体自稳超过１５ｄ，且附近洞身支护结 构无明显变形，可确定塌方已基本停止、塌方段 附近洞身趋于稳定后，再进行塌方处理施工。 ５．２塌方处理方案 对于甲岩电站引水隧洞引０＋２７６～引０＋ ３５０ｍ段塌方的处理，主要施工方案如下： １）为避免塌方段下游侧洞段再次出现大规模 塌方，下游侧前期支护结构下部重新加固。 ２）由于塌方段离１号施工支洞较近，利用 ２＃施工支洞作为通道则路线相对较长，且上游 侧围岩较好，为尽量保证塌方处理施工期安全， 塌方处理采用上游侧单工作面作业，同时为进一 步防止引０＋３５０ｍ处塌方继续向下游延伸，在引 ０＋３５５ｍ至塌方体间浇筑临时堵头１个。 ３）在塌方段开始处理前，先对塌方体前５ｍ 洞段进行加强支护，以确保开始塌方处理后掌子 面附近施工安全。 ４）塌方处理采用“管棚法”施工，原计划采 用 ４８小管棚，但由于注浆量大、进度较慢，在 完成４．５ｍ洞长的塌方处理后，调整为 １０８大管 棚方案施工。大管棚施工完成后，塌方体分上、 下半洞２层进行开挖支护。 ５）塌方处理ｌ段完成衬砌１段。 ５．２．１前期支护结构加固 由于塌方段下游侧围岩较上游侧差，在塌方 段自稳期间，开始对塌方段下游侧相对安全洞段 的前期支护结构进行加固处理，具体为： １）对于上部前期已安装钢支撑，两侧按 ８０ｃｍ间距布置５根Ｌ＝３ｍ、外露２０ｃｍ的 ２５砂 浆锚杆进行加固，在锚杆注浆后将锚杆外露端头 于外侧工字钢焊接牢固。 ２）由于洞身二期底板开挖时，洞身支护结构 未设置到引水隧洞底板面上，在对工字钢基础下 部岩体局部撬挖后将前期已施工完成的Ｉ １ ８工字钢 下部全部接至底板稳固基础上；下部新接工字钢 采用间距ｌｍ（其它同上部）砂浆锚杆锁脚。 ５．２．２塌方段前５ｍ范围内洞身加固 在塌方体基本自稳后开始塌方体前５ｍ范围内 洞身加固，加固方法为： １）引０＋２７１～０＋２７６ｍ段前期支护结构加固 方式也采用两侧增设锚杆和钢支撑接至底板的方 式。 ２）在引０＋２７１～０＋２７６ｍ段前期支护结 构加固完成后，对该段洞身围岩进行固结灌 浆，按“７－６－７”形式共布置３排（间排距为 ３ｍ Ｘ ２．５ｍ）固结灌浆孔，对该段围岩进行固结灌 浆。固结灌浆孔径 ５０，孔深３ｍ，压力０．８ＭＰａ。 ５．２．３塌方段下游侧临时堵头施工 为尽量限制塌方向下游发展趋势，在塌方段 下游侧约引０＋３５５ｍ处立堵头模，采用泵送混凝 土形成洞内塌方体下游面至引０＋３５５ｍ处的素混 凝土临时堵头。 考虑堵头后期需进行拆除，且为便于快速形 云南水力发电 ２０１５年第２期 成，浇筑前不进行清底。在引０＋３５５ｍ处立单侧 模板，模板主要采用Ｐ３０１５组合钢模和木模板。 堵头模１次从底板安装完成至洞顶，模板外侧采 用 ４８钢管架加固。 堵头混凝土浇筑采用混凝土搅拌车运输、混 凝土拖泵泵送入仓，堵头混凝土１次浇筑完成。 为降低堵头仓内进行混凝土施工安全风险较大， 仓内不采用人工平仓、振捣，泵送Ｃ２０混凝土塌 落度采用２０ｃｍ，采用混凝土自流的方式直至堵头 浇筑完成。由于浇筑堵头１次性浇筑，不分层， 浇筑速度适当放慢，控制在１２ｍ ／ｈ～１８ｍ ／ｈ。 堵头混凝土浇筑结束后，模板、脚手架暂不 拆除，待进行塌方段处理至堵头附近时再提前进 行拆除。 堵头混凝土在进行塌方处理时结合塌方体开 挖进行松动爆破拆除。 ５．２．４ “小管棚法”进行塌方处理 １）主要施工方案。在塌方洞段延伸至引 ０＋３３０ｍ时，确定了塌方处理采用“管棚法”和 “核心土法”进行施工，施工示意如图１所示， 具体为：①管棚钢管采用 ４８ｍｍ（外径）、 ６＝３．５ｍｍ的热轧无缝钢管加工，每根长３ｍ，管 壁按梅花型布钻小孔，孔眼直径５～６ｍｍ，间距 为ｌ０～２０ｃｍ。②管棚孔口需布置在开挖线范围 以内，每排管棚段的第一榀工字钢中部开孔以辅 助管棚钢管定位，管棚孔距４５ｃｍ，孔深３ｍ，排 距同钢支撑间距１．２ｍ左右。采用手风钻造孔（外 插角１０。～１５。），至设计深度后，用高压风管 吹洗后安插钢管。因塌方体结构较松散，在钢管 安装完成前常出现塌孔现象，若人工无法安插钢 管，则采用手风钻辅助推进，若无法推进，则拔 出钢管重新扫孔后重新安插，或将外露部分割断 后在下游侧适当位置处重新补打。③钢管安装后， 开始注浆，水泥采用Ｐ・０４２．５普通硅酸盐水泥， 注浆采用纯水泥浆，水灰比０．８：ｌ。注浆从两侧拱 脚向拱顶逐孔灌注，注浆压力初始为０．３ＭＰａ，终 压１．０Ｍｐａ。耗浆量大时待凝８ｈ～１０ｈ后再次注 浆。至终压后或接近终压时，若耗浆量变化不大， 则终止注浆。④单排管棚施工完成５ｄ后，开始塌 方体开挖施工，采用“核心土”法分层、分块进 行开挖支护，单次进尺０．６～０．８ｍ。对于塌方段 开挖，原则上采用人工或反铲按对塌方体进行直 接清理。若因注浆造成塌方体局部固结时，采用 风镐进行清撬，范围较大时，采用钻孔松动爆破。 周边轮廓采用风镐清撬至设计断面。 图１“小冒棚”法施＿Ｔ－ 惫图（单位：ｍ） ２）主要存在的问题。在进行引水隧洞引 ０＋２７６～１０＋３５０ｍ段塌方处理初期，采用了“小 管棚法”＋“核心土法”，但根据实际实施情况， 施工进度较慢，主要原因如下：① ４８小管棚施 工需先用手风钻造孔，再安插导管（ ４８钢管） 注浆形成管棚，由于是在塌方体内造孔，手风钻 造孔后塌孔频繁，需频繁扫孔或重新开孔，加之 手风钻造孔效率并不高，致使导管安装进度较慢， 单排（３４根）导管安装完成就需要２ｄ～３ｄ。② 由于导管安装后是在塌方松散体内注浆，耗浆量 较大，直接灌注完成则耗浆量极大，频繁进行待凝， 则单排管棚注浆时间较长。尤其是第１排管棚６ｄ 共注浆达４４０ｔ仍未全部结束。③为尽量确保塌方 段处理工作面施工安全，管棚注浆完成后尚需水 泥浆待强３ｄ～５ｄ后方进行塌方体开挖处理，虽 然可再适当缩短待强时间，但人员、设备功效也 较低，闲置时间较多。④采用“核心土法”虽然 能较大程度上保证工作面施工安全，但需在狭小 工作面内频繁进行开挖、支护施工，且周边由于 管棚注浆后，胶结岩体难以直接清理，需进行撬挖、 松动爆破，全断面处理完成平均每天进尺０．６ｍ左 右，进度较慢。 从２０１３年３月１日开始按“小管棚”的方案 进行塌方处理，至２０１３年３月２５日共处理４．５ｍ （至引０＋２８０．５ｍ处），按此进度计算，不计塌 方段混凝土衬砌施工，仅引０＋２８０．５～１０＋３５０ｍ 段剩余６９．５ｍ的塌方处理就可能要到２０１４年３月 阙进彬 甲岩水电站引水隧洞塌方处理施工 份方能处理完成，而引０＋９１８ｍ前混凝土衬砌需 在２０１３年１０月底前完成，按照前期４．５ｍ已处理 的塌方段的施工进展情况，施工进度显然是无法 满足工期要求的。 ５．２．５ “大管棚”进行塌方处理 由于采用“小管棚”进行塌方处理时施工进 度较慢，管棚注浆耗浆量大也使施工成本增加， 故在处理４．５ｍ后改用“大管棚”的方案进行塌方 处理，施工示意如图１所示。具体方案为： １）引０＋２８０．５ｍ以后的塌方处理为采用 １０８、上倾４。，以管中心距３０ｃｍ计，顶拱共布 置３７根（顶拱１２０。范围内），第１排管棚按 ２４ｍ长施工后，管棚末端超挖较大，随后的３排 管棚长度调整为１５ｍ。 图２ “大管棚”法施－Ｉ－示薏图（单位：ｍ） ２） １０８导管每根由Ｌ＝Ｉ．５ｍ／根、壁厚４．５ｒａｍ 的无缝钢管组成，接头处用钢管自身的内外丝口 连接；采用ＹＸＺ－５０Ａ钻机锚索钻机造孔， １０８ 钢管跟管钻进直接成孔。 ３） １０８导管钻进成孔后，在 １０８导管内放 置一束钢筋，钢筋束采用３ ２２，用≯６．５＠２０ｃｍ 钢筋做箍筋，随后用注浆泵在孔口对 １０８导管内 灌注Ｍ２５水泥砂浆进行充填，注浆时导管内设 ２０ＰＶＣ排气管，钢筋束和排气管长度同导管长度， 注浆以排气管返浆为结束标准。 ４）由于 １０８管棚长度较长，管棚末端局部 扩散部位视情况补打 ４８小导管。 ５） １０８管棚管棚施工完成３ｄ后，进行塌方 处理开挖支护施工。开挖支护按洞身断面轴线分 上、下两层半洞开挖支护。开挖可利用人工配合 反铲直接清理，支护结构采用常规的钢支撑＋锚 喷混凝土型式。 与“小管棚”相比， “大管棚”具有直接成 孔可大大缩短成孔时间、注浆量较少、管棚形成 较快、一定程度上避免了开挖大量胶结塌方体、 在管棚施工期间可进行上游侧混凝土衬砌等诸多 优点，大大提高了施工进度，且施工质量、安全 也得到保障。 ５．３洞身混凝土衬砌 由于引水隧洞工期较紧张，塌方段上游侧塌 方处理与混凝土衬砌同期施工，上游侧混凝土衬 砌采用轨道穿行式钢模台车，利用钢模台车门架 下形成的通道作为塌方处理通道。其中在塌方处 理前先完成塌方段上游侧底板混凝土衬砌，随后 安装钢模台车，再从上游自下预测逐块进行边顶 拱混凝土衬砌。 为尽量确保塌方处理工作面安全，在塌方处 理完成１段（１２ｍ）则立即衬砌１段，衬砌时先浇 筑该段底板混凝土，随后进行衬砌段钢筋、止水 等安装施工，底板混凝土龄期５ｄ～７ｄ后铺设轨道， 钢模台车行走至衬砌段就位后开始该段边顶拱混 凝土衬砌施工，拆模后钢模台车退行至上游侧， 如此循环，直至完成塌方段上游侧塌方处理及混 凝土衬砌。 引０＋３５５段下游侧利用简易台车从引０＋４１３ｍ 开始逐块进行混凝土衬砌。 至２０１３年９月２０日，引０＋２７６～０＋３５５ｍ 段塌方处理开挖支护完成，随后至２０１３年ｌ０月底， Ｃ３标段洞身混凝土衬砌全部完成。 ６结语 甲岩电站引水隧洞引０＋２７６～０＋３５０ｍ段塌 方范围较大，通过采取多种处理方案，塌方处理 顺利完成，积极推动了各节点目标的实现。 参考文献： ［１】葛浩然．隧洞设计与施工中存在的误区［Ｊ］．岩土力学，２００３（ｓ２）． ［２】王永兴．水工隧洞施工与质量控制【Ｍ】．郑州：黄河水利出版社 ２００６． 【３】孙霞．引水隧洞塌方处理探素【Ｊ】．科技创新与应用，２０１２（５）．