xx电站引水隧洞不良地质地段塌方处理

xx电站引水隧洞不良地质地段塌方处理xx水库电站工程系xx三级水库电站二期工程，位于xx县xx中段支流梓溪上，以发电为主，并兼有调洪等综合利用效益。水库设计总库容0.472亿m3，电站设计装机容量1100KW。xx水库电站枢纽由高坝、引水系统和发电厂房等建筑物组成，引水系统由进水塔、引水隧洞、调压井和高压管道组成。引水隧洞全长1649.5m，隧洞开挖断面设计为内径4.2m、底宽3.0m的平底马蹄形，纵坡按一坡到底布置为4.0122﹪,爆破方式采用光面爆破。隧洞桩号引0+12.256～0+80m地质主要为侏罗系长林组（J3c）含砾砂岩夹粉砂质泥岩，洞室岩石软弱、风化强烈，有断层、风化夹层，夹泥地质结构面发育（尤其是缓倾角夹泥层理很发育）、岩脉整体性差，断层F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14交错，岩体破碎。进水口后边坡开挖坡度53～650，基岩为强风化含砾岩夹全强风化粉砂质泥岩，倾向山里，岩体完整性差。工程地质条件很差。本流域地处中亚热带季风气候区，雨量充沛，多年平均降水量1581.1㎜。地下水主要为基岩裂隙水和孔隙水，水位变化受大气降水影响，富水带集中在节理裂隙、断层密集带、断裂破碎带、软弱夹层和强风化岩层中塌方段地下水富集，施工期间有大股水流涌出。隧洞1999年11月开工，2001年5月完工并开始运行至今。1999年11月23日，隧洞施工不久，在桩号引0+17m处上游开始出现塌方，引0+35m段塌方最为严重。至2000年元月15日，塌方总长度达35m，塌方最大宽度7m，最高处离洞顶6m。2塌方原因分析2.1地质原因塌方段地质主要为侏罗系长林组（J3C）含砾砂岩夹粉砂质泥岩，洞室岩石软弱、风化强烈，风化夹层、夹泥地质结构面出现断层F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14集中交错，岩体破碎，完整性差。根据有关规范，结合围岩埋深、风化程度、断层破碎夹泥层的构造组合条件进行围岩分类，根据隧洞开挖过程出露地质显示；塌方段围岩类别为IV类，围岩稳定性为不稳定至很不稳，定岩体结构特征为碎裂结构至散体结构，结构面组合形式为具有危害性的层状结构面组合形式且其块体尺寸小于洞室尺寸，力学参数f=1.5～2.5，k0=600～1500（Mpa/m）。工程地质条件很差。2.2地下水作用塌方段地下水主要为基岩缝隙水和孔隙水，集中在节理缝隙、断层密集带、断裂破碎带、软弱夹层和强风化岩层中，水位变化受大气降水影响，塌方段地下水密集，施工期间有大股水流涌出。使本来地质就很差的围岩显得更不利稳定。2.3大气降水作用本工程进水口开始塌方段上覆岩体厚1～5m，风化强烈，夹泥地质结构面发育，节理缝隙密集；工程施工期间，降雨频繁，致使围岩更不利稳定。3塌方处理方案的选择及实施情况3.1方案选择在围岩不稳定的洞室施工，有多种安全支护方法，最常见的有：喷素混凝土支护、挂钢筋网喷混凝土支护、砌混凝土预制块或方块石支护、混凝土超前桩旋喷支护、木支撑及钢支撑支护等。因该隧洞为有压引水洞，开挖后需进行永久混凝土衬砌，且上部地质差，断层密集，岩体破碎，塌方空间大，无法采用喷素混凝土支护、挂钢筋网喷混凝土及混凝土超前桩旋喷支护；因现场石料开采困难，工期紧，故不能采用砌混凝土预制块或方块石支护；木支撑支护虽然简便易行，然而考虑木料易腐烂，支护需要维持较长时间，故不宜采用。经过综合考虑和经济技术比较分析，选定用钢拱架为支架的多边形钢支撑支护方案。处理情况（1）塌方段钢拱架支护木“井”架支撑法处理在隧洞掘至桩号引0+17m上游开始出现塌方，且一直延伸至桩号引0+35m，塌方高达6m，且不断掉块。根据塌方段的工程地质及施工条件，为安全施工，按照“人必须在保护棚下”的原则进行施工。考虑降低工程造价，在后期混凝土施工时不发生拆除费用，即临时支护结构不拆除，钢拱架支护必须在设计开挖断面以外。为使临时结构有足够的承载能力，经力学分析及经济比较，采用[14槽钢能满足要求。采用钢拱架为支架的多边形钢支撑超前支护，在设计开挖断面外用[14槽钢按间距﹫80㎝进行支护。为简化钢支撑结构生产工艺，把钢支撑做成标准构件，现场直接拼装。其上方用方木、杂木按“井”字形直撑至岩面。防止上部围岩继续坍塌。拱架间用Φ20钢筋焊接，使之连成整体；支护至掌子面时，为避免塌方的继续，重新掘进前采用打超前锚杆（锚杆Φ20钢筋，孔深≥2m，孔向50～700斜向布置）对围岩进行挤压加固，超前锚杆必须与前期支护的槽钢焊接。支护后短进尺（0.8～1m）进行打孔、少药量爆破。边掘进边用钢拱架支护，即掘进一段支护一段，直至桩号引0+47m（洞室稳定段）。在整个施工期间，经常听到该塌方段支护洞室内有新的岩石掉落，该支护纹丝不动。（2）钢支撑的安全拆除按设计要求，在隧洞进口至桩号引0+22m间进行的钢支护必须全部拆除，即桩号引0+12.256～0+22m之间，其永久支护结构（钢筋混凝土）支护前须拆除拱架，然后才能进行永久混凝土的施工。该段钢支架共九个，根据该段隧洞围岩地质条件，不能一次拆除，否则极可能会引起整个洞口坍塌，延误工期，造成不必要的损失。分析其上部地质情况，断层集中，岩体破碎，为确保安全拆除，按照“人必须在保护棚下”的原则，结合支护结构性状，拆除之后必有支木从未拆除拱架之顶拱伸出，构成“保护棚”。拟定从里到外分三次拆除，每次三个拱架。拆除时须在槽钢拱架顶拱1200处切水平缝，目的是槽钢切断后不因其上重负而直接掉落，危及操作工人，增加施工难度；并且易于拉拔操作。切缝过程应在其下用圆木简单牢固支撑。充分结合已施工好的进水塔闸门预埋件的有利条件，利用预埋件作为固定吊点，用5T手动葫芦配Φ12钢丝绳同时拉出第一次拆除的三个顶拱和木支架。拱架卸除后待其上部围岩应力重新分布稳定后，清除掉落石块及木头，再行拆除边拱及其他杂物。确保整个拆除过程安全有序进行。（3）塌方段水泥砂浆补强灌浆处理隧洞不良地质段（塌方段）设计在钢拱架范围内采用钢筋混凝土永久支护，其外部塌方空间同时需要回填密实。根据现场现成设备，采用UBJ—1.8型挤压式灰浆泵（搅拌机型号“JP”）进行施工。为了降低成本，选定灌注水泥砂浆，水泥砂浆比例：水泥：砂=1：1～2，在施工过程中根据吸浆量随时调整砂浆比例，施工过程应保持连续作业，避免不必要的堵管而造成误工。根据进水口段地形及塌方段距洞脸的位置，塌方段最高处顶部距洞脸处为18m。为确保塌方空洞切实回填密实，在洞脸相应位置用潜孔钻钻设孔径为82㎝的水平灌浆孔，同样各孔用挤压式灰浆泵灌注水泥砂浆直至不吸浆为止。为检查塌方段灌浆效果，在不同高程、不同位置打检查孔共6孔，单孔最大透水率q为1.8LU，效果良好。4运行回访情况xx电站工程引水隧洞