xx工程导流洞塌方处理施工技术总结

xx一级水电站左岸导流洞，断面为城门洞型，衬砌后尺寸为15×19m(宽×高)。洞身长度1214.359m，进、出口底板高程分别为1638.50m和1634.00m。整个导流洞按双弯道布置，由进口引渠段、闸室段、渐变段、洞身段、堵头段、洞身段和出口引渠段组成。洞身开挖分三层进行钻爆开挖，每层开挖过程中根据围岩情况及时进行锚喷支护，其中喷混凝土为10~15cm厚的钢纤维混凝土，然后采用60～120cm厚钢筋混凝土全断面衬砌，其中边拱为C30混凝土，底板为C40聚丙烯纤维混凝土。左岸导流洞围岩岩性为大理岩，节理裂隙较为发育，层间结构复杂，且大多节理结构呈张性，埋深较大部位的地应力较高，易发生岩爆现象，主节理面的走向大致平行于洞轴线，倾向于山体内侧，倾角在50°-70°之间，另有几组节理走向大致与其相同，倾向恰恰相反，倾角在60°-80°之间，在隧洞洞顶形成“人”字形构造，易出现塌落和掉块现象。隧洞洞身有三条大的断层穿过，断层及其影响带为Ⅳ、Ⅴ类围岩长约300m长，其中K0+890至出口段主要是f2断层影响。左岸导流洞K0+430—K0+550洞段，2005年10月26日至2006年3月9日，先后发生10多次大塌方，大致划分为4个阶段。⑴初期阶段：最初始于2005年10月26日，先由K0+450—K0+455右边墙因欠挖处理引发。2005年11月2日，导流洞K0+500—K0+525左顶拱出现塌方。2005年11月4日K0+555—K0+565左顶拱向下游扩展塌方。该阶段塌方规模较小，塌方量在几十到几百方左右。⑵发展阶段：2005年11月7日，弯弧上游段K0+426—K0+462因保护层开挖沿煌斑岩脉和薄层绿片岩发生较大规模塌方。2005年11月13日，塌方进一步朝下游面扩展至K0+460—K0+480。2005年11月23日，弯弧下游段在K0+500—K0+540出现大规模塌方。2005年11月26日，K0+550～K0+565再次塌方。该阶段塌方规模较大，塌方量在几百到几千方左右。⑶高峰阶段：2005年12月15日，K0+430—K0+500发生特大规模塌方。塌方面积约1500m2，塌方量约40000m3左右，将上下游塌方空腔连通。一天发生数次或者隔日、数日发生。⑴围岩结构面发育、性状差，岩层走向与洞轴线夹角小。该洞段属弯弧段，水平和垂直埋深均在300～350m。该洞段发育有三组裂隙，局部见地下水出露。⑵地应力高。据前期勘测资料，最大主应力达34.14～40.4MPa，方向N50°~60°W。主应力σ1与洞轴线夹角较大，基本与洞壁垂直，指向洞内。⑶发育有不利的结构面组合。该洞段发育N35～40E/SE顺坡向裂隙和层面N20°~30°E/NW，构成“人”字型不利组合。洞室开挖后，在地应力作用下，靠河侧洞壁及顶拱极易发生变形位移，以至于导流洞上半洞开挖时，整个弯弧段段拱顶均发生“人”字型掉块或坍塌。⑷随着下半洞、尤其是右边墙和底板保护层开挖，在弯段中心（内弧段）最大应力释放与岩层不利结构面的共同影响下，极易导致右侧边墙及顶拱软弱层被挤出滑塌。上半洞形成暂时稳定的塌落拱，在拱脚失稳滑塌后引发顶拱进一步扩展，形成新的“人”字型坍塌。⑸由于塌方规模大，难以及时处理，在围岩压力作用下，松动圈范围进一步扩大。塌方迅速径向扩展并沿塌方段中心向两端延伸，上游延伸至K0+430m，下游延伸至K0+550，总长120m。其中K0+440～K0+490塌方平均高度超过设计开挖洞顶20m，最大高度为42m。塌方处理的重点：①分层出渣；②分层支护；③混凝土衬砌等。特别是塌方体堆渣的开挖清理决定了塌方段处理的总工期，而渣体开挖又受制于支护的速度，混凝土衬砌施工周期较长，需及早进行，整个塌方处理应形成各工序衔接且交叉施工、空间上流水作业的格局。塌方处理的难点：①出渣与支护的交叉干扰。塌方段渣堆最大高度约40m，按5m台阶分层开挖，共需开挖支护8个循环，因此开挖与支护势必交叉作业。开挖上一层后立即预衬边墙混凝土，然后进行锚筋束和锚索施工，在完成灌注浆后，拆除脚手架平台，进行下一层出渣支护，同时进行上一层的锚索张拉，如此形成工作循环。②锚索、锚筋束、固结灌浆成孔困难。由于塌方体边墙松弛变形大，特别是右边墙夹钻、塌孔等较普遍。对此，需增加回转速度，降低钻压，同时为了成孔，对钻孔进行了固结灌浆，然后扫孔，再灌再扫等多次循环，直接影响了直线工期。③混凝土衬砌的施工安排。在塌方处理后期施工中，出渣、支护、灌浆、清基、钢筋绑扎、立模、混凝土浇筑同时进行，设备密度很大、干扰多，如何做好各项工序的衔接、施工资源的分配和协调，需要精心组织安排。塌方处理的总体步骤为：先对塌方段的上下游进行锁口，再对塌方穴进行加强支护，然后分层开挖，开挖一层支护一层，最后进行钢筋混凝土衬砌。开挖、支护施工均分段进行，形成分部、交叉的流水作业格局，整个塌方处理在上层贯通后，由塌方段上下游向塌方中部形成分别是钢筋混凝土衬砌、Ⅴ层支护、Ⅳ层开挖、Ⅲ层支护、Ⅱ层开挖、Ⅰ层支护的施工场面。为保证塌方处理施工安全，防止塌方范围的扩大，首先要对塌方段的上下游洞身段进行锁口加固。先对紧接塌方段上下游的未塌段进行钢筋混凝土衬砌，然后对局部塌方的变形段进行加强支护，包括工字钢支撑、长锚杆、钢筋网、喷混凝土等方式，直到塌方穴边缘。对塌渣体堆满导流洞的部位采用先对渣体固结灌浆、然后从渣体中开挖的方法，每循环开挖前需进行小导管或锚杆超前支护，开挖出渣后架立工字钢支撑，铺钢筋网片，喷钢纤维混凝土，安装砂浆锚杆锁定钢支撑。对渣体上部有空腔的部位，清除表面浮石，直接立双层工字钢支撑，采用角钢连接成工字钢梁，然后立模分两次回填混凝土至2m厚，然后进行锚杆施工，最终在工字钢混凝土的上方形成的空腔，采用低标号混凝土充填，以限制上部围岩的变形。经现场实测，工字钢混凝土上部的空腔高度最大为12m，经上述处理后可以保证围岩稳定。在经过上述处理后，塌方洞段上部已经形成较为稳定的拱壳，上下游贯通，然后对已处理部位进行固结灌浆，针对施工部位的不同分别打长锚杆、锚筋束、预应力锚杆进行补强支护，局部岩体破碎带进行预应力锚索加强支护，确保支护处理的有效性。在塌方段上部加固施工结束后逐层清渣，每次挖除5m,两侧间隔进行，出渣后对边墙部位先进行边墙2m厚工字钢混凝土支护，工字钢间距60cm，混凝土浇筑完成后，按照1.5×1.5m的间距安装3Ф28m锚筋束，再施工L=30m（750KN）的预应力锚索，以便混凝土和围岩整体受力。由于锚索施工工期较长，使用锚筋束可以在锚索施工期间保证边墙的稳定性。随着出渣和边墙混凝土的施工进度交叉进行，在施工过程中，右边墙塌孔严重，采取了预固结灌浆的方式进行处理。对没有清理干净的虚渣部分，整体进行预固结灌浆，灌浆深度超过虚渣厚度5m。每分段开挖一层，及时支护一层，在塌方段两端施工时应保证进入塌方段中部的施工道路，以便使各项工序顺利进行。由塌方段上下游向中间每支护结束一段，混凝土衬砌一段，在清基结束后，先对该段底板混凝土进行整段施工，然后分仓衬砌边、拱混凝土。在塌方段的上下游各布置1台钢筋台车和2台钢模台车，在钢筋安装结束后，前面钢模台车跳仓浇筑，后面台车逐个补缺浇筑，在上下游分别形成一辆台车等强另一辆台车浇筑的格局。 测量放线一钢支撑定位立钢支撑焊连接筋打锁脚锚杆图1工字钢混凝土施工工艺流程图塌方穴顶拱双层工字钢组合梁施工：工字钢由钢加厂加工，运至现场后分层安装，工字钢间距55cm左右，为Ⅰ20a型，根据空穴形状调整圆弧段半径，局部超挖严重部位增加附拱，以保证工字钢与顶拱塌方穴结合贴切，工字钢间用Ф28mm螺纹钢筋做纵向连接钢筋，连接筋间距75cm，每根梁在安装时分段组装，接头钢板为厚10mm的钢板，螺栓连接，螺栓间距15cm，两层工字钢间距50cm，两层工字钢间用角钢连接。每根梁借助脚手架管进行安装，然后加固，安装模板，浇筑混凝土，使单根梁可以承重。第一次浇筑混凝土厚度同粱高。混凝土浇筑完毕后，适当待凝等强后，再浇筑150cm厚混凝土，使工字钢混凝土能够承重。变形段及边墙工字钢施工：变形段直接沿支护面立工字钢支撑，钢支撑间距80cm，焊纵向连接筋，间距1m，安装L=3m、Φ25锚杆锁脚固定，挂钢筋网片，喷C20素混凝土；在边墙超挖较多部位，沿设计开挖线向外1m立工字钢支撑，安装锁脚锚杆固定，并在工字钢内侧用钢筋连结，使其形成一个整体，然后在工字钢外侧铺上模板，浇筑混凝土。混凝土的浇筑强度不能太高，以防钢支撑或模板变形。为了保证锚索施工时上部稳定问题，在加固混凝土完成后及时进行锚筋束施工，锚筋束间距1.5×1.5m，锚筋束为L＝9m，328mm的钢筋。在出渣后及时锚喷支护，同时根据围岩情况进行锚筋束施工。由于每层出渣高度为3~5m，所以锚筋束可使用液压快速钻机钻孔，在插入钢筋束后按规定灌浆，在凝固前不得碰撞锚头。如果钻孔时遇到岩石挤压破碎带卡钻时，则采用砂浆球固壁的方法，确保钻孔的成孔效果。塌方段锚索主要参数为：L=30m，设计预应力为1000KN和1500KN，L=40m，设计预应力为1500KN，其中上部为1000KN，下部为1500KN，间排距4×4m。根据塌方部位的实际情况，对锚索进行定位编号，在出渣后先进行锚喷支护或工字钢混凝土施工，然后靠边墙搭脚手架，YXZ-70钻机就位造孔，如在打钻过程中遇到围岩破碎地段时，为保证成孔质量及效率，对钻孔进行超前固结灌浆，待凝等强后扫孔继续钻进。同时在锚索编制场编制锚索，下锚采用人工下锚的方式，要保证锚索在孔内顺直不扭曲，不得向外拉。然后按照设计要求进行灌浆和锚墩浇筑。锚索张拉在锚固灌浆抗压强度达到35MPa及锚墩混凝土等的承载强度达到施工图纸规定值后进行。由于各根钢绞线长度不等，采用单根间隔对称分序张拉，确保各根钢绞线平均受载，如此一个张拉循环完毕，继续进行下一循环张拉，直至设计工作荷载。张拉力应逐级增大，其最大值为锚索设计荷载的1.05～1.1倍，稳压10～20min后锁定。锁定后的48h内，若锚索应力下降到设计值以下时应进行补偿张拉。最大张拉力不得超过预应力钢绞线强度标准值的70%。由于塌渣体高达40余米，上下游清渣时按照12%的坡度修筑出渣道路，均不能到达渣堆顶部，因此采用两台反铲接力出渣，两平台高差7m，两台反铲相距15m左右，上台阶反铲甩渣，下台阶反铲装车，在每层施工中根据现场情况上下游采取不同的坡道单侧运输。钢筋由钢加厂加工，运至现场后人工安装，钢筋验收合格后钢模台车就位，混凝土由砼拌和站拌制，砼运输罐车运输至工作面，泵送入仓，插入式振捣棒振捣，混凝土终凝后养护24h拆模，进入下一循环。在塌方段每层的边墙工字钢混凝土施工结束后，对该层进行固结灌浆。采用JT—25型圆盘钻机直接钻孔，间排距3m,梅花形布置,孔深为入围岩15m，孔径为φ50mm，分两段灌，采用活塞式灌浆泵，自动记录仪进行记录。采用一次成孔分段灌浆的方法，第一段先灌孔底7m，然后扫孔灌第二段，第一段灌浆压力为0.5Mpa，第二段灌浆压力为0.8Mpa，整个灌浆按照设计和规范的要求进行。为了给施工和抢险工作组提供可靠信息，为塌方处理提供决策依据，在长120m的塌方段内，等距离了布置6个监测断面，每个监测断面分别布置了多点式锚杆测力计、锚索测力计、多点位移计、钢筋计、收敛计等。及时掌握围岩变形情况，分析围岩稳定性，为补强支护、加固措施提出指导依据。同时，测量人员利用全断面观测仪每班两次对围岩进行变形观测。根据在塌方处理过程中各监测断面的观测结果分析，在导流洞过流前顶拱具备自稳能力，表明初期工字钢腹拱混凝土与锚杆、锚筋束、锚索联合支护的方案是可行的，支护是稳定可靠的。根据多点位移计监测数据和收敛变形时态曲线分析，塌方顶部腹拱混凝土应力受下层开挖影响较小，边墙及顶拱部位的加固支护效应较明显，围岩趋于稳定，塌方不再变形和下沉，达到了预期目的。针对塌方发展状况，xx建设管理局组织设计、监理、承建单位召开了左岸导流洞塌方处理专题会议，会议决定成立抢险项目现场工作组，参建各方的现场负责人为工作组成员，并由承担导流洞监理任务的长江委xx工程监理部总监任组长，全权负责塌方现场的施工技术方案审定及施工现场协调工作，为确保抢险项目文件快速传递和及时处理，长江委监理部在导流洞工程监理处设立专门的收发文件系统。截至2006年9月10日，共计召开塌方专题会议6次，抢险工作组工作会议51次。为了应对塌方，我局成立了“塌方抢险”小组，由施工局主要领导负责，并组织了多支塌方抢险突击队，成员分别由开挖、支护、机械、混凝土、监测、安保、物资供应等专门人员组成，负责塌方抢险处理所需的人员、设备和物资的统一安排，负责现场施工安排、方案调整、资源调动和技术联系工作。鉴于塌方处理工程的复杂性，尤其是抢险过程中的施工安全，给施工人员造成心理压力，容易使施工人员信心不足，我局除积极改善施工条件外，还经常给作业人员交底，共同讨论施工方案