引水隧洞塌方的处理措施

引水隧洞塌方的处理措施

韦宇铭

身份证号码：45088119870721XXXX

摘要：近年来由于环境恶化和资源紧缺问题的不断加快，我国也加快了对水电站的建设速度，水电站的建设数据量在不断增多且建设规模也在不断扩大，使得水力发电在目前电网中地位不断提高。在水电站的建设中，引水隧洞工程属于其中地下工程中的一种，其在施工中容易受到地质、气候以及所用设施等多种外部因素的影响而干扰其施工安全以及水电站的正常运行，所以需要加强对引水隧洞施工技术的控制。

关键词：引水隧洞；塌方；处理措施

1引水隧洞塌方的主要原因

归纳来说导致引水隧洞出现塌方的原因主要有以下几点:第一,地质勘察资料和具体工程情况存在出入,对于可能会出现的塌方,并未及时采取有效的防范措施,在作业环节遇到破碎带、软弱带基层,常常无法有效进行应对而引起塌方。第二,隧道处于不良地质地段,并未衬砌足够的厚度,实际承载要求难以得到满足,对于可能出现的山岩压力无法有效承受,从而导致塌方的情况出现。第三,设计不到位。部分设计人员为了追求成本的节约,往往会选择线路较短的洞线,并且通常会于垭口最底处选择洞轴线,没能系统考虑地质遗迹作业中的不利因素,导致了塌方事故的出现;部分设计人员在设计隧洞时,在不良地质地段设置隧洞轴线,并未绕开堆积、流砂、饱和粘土等不良地层以及陷穴、溶洞等不良地质,从而增加塌方的发生几率。

2引水隧洞塌方的处理措施

某重点供水工程在176+382~193+498桩号范围内为马蹄形无压隧洞,毛洞开挖洞径7.3m×6.7m(宽×高)。本次冒顶塌方位置位于1#支洞~2#支洞洞段之间,该桩号位置洞段洞室为Ⅴ类围岩,埋深约为48m,在勘查报告中的不良地质段桩号范围内。

上述隧洞不良地质段在施工开挖过程中发生塌方现象,塌方范围自桩号D180+878至D180+885.2,塌方方量约为157m3。

洞内塌方发生后不久,隧洞桩号D180+885处洞顶以上34~48m地表面发现塌陷。经现场量测,地表坍塌范围为8.7m×9.9m(南北长×东西长),塌陷深度约为13.8m,坍塌坑近似圆形,坑洞周围约1.0m范围内地表出现裂缝,裂缝宽度1cm~8cm不等。

2.1掌握结构特征

开挖隧洞后必定会导致原有岩体内的应力平衡受到破坏,导致应力重分布,使得围岩出现变形,严重的还会导致崩塌的情况出现。所以,往往都要求安装永久性衬砌以及临时支护来对围岩压力进行承担。不过由于围岩自身存在承载力,能够和衬砌一同对内水压力等荷载进行承受,所以必须要确保围岩厚度充足,且对其实施相应的衬砌作业,防止出现内水外渗的情况,导致周边构筑物以及岩坡稳定性受到影响。不仅如此,因为过大的外水压力同样会降低埋藏式钢管的稳定性,所以需要完善相关勘探作业尽可能让隧洞绕开不良的水文地质区域。

2.2加强洞内初期支护

洞内塌方发生后,根据现场塌方情况,利用塌方渣体作为平台对塌腔部位喷射混凝土封闭,以防止其继续扩大,并采取钢拱架进行二次加固措施,钢拱架间距0.8m,连接筋采用F25螺纹钢,间距30cm布设于拱架全周,钢拱架内侧中间采用网格为10cm×10cm的双层F8mm钢筋网焊接。在拱顶塌腔中心部位及两侧间隔部位分别安装长度为3m的φ80mm无缝钢管和φ42mm无缝钢管,作为塌腔回填时的注浆管和排水管,当喷射混凝土强度达到设计强度80%以上后,利用预留注浆管分层回填C30混凝土至2.5m厚,剩余空腔预留注浆管于洞段开挖完成后固结灌浆密实。

2.3采取科学的施工方法

由开挖、衬砌至灌浆隧洞过程中,涉及到较多工序,且外界影响因素较多,作业条件恶劣,工期较长。加上导流随同可能同时还具有导流任务,实际具体作业进度通常会对整体工程工期产生较大影响。所以,必须要采取科学有效的施工方法来提高隧洞施工进度与质量。具体可由如下几方面着手进行:第一,在确定泄水隧洞线路过程中,需要工作人员能够开展全面的地质勘测工作,并制定多种方案,通过对各类各项技术以及因素进行综合考虑后选出最优设计方案。通常情况下,洞线的选择需要遵循如下原则与要求:(1)需在确保水利枢纽总布置要求得以满足的前提下,尽可能选择隧洞线路在岩石坚硬、岩体稳定、水文地质优良、地质构造简单、岩层覆盖面大以及作业便利的区域,需要尽可能避免在高地下水位、高地应力、地质构造负责以及存在较大渗水量的区域,将作用在衬砌上的外水压力以及围岩压力降低。(2)如若位于高地应力区域,应当要让洞线和最大水平地应力方向存在小夹角,将隧洞的侧向围堰压力降低。(3)应当要尽可能选择隧洞的进出口在岩体完整、坚硬且厚度充足的区域,防止选择存在有断层或严重顺坡卸荷裂隙等地带。如果实在无法避免要选择该类地带,就需要采取明挖的方式直到合格地段来作为进出口位置洞线,且应当要尽可能保持其洞线距离的短且直。(4)对于高流速无压洞,因为弯道会引发剧烈的冲击波与水面倾斜,所以不可设置有曲线段。而高流速有压洞,由于其存在不均匀的流速分布,所以需要采取试验的方式来确定其转角与转弯半径。(5)应尽可能保证泄水隧洞进口水流的畅通,防止泄流能力受到影响。

2.4塌方处理措施

主要流程为：预埋PVC导水管两处→施工平台搭设→掌子面封闭→超前小导管安装→超前小导管注浆（待强）→上半部开挖→上半部钢支撑安装→喷混凝土封闭→下一循环→塌腔回填。鉴于地下水局部呈线流状，采用单液浆凝结时间长，不能控制，随地下水漏浆跑浆比较严重，结石率低。故而考虑采用水泥水玻璃双液浆，控制在较短时间内达到固结阻水效果。而地下水压力随着固结阻水必然压力上升，故而采用沙袋+喷射混凝土（150mm厚）作为止浆墙。双液浆的主要参数如下：①水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；②水泥浆水灰比为0.8∶1；③水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.8；④水玻璃模数为3，浓度为40°Be.凝胶时间约为10min。注浆量的计算、超前支护的参数及开挖支护工艺同A塌方。

2.5不良地质段的隧洞施工

在进行水电站建设中的引水隧洞施工时，遇到不良地质段是比较常见的现象，这就需要从以下几个方面对这些不良地址段进行隧洞施工：一是对断层和接触带等不良地质段，在隧洞施工中靠近此地质段时，需要此阿勇水平超前钻孔来对地质预报进行加强，并且结合其他的预报方法来对前方的地质情况进行探明，如果经过探测和预报发现前方存在较大的地下水问题时，就要采用钻孔的方式进行防水来避免隧洞施工中出现涌水的问题。二是为了降低隧洞施工中对围岩的扰动需要采用无爆或者弱爆开挖的方式来减少循环进尺。三是在隧洞施工过程中及时进行支护作业。四是对施工组织管理以及施工监测进行加强，及时反馈监测到的信息和问题。

结论

总之，该引水系统工程发生的最大塌方，塌方范围大、高度高，塌方的发生严重影响后续浇筑工作的开展，也成为如期实现目标的关键节点。该塌方段处理施工方案经过多次优化实施，有效保障了施工过程中的施工安全、提高了施工效率，缩短了工期，为电站如期实现目标创造了有利条件，对隧洞工程类似塌方处理具有一定借鉴意义。

参考文献

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