甲岩水电站引水隧洞塌方处理施工

７６　云南水力发电　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　

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。　

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。　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，　

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、　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。　

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　

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　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　

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　

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。　

３塌方情况　

２０１２年ｌ０月５日，引０＋２７６ｍ下游侧附近顶　

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，　

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　

０＋３３０ｍ处ｌ至２０１０年ｌ２月底，塌方延伸至引　

０＋３５０ｍ处。　

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