江苏鑫亿达建设工程有限公司
全国免费咨询热线：400-088-6505
电 话：0515-88632555 88632777
传 真：0515-88632777
联系人：张先生 15851070333
网 址：www.jshh222.com
新疆柳树沟水电站工程导流洞的洞顶塌腔处理 |
| 日期：2016-3-7 13:31:43 来源：转载 浏览数： |
1· 工程概况
柳树沟水电站位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县境内，距下游已建的大山口水电站河道约10km，距上游已建的察汗乌苏水电站厂房10 km。工程以发电为主。正常蓄水位1 494． 50 m，相应库容为7 050 万m3，工程装机容量为180 MW(2× 90 MW)，多年平均年发电量69 285 万kWh。主要建筑物的设防烈度为8 度。 柳树沟水电站［1］由最大坝高101 m 的混凝土面板堆石坝、左岸导流兼泄洪洞、左岸溢洪洞、左岸引水发电系统和左岸地面厂房等主要建筑物组成。挡水建筑物的设计洪水标准采用100 年一遇，相应流量为1 700 m3 /s;校核洪水标准采用2 000 年一遇，相应流量为2 230 m3 /s。 导流洞位于左岸，兼顾永久泄洪功能，二者完全结合，采用一次建成并过流，下闸蓄水后仅改建尾部的工作闸门室及出口鼻坎段。导流兼泄洪洞由引渠段、进水塔、压力隧洞、工作闸门室段、无压隧洞、泄槽及挑流鼻坎段等部分组成，全长约655 m，隧洞长约609 m。有压隧洞的开挖断面为马蹄形，衬砌后内径为8． 5 m，Ⅱ、Ⅲ围岩段的混凝土衬砌厚0． 8 m，Ⅳ类围岩段的混凝土厚1． 0 m。 工程于2009 年10 月开工建设，2011 年5 月下旬实现截流，2012 年12 月下闸蓄水，2013 年4 月初实现首台机组并网发电，2013 年7 月上旬最后一台机组投产发电。 2· 塌腔段的地质条件 柳树沟水电站导流兼泄洪洞［2］的进水塔至泄0+ 048 m 桩号隧洞段，长约110 m，岩体主要为弱风化英安质凝灰岩夹凝灰质砾岩，厚层状～ 块状，岩层走向NE75° ～ 85°，倾向岸里，倾角47° ～ 52°，层面不发育。该洞段构造发育，大的构造主要为F17、F7、F15 及F19 四条断层通过，其中断层F17 破碎带的宽度约为80 ～ 120 cm，断层中充填断层泥、角砾岩、碎裂岩等，胶结差，两侧影响带宽度约8m，断层面较平直，其走向与洞线大角度相交;F7、F15 及F19 三条断层的破碎带宽度约为0． 2 ～ 0． 5 m。受构造影响，洞身裂隙密集发育，该洞段围岩以Ⅳ类为主，局部为Ⅲ类。 3 ·施工方法及洞顶塌腔的形成过程 (1) 导流洞的施工方案 导流洞的施工支洞位于桩号泄0 + 172． 0 m，施工支洞开挖完成后，在导流洞中形成上、下游2 个掌子面。在向上游开挖至泄0 + 048 m 附近时，因地质条件较差而暂停向上游的洞挖，安排浇筑洞衬混凝土;同时自导流洞的进口向下游进行洞挖施工。 (2) 导流洞的洞顶塌腔形成过程 自施工支洞向上游的隧洞开挖时，在泄0 + 048m 附近因遭遇F17 断层而出现了顶拱塌方，塌腔高度约5 m，长度约3 m。为赶工期，承包商未对此塌腔进行加固处理，在预留约30 m 的安全距离后，安排浇筑已完成洞挖的隧洞段混凝土衬砌。同时，加快从导流洞进口向下游的洞挖施工。 在泄0 + 048 m 附近的前期顶拱塌方约5 个月后，隧洞开挖到泄0 + 040 m ～ 泄0 + 048 m 段。因前期的塌方段未得到有效加固处理，且F17 断层和影响带再次受到开挖和爆破扰动，在导流洞上半洞贯通后，顶拱很快就发生了较大范围的掉石和塌方，数天内形成的塌方高度即达5 ～ 8 m，上、下游向的塌腔长度约8 m，最大塌方高度达13 ～ 15 m，而且掉块和塌方并未停止。 4· 塌腔处理方案 由于隧洞内仍在不断掉块石，塌腔顶的断层F17 及其影响带的岩体尚不稳定，如不尽快采取有效措施进行加固，塌腔可能向上、下游侧延伸，造成更大范围的塌方甚至冒顶，将直接影响到工程的截流、蓄水发电等目标的实现。  因塌方持续不断，人员、设备均不能进入塌腔内，无法采取常规的锚杆、钢支撑等工程处理方法。 考虑工程结构的可靠性，施工安全性、工期及施工过程的可操作性等因素，参考类似工程的隧洞塌方处理经验，采用了安全棚挡护［3］、浇筑洞衬混凝土、后期向洞顶塌腔内回填混凝土或固结灌浆［4］的综合处理方案。  5 ·实施及处理过程 为实现工程截流和蓄水发电的目标，施工单位克服了危险和困难，积极筹划，完成了塌腔段的洞衬混凝土浇筑。 (1) 加强塌腔上、下游侧的隧洞支护 对于临近塌腔的已支钢支撑的隧洞段，采取逐一检查、加固钢支撑、加强支撑间的横向连接等方法，防止塌方规模进一步扩大造成的破坏。 (2) 钢台车进占挡护 由型钢制作的钢台车高度约6 m，长约8 m，顶部为平台，型钢框架整体性能好，其刚度能满足安全要求。将预制的钢台车由隧洞进口推送至塌腔底，随后施工人员和设备在钢台车的挡护下，将钢台车抬升、固定，以保证洞衬混凝土的顶拱厚度大于2m。另外，在钢台车的平台上预埋了4 根钢管，以备后期固结灌浆或灌注混凝土。 塌腔的顶部掉石大部分落到钢台车的平台上，少部分溜到隧洞内，相应地进行清碴、运至洞外。 (3) 混凝土洞衬设计与施工 塌方段隧洞的顶拱空腔大，周围岩石无法给混凝土衬砌结构提供抗力，致使近80 m 水头的内水压力完全由衬砌混凝土结构来承担。经结构计算，塌腔部位的衬砌混凝土厚度由100 cm 调整到120 cm，其中顶拱结构厚度至少2 m，受力钢筋由22@ 20cm 调整为36@15 cm;分布钢筋由16@40 cm 调整为22@30 cm;内、外层钢筋网之间的连接钢筋，也由12@ 80 cm 调整为16@ 50 cm。两侧边墙的系统锚杆，采取加密加深，由22，L = 4． 5 m，间排距2 m，调整为25，L = 6 m，间排距150 cm。隧洞的灌浆、止水等设计原则基本不变。 钢台车固定好后，清理隧洞开挖面的松散、松动岩块，待钢筋和模板等布设完毕后，采用泵送方式浇筑C35HF 二级配洞衬混凝土。塌方段的处理长度约8 m，先浇筑上半洞的混凝土衬砌，当强度满足要求后，再进行导流洞下半洞的开挖和混凝土浇筑。 (4) 塌腔内固结灌浆 现场布置钻孔4 个，间距约3 m，另在塌腔中间位置设1 孔排气孔;采用自坝顶上坝路向下的钻孔方式。根据塌腔的钻孔取芯情况:孔内岩石破碎松散，钻进困难，判断塌腔高度已经达25 ～ 27 m，若按岩体自然方与松散方比例约1． 5 计，则塌腔内松散岩块已堆积满，塌腔不明显［5］。 由于该段泄洪洞临近水库，隧洞侧面及顶面岩体仅厚15 ～ 25 m，洞衬外壁承受全水头作用;塌腔围岩以Ⅳ类为主，受水浸泡后强度降低，必然会继续坍塌，松散堆积体最终将作用在混凝土衬砌上，以自重荷载加载在衬砌顶部，将影响到衬砌结构的安全，故应在下闸蓄水前对塌腔进行回填处理。但鉴于塌腔基本已被松散岩块填满，塌腔若回填混凝土则施工难度大，因此，实际施工中采用固结兼回填灌浆的方式来处理塌腔。 灌浆压力及分段施工方案:松散堆积体的分段长2 m，最下部2 段采用无压灌浆，其余段的压力为0． 3 MPa。较完整的岩体分段长5 m，最下部2 段的压力为0． 5 MPa，其余压力采用0． 8 MPa。最下2 段在灌浆时采用间歇灌浆，每次间歇5 d，以使已灌段达到一定的强度。松散堆积体开始灌浆时，水∶ 水泥的比例为0． 5∶ 1，其后的注浆浆液的水∶ 水泥∶砂的比例分别为0． 8 ∶ 1 ∶ 0． 6、0． 8 ∶ 1 ∶ 0． 8 和0． 8∶ 1∶ 1。较完整岩体中，固结灌浆的水灰比依次为1∶ 1和0． 5∶ 1。 塌腔的灌浆质量检查，以压水试验为主，并进行灌浆后原孔位取芯观察结石和声波波速测试检查。经钻孔取芯检查，塌腔内碎块石之间空隙被水泥浆充满，碎块石胶结密实，强度较高，灌浆作用明显，塌腔基本充填密实。 6· 监测资料 沿泄洪洞轴线设监测点，定期对塌腔段的边、顶拱进行监测。在泄0 + 048． 00 m 处共布置4 支钢筋计，其中在顶拱的内、外侧各布置1 支。从混凝土浇筑后开始监测［6］至今，钢筋计应力最大变幅+ 100(拉) ～ － 60 MPa(压);在水库下闸蓄水发电后，钢筋计的实测应力呈减小趋势，目前均处于受压状态，最大压应力－ 58 MPa，表明该段衬砌结构受力正常，处于安全状态。 7· 结语 在导流洞洞顶出现大塌方、不间断掉块后，通过放置钢台车挡护，以保护人员和设备安全，然后在钢台车的保护下浇筑洞衬混凝土，为工程截流和总体目标的按期实现打下了良好基础。 后期采用从地表开孔，向塌腔内的石碴固结灌浆的处理方案，胶结松散石碴，有效阻止了坍塌范围的进一步扩大;并将混凝土衬砌结构与隧洞围岩连成一体，加强地下洞室的结构设计。总体而言，综合处理方案较成功，安全有效、工期短、造价少、质量有保证;可为今后类似问题的处理提供借鉴。 目前，柳树沟水电站工程的导流兼泄洪洞已投入运行近2 a，监测资料验证了导流兼泄洪洞的运行情况良好，塌腔处理达到了预期效果。 |
| 相关阅读 |
苏公网安备 32090302000119号