寺坪电站引水隧洞坍塌冒顶综合处理施工技术
摘要: 湖北省保康县寺坪水电站引水隧洞洞室围岩为页岩，砂质岩，一般为薄层状结构，易风化，裂隙发育，岩体完整性差，局部较破碎;洞室围岩类别一般为Ⅲ类，部分为Ⅳ、Ⅴ类围岩
&摘要: 湖北省保康县寺坪水电站引水隧洞洞室围岩为页岩，砂质岩，一般为薄层状结构，易风化，裂隙发育，岩体完整性差，局部较破碎;洞室围岩类别一般为Ⅲ类，部分为Ⅳ、Ⅴ类围岩，局部易发生掉块和塌方等工程地质问题。隧洞出口压力钢管段在洞挖施工中于日和7月30日先后两次发生坍塌冒顶事故。通过对坍塌冒顶区域上部进行回填和固结灌浆后，在洞内坍塌体顶部打管棚超前支护，然后采取&短进尺、强支护&的措施，边清挖、边用钢拱架跟进支护，得以安全顺利穿越隧洞坍塌冒顶段。就引水隧洞坍塌冒顶综合处理施工技术进行探讨。
关 键 词: 引水隧洞;坍塌冒顶;灌浆;物探测试;钢拱架支护;坍塌清挖
中图分类号: TV223.3+ 4 文献标识码: A
寺坪电站引水隧洞全长413.275m，由上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段和压力钢管段构成。其中K0+290.8～K0+413.275m为压力钢管段，由平弯段和直管段组成，断面为城门洞型，开挖断面尺寸7.1m&7.1m。坍塌冒顶发生在压力钢管K0+342～K0+320m段。
2 第1次坍塌冒顶处理
引水隧洞出口压力钢管K0+342～K0+320m段日第1次发生坍塌冒顶时，坍塌区域贯穿整个山脊，在山顶形成一个12m&8m&4m（长&宽&深）的塌坑，塌坑四周伴有诱导裂隙出现。
坍塌冒顶处理方案分3步进行:①对上部塌陷区物探测试后进行清挖处理，防止塌方进一步扩大;②先在洞顶进行塌方范围回填灌浆，再对冒顶塌方坑封闭及塌陷区周边进行固结灌浆，然后开始上部塌陷区清挖，并对清挖边坡进行支护，确保施工安全;③对洞内塌体进行清挖处理，支护封闭洞内坍塌段侧墙及顶拱。
2.1 防止塌方进一步扩大的施工措施
2.1.1 坍塌体上部处理
为防止雨水下渗，对坍塌体上部用彩条布遮盖;对于塌体顶部诱导裂隙采用M10砂浆进行封闭，防止雨水进入造成裂缝的继续扩散;在塌体上部坡面距裂缝1.5～2m人工开挖截水沟，防止雨季地表积水汇入塌坑。
2.1.2 加强洞内塌方部位下游15m支护
引水隧洞压力钢管段K0+342～K0+370m段已按设计要求安装钢格栅和固定锚杆，钢格栅采用钢筋骨架型式，间距1.0m，部分钢格栅立柱采用Ⅰ20型钢，并在钢格栅和围岩之间挂网格为20cm&20cm的&6.5钢筋网，两侧墙回填C20混凝土，回填厚度小于20cm处和起拱线以上采用C20细石混凝土喷护。
2.1.3 坍塌区域物探测试
为便于分析引水隧洞塌方松散体的范围，采用高密度电法测试，通过冒顶区、延伸区、完整区岩体电性差异，来了解松散体纵向和水平方向的延伸范围。由于高密度电法测试只能检测30m深度以内松散体的延伸范围，在上部坍塌体回填灌浆结束后，又采用跨孔声波法检测30m以下松散体的延伸范围。
2.2 上部塌陷的处理
上部塌陷区处理按以下步骤进行:
2.2.1 顶部减载清理
根据物探测试的松散体范围，首先对顶部进行减载清理到弱风化层，初步确定清理高度5m，清理范围距松动区外1～1.5m。为保证施工安全，清理先从塌陷区左右两侧进行抽槽开挖，再对上下游边坡自上而下分梯段进行开挖，梯段高度2～2.5m;左右两侧及下游开挖边坡坡比为1∶1.5，为尽量减少施工难度和对上游自然边坡的扰动，上游开挖边坡坡比为1∶0.75～1∶1。
2.2.2 封闭灌浆
沿冒顶塌坑（半径R=9m）布设一圈固结灌浆孔，分两序固结，共布设28个固结灌浆孔，灌浆孔底距洞顶1～2m。
2.2.3 松动区外5m范围内固结灌浆
上部塌陷区清挖减载后，沿开挖线外侧设置截水沟，确保外来水不侵入塌陷区，同时沿塌陷区范围浇10cm厚C25压浆板混凝土，然后对松动区沿裂隙松动圈（上下裂缝两侧）5m范围进行固结灌浆，灌浆深度按清挖高度确定。固结灌浆孔排距3m，呈梅花型布置，孔深距洞顶1m，孔数根据第1次物探测试成果决定。
2.2.4 清挖边坡支护
为保证清挖边坡的稳定性，先将坡面喷护10cm厚C20细石混凝土，再配置双向&22@20cm&20cm钢筋、浇筑40cm厚C20W6F100混凝土对清挖边坡进行保护。上部塌陷区开挖边坡的预固结灌浆、排水、支护施工逐层进行，并根据物探检测和开挖揭示的地质情况调整清理高度和清理范围。
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图为：谷竹高速青峰隧道
　　湖北日报讯 （文/图 记者 蒋绶春 新闻研修班学员 彭飞 通讯员 况建斌）连接鄂西北谷城、竹溪两县的谷竹高速公路，上月全线通车。
　　有意思的是，这条高速公路的左线（从谷城往竹溪方向）早在去年12月就通车了。新近通车的，是右线。同一条高速，为何右线进度晚了近一年？原来，工程主要卡在了最艰难的一段——青峰隧道。
　　青峰隧道全长1940余米，穿越房县青峰镇，2010年9月开挖。去年7月底左洞贯通时，右洞只剩349米，却直至今年8月才挖通。算下来，这条隧道共耗时5年，差不多每天只挖1米。
　　工程推进缓慢，皆因隧道恰好位于“青峰断裂带”。这条地质断裂带由地质学家李四光命名，为世界级断裂带之一，但至今鲜为人知。前不久，记者前往房县，一探究竟。
　　5年建1隧，施工者感慨落泪
　　房县，因“山林四塞、纵横千里、其固高陵、如有房屋”而得名。谁曾想到，静谧的群山底下，却潜伏着不甘寂寞、暗流涌动的岩层。
　　今年8月12日，房县青峰镇。在青峰隧道右洞贯通仪式上，连续奋战近2000个日夜的施工人员轻轻啜泣。这条隧道不是谷竹高速最长的隧道，但无疑是施工最艰难的工程。
　　施工单位——中铁十四局二公司项目负责人介绍，青峰隧道于2010年9月开工，左洞长1942米，右洞长1943米，两洞间隔3米多。去年7月29日左洞贯通时，右洞仅剩349米，却又挖了一年多。有一段时间，每天只能前进0.6米。
　　因为该隧道的围岩是一种特别的软岩。施工人员形容：好比“一拳打在豆腐上”，洞没打出来，整块豆腐散架了，有劲使不出。
　　10月底，记者现场看到，隧道土建工程全部完工，正在铺沥青、安装电路。隧道口附近，有好几堆泥土，土质呈粉末状、灰白色，如同面粉，偶尔混杂着碎岩块。
　　项目总工程师李波介绍：这些土，正是从青峰隧道开挖出来的。青峰隧道的围岩是一种绢云母片岩，属于变质岩类，它们像一本书的书页，呈斜角状一页贴着一页。这种岩石的山体本身能保持稳定，但一旦开挖隧道，片岩马上风化成粉。围岩可以直接用手抠下来，一抓即碎，呈灰绿色、灰白色居多，像烟灰一样，施工人员总结为：“手抓成团，遇水成泥。”
　　挖动后的围岩因“蝴蝶效应”，诱发整座山体蠕动，用做初期支护的工字钢拱架，虽由18厘米增厚至25厘米，照样被压得严重扭曲、变形。施工5年来，大小塌方90余次，特别大的坍塌有5次。最大一次，隧道塌了20多米长。
　　李波曾在多条高速公路上干过，尤其是修筑沪蓉西高速公路时，公司负责的是湖北境内最长的公路隧道——龙潭隧道（后更名为金龙隧道），那里属喀斯特地貌，集溶洞、暗河、突水涌泥、断层、偏压、岩爆等地质灾害于一体。但面对青峰隧道时，以往经验都不管用了。“像这种绢云母片岩软岩隧道，我也是第一次接触。”李波说，“隧道整体进展举步维艰，因施工压力、难度压力、安全压力很大，我每天心都提到嗓子眼上，不可预见的因素太多，如履薄冰。”
　　在项目部，多名经历过宜万铁路、沪蓉西高速建设的管理人员都说：“这样一对比，才发现青峰隧道施工是多么艰难……”
　　青峰是一所“地质大学”
　　对于中铁十四局，单论长度，青峰隧道真是个“小活”，他们做过的大工程太多了。可这一回，该局负责人却把青峰隧道项目拿到全局监控。该局工程师们多次到现场，还请来著名隧道及地下工程专家、中国工程院院士王梦恕等人到工地指导。
　　技术人员发现，原隧道图纸设计的Ⅲ级、Ⅳ级围岩，在施工中都变成了Ⅴ级围岩。原参数不足以形成安全支护，大多要变更、重新设计。为确保安全，施工决不允许冒进，每天只能循环1米左右一点点往前推进。
　　比如初期支撑，增加了临时仰拱；采取工字钢、大格栅拱架配合使用；注浆次数根据实际情况，二次、三次或四次进行，采取“分段前进式高压注浆”。所谓“浆”，是一种水泥——水玻璃双液浆，这种双液浆凝结时间短、速度快、结石强度高，以保障注浆进去后，向外扩散，把液体变成胶体，挤压软岩。
　　同时，使用超前地质雷达、红外线水量检测等设备，每天监控施工面的变化，因为有些变化起初凭肉眼是看不见的。
　　正因为如此，尽管塌方90余次，并未发生一起人员伤亡事故。施工人员根据监控情况，每当看到拱架出现沉降、收敛等变化，缝隙出现掉块、掉粉末，或出现异常声音，就立即停止作业，撤离到安全距离观察。他们还多次用手机拍摄到塌方经过。
　　记者观看了其中两段视频。只见塌方之前，厚厚的钢质拱顶严重扭曲、变形，随后泥沙断断续续落下，紧接着就是轰然而来的塌方，泥土犹如浊浪迎面冲腾而来，弥漫整个隧道，幸而只冲一段距离就停了下来。场景犹如灾难影片。
　　李波解释，青峰隧道处于一条古老的地质断裂带上，即“青峰断裂带”。地质资料显示，青峰断裂带为世界级断裂带之一，是湖北境内最大的地质断裂带，由数条逆冲断层和破碎带组成，属复合型的强变形构造。青峰隧道的施工难度可想而知。
　　当然，临近的一些高速公路标段，也处于青峰断裂带上，但相对而言，施工难度不及青峰隧道。
　　一名督导负责人称：“青峰隧道可谓是一所地质大学，隧道贯通后，我们的技术干部都从‘青峰地质大学’本科毕业了，往后进行隧道施工，都是专业人才。”
　　神秘的马栏河河谷
　　“我们还发现一个怪现象：工地附近有一条河，叫马栏河，南北两岸的岩石反差很大。北岸岩石一挖出来就粉了，南岸岩石却是硬的，可以提供石料铺路。青峰隧道位于北岸。”采访时，一名施工人员告诉记者。
　　记者查阅资料得知，马栏河发源于房县西北部的武当山区，经青峰镇、尹吉甫镇蜿蜒东流，是汉江支流——南河的北源。南河的南源，是发源于神农架的粉青河。两河在保康县境内交汇后，始称“南河”，经由谷城县注入汉江。
　　“青峰镇马栏河的两边，不光石头不一样，就连山势和山上的树，都长得不一样。”该镇党政办主任李光曲说，武当山在马栏河的北边，神农架在马栏河的南边，武当山上的树与青峰山上的树，连树叶、颜色都不一样。本地施工用的石料，是从马栏河以南采的。本地人知道这个情况，但不明白其所以然。到2012年，中国地质大学教授来青峰镇考察，认为青峰山一侧的马栏河为古河床遗迹，也是青峰断裂带的遗迹。
　　随后，记者在青峰镇书记戢运斌引领下，来到马栏河古河床。古河床距离该镇不过一两公里，因上游房县方向建有水电站，河床流水不深，但水流较急，深处及腰，要走到对岸并不容易。
　　从河床东出口往里行进，两岸群山连绵，迤逦远去。左岸是青峰山，山势陡峻，抬升、塌陷等地质遗迹明显，有一段是近乎90度的绝壁。绝壁上有几处洞口。据称，其中一个洞穴就是古典名著《封神演义》描述过的“青峰山紫阳洞”，相传为清虚道德真君修仙之地。因为太险，半世纪来已没人进去过。
　　河的对岸山势相对较缓，但也有六七十度的坡度。河谷呈V字型或U字型展布，宽度150米左右。
　　河床上，石纹如波浪涌动，石臼等遗迹随处可见；有的岩石表面留有一条条笔直的线条，看上去像刀削面一样。河床水流清澈见底。河床岩石间，长满各类水生植物。满眼是荒湾野水的蛮荒气息。
　　记者从河床捡了几块砾岩，暗红色，表面粗糙，胶结着各种碎屑和石子，其中一块石头的底部已硅化蚀变为方解石。李光曲等人告知，河对岸有一处山体上的岩石，全是这种颜色，毛毛糙糙，像被火烧过一样红，有的类似鸡血石，十堰地矿部门的专家认为，这是一种火山岩。古河床内这类砾岩，可能是从北岸被流水冲刷、沉积而来的。
　　为弄清“青峰断裂带”，记者又登上人迹罕至的青峰山最高峰登仙观，海拔1060米。站在山顶眺望，可见山脚的青峰镇（海拔320米）位于小盆地中。盆地呈撮箕形，马栏河河谷为“撮箕口”。河谷狭长，往房县城关镇方向延伸。
　　次日，记者与青峰镇政府的汪方明、白马沟村书记万大兵等人，带上绳索、照明灯、胶鞋等工具，在马栏河以南的山地，又探到两座溶洞。一座名为“龙洞”，一座名为“封神洞”，洞内石笋、石柱、石帘、石花等景观千姿百态，还有暗河流水琤琤，奇幻景观不亚于鄂西南恩施的溶洞。因洞口相距不远，两座溶洞很可能连通在一起。据介绍，曾有专业探险队进洞考察，一直未探明此洞穴体系。但“封神洞”一名，却是自古有之。当地流传，姜子牙曾在洞内下过棋。
　　这类溶洞景观，目前在马栏河北岸尚未发现。据《青峰志》记述，青峰镇地形地貌分为三类：中部为马栏河河谷平坝；南部为沉积岩区，以石灰岩为主，涧深谷幽，属构造侵蚀地形；北部山地多系武当群变质岩形成。
　　记者又查阅到相关地质资料称：狭长的青峰盆地与房县盆地相连，正是青峰断裂带残留的断裂形态；盆地北缘为秦岭区变质地层，南部为扬子地台沉积盖层。这与《青峰志》的记述基本一致。
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