印尼巴塘水电站引水隧洞塌方涌泥分析及处理

印尼巴塘水电站引水隧洞塌方涌泥分析及处理

彭高1, ,王浩2

中国水利水电第十工程局有限公司   四川成都  610072

一、工程概况

印尼巴塘水电站位于印度尼西亚北苏门答腊省南部的巴丹托鲁河上，工程区距省会棉兰市约400km。巴塘水电站最大坝高76.00m，坝顶长度112.00m；引水系统布置于巴丹托鲁河的右岸，引水隧洞总长12.50km，断面呈马蹄形，成型直径8.20m；电站厂房位于大坝下游16.50km处的河道右岸，为地面式厂房，装有4台单机容量127.50MW的机组，总装机510MW。

二、塌方过程及原因分析

2.1塌方过程

2022年7月9日8:30左右，引水隧洞桩号Sta.10+997处在出渣及处理安全结束后，准备安装钢拱架时，施工台架前方左侧发生掉块使台架变形严重，现场随即迅速将人员撤离。至当天下午14:00左右，零碎掉块由起初的白色花岗岩变为黄色泥浆混和物，涌出大量泥、砂和水，流淌长度约50m，厚度约1.5m，整个钻爆台架被埋，无人员伤亡。

图2-1 Sta.10+997.000处塌方涌泥情况

2.2涌泥发生原因分析

该洞段围岩为V类，成散体状，极不稳定。其上方覆埋深厚度132m，地表处为山顶，无大规模冲沟通过和深厚覆盖层。附近钻孔为ZK35（后方346.3m）、BH3-7（前方506.3m）、ZK34（前方588.71m），三个孔的揭露引水隧洞高程位置围岩基本为蚀变花岗岩，裂隙发育，碎裂结构。经地质专家现场勘查后分析，该桩号处岩体在风化、强烈蚀变或断层构造的影响下，质量严重劣化，呈砂状、泥状，同时该类岩体中孔隙较发育，洞段位于地下水位线以下，从而构成饱水带，当隧洞开挖形成临空面后，处于饱和状态的砂土受应力挤压后导致涌泥、涌砂发生。

三、塌方涌泥段处理措施

3.1塌方涌泥段处理流程

施工准备→涌泥清理→石渣堆砌反压→堆体喷混凝土封闭→小导管注浆固结→塌方（空腔）回填混凝土→塌方段开挖→超前管棚施工→回填注浆

3.2施工准备

塌方体涌泥发生后，先在安全地点进行观察记录,在涌泥声音逐渐减弱到基本消失时，再观察一定时间后,确信塌方处于稳定状态后,再进行处理的相关工作。一般从塌方发生到逐步稳定时间大约在2~3d，塌方体处理一般在初期处理完毕后或塌方暂时达到自稳时进行。

3.3涌泥清理

塌方体稳定后，在确保安全的情况下，采用装载机及挖掘机分段进行涌泥清理，25t自卸汽车运至20#渣场堆弃，清理时全时段由专职安全员进行安全观察。

3.4石渣堆砌反压

为防止掌子面持续失稳，利用开挖的爆破渣料进行反压回填，石渣采用隧洞前期开挖料，25t自卸汽车运至工作面，堆填厚度约5m左右，石渣尽量堆满并封闭塌方口。采用装载机和挖掘机将渣料往掌子面分层堆高并碾压密实，形成重力挡墙结构，使之对塌方体进行约束。如图3-1所示：

图3-1 引水隧洞Sta.10+997处塌方石渣堆砌示反压示意图

3.5堆体喷混凝土封闭及散渣加固

石渣堆体完成并经修整后，采用湿喷台车喷C25混凝土厚15cm对堆体进行封闭处理，确保后续注浆质量。

散渣加固措施

(1)注浆小导管采用规格为φ42mm钢管，长度6m，小导管间距 1.5m×1.5m，小导管前端呈尖锥状，管壁四周钻φ6mm间距15mm的压浆孔，采用梅花形布设。

(2)注浆小导管外露20cm,尾端安装止浆阀,连接注浆管。

(3)浆液采用水灰比为1:1 的水泥浆单液，掺入1%~2%减水剂调节浆液浓度，另掺入一定比例的速凝剂（水玻璃）加速固结效果，注浆压力0.6~1.0MPa，严禁压力过大，以防压裂喷射混凝土表层，当注浆压力达到1.0MPa以上时，稳压2min后关闭止浆阀，结束注浆。

(4)为保证注浆固结效果，注浆结束后保持一定时长的凝结期，时长大于水泥的终凝时长，在此期间禁止扰动掌子面，使之形成一定强度的固结体。

3.6塌方（空腔）回填混凝土

为保证塌方段结构稳定及后期运行质量及安全，经会同业主、设计、监理、施工四方共同对塌方空腔段现场查勘及分析，一致认同采用堆渣料作为支撑体，回填C25混凝土补强对该段空腔进行处理。

三臂钻在塌方口第2榀及第4榀钢拱架之间各钻设3个φ105mm孔（两侧拱肩及正顶拱），外插角分别为30°和60°，每排安装3根φ100钢管作为混凝土输送管道。采用湿喷机灌注C25喷混凝土料，考虑岩体在外力、温度及人为操作作用下的应力、变形等因素，以2m为一层进行回填施工，待混凝土达到一定强度后再次进行回填，如此循环，保证空腔回填厚度不小于6m。

空腔体回填施工时，测量工程师对隧洞拱顶下沉变形加强监控以及初期支护的监测。

3.7塌方段开挖

塌方段地质条件较差，为保证安全通过垮方段，须对垮方段进行加强支护。

先对反压堆渣体进行清理，采用液压锤破碎作业，避免爆破产生较强振动而发生二次灾害。通过塌方体进入原始围岩开挖段时改用“浅孔、弱爆、强支护”方法进行开挖施工。

对临近掌子面3榀范围内工字钢采用锁脚、径向系统锚杆等进行加密加固。塌方区分上下台阶，上台阶为Ⅰ区（高度不超过4m）、下台阶为Ⅱ区，下台阶在上台阶开挖3m后跟进开挖。每循环处理进尺不超过1m,工字钢拱架采用HW150型钢材制作，每榀间距75cm；锁脚锚杆、径向系统锚杆采用Ф22钢筋，长5m，其中系统锚杆环、纵间距由原设计1.5m*1.5m调整为1.0m*1.0m，梅花型布置; 钢筋网采用Ф6双层钢筋网片，网格间距150mm*150mm。采用湿喷台车喷C25混凝土及时封闭钢支撑。 喷护完成后按2.0m*2.0m施工作排水孔，孔深3m，梅花形布置。

为保证开挖支护施工安全和防止已支护结构再次出现变形，在塌方空腔处对应的钢拱架增设临时底板横向H型钢支撑，与已施工的边顶拱支撑结构形成完整的闭环结构，共同承受围岩变形压力，可避免边墙底部向洞子中心方向变形，也可避免底板部位向上隆起变形。

3.8超前管棚施工

经多方开会确定，采用Ф89超前管棚替代原设计Ф42超前小导管进行超前支护。在接近塌方空腔区2榀钢拱架的位置开始施作超前管棚，管棚前端进入掌子面围岩大于1m。部分管棚根据实际情况作为排水管使用。

超前管棚施工工艺：

施工准备→测量放样→钻孔→超前管棚安装→注浆

(1)施工准备

施工前，由专业工程师向现场技术人员、作业人员进行技术交底，并确认人员、设备、材料、器具、作业环境满足施工要求。

(2)测量放样

测量工程师根据施工图中超前管棚的孔位位置进行放样并做好标示，以确保管棚安装位置正确，保证工作面稳定和掘进安全。

(3)钻孔

采用液压三臂钻进行钻孔，孔径Ф105mm，并按照设计倾角、间距、孔深进行钻孔，钻孔允许偏差值：方位角2〫，孔口距±50mm，孔深±50mm。

(4)超前管棚安装

a.管棚制作

超前管棚采用Ф89mm的无缝钢管制作，钢管前端做成尖锥形，在尾端焊接直径6~8mm钢筋箍，管壁上每隔10~30cm梅花型钻眼，眼孔直径为6~8mm，尾部长度100cm作为不钻孔的止浆段。如图3-2所示：

图3-2超前管棚加工示意图

b.管棚安装

钻孔完成后，用三臂钻将管棚抵入孔中，钢管尾端外露20cm，尾部与钢拱架焊接在一起，相邻两排管棚搭接长度不小于2m。管棚布置如图3-3所示：

图3-3 超前管棚横断面布置图

图3-3超前管棚布置示意图

超前管棚安装步骤如下：

（1）成孔后，用高压风管将管内残渣清理干净，将钢管插入孔内。

（2）钢管周围缝隙封堵密实，并用棉纱将孔口堵塞。

（3）为防止注浆过程中工作面漏浆，管棚安设后必须对工作面采用喷射混凝土封闭，喷射厚度10cm。

（4）注浆

注浆设备采用高压双液注浆泵，灌注浆液为水泥浆，其水灰比为1:1，有渗水时加0.5%水玻璃，注浆压力为0.5~1.0Mpa,施工中根据实际情况可加大2.0Mpa。

注浆采用由下至上顺序进行，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4时注浆方可结束，注完浆的钢管要立即堵塞孔口，防止浆液外流。浆液强度达70%以上，或6h后方可进行开挖工作面的开挖。注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。

3.9回填注浆

开挖通过塌方涌泥段约10m，待初支施工完成、状态稳定达到相关要求后，开始对塌方空腔体回填混凝土6m范围以外的空腔进行回填注浆。采用三臂钻设注浆管孔，注浆采用φ42钢管，人工焊接逐一加长，长度根据空腔高度而定，注浆管口距空腔顶面约20~50cm。注浆材料采用M20水泥浆，注浆过程严格按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2021）执行。注浆完成后，及时封堵注浆管，以防止跑浆。

3.10围岩变形观测

在塌方段处理过程中，加强监测频率，每天一次，密切关注，分析监测数据，塌方段选择两个测量段作为监测围岩变形的基础，两个测量断面之间的距离宜为5m，及时反馈监测信息，在监测数据稳定后，方能进行挖掘施工。

四、结语

此塌方涌泥段采用回填散渣反压，并对反压体进行固结灌浆的方法，在实际施工中取得了很好的效果。该法的采用是由于塌方面积大且地质条件差，无法采用传统的先清除渣堆再支护的方法。由以上施作可以看出，要确保施工顺利进行，必须将塌方口及时封住并灌浆使之固结完全。架设钢拱架与塌腔封闭稳定前不可清除渣堆。超前管棚代替超前小导管且必须加密布置，通过注浆形成持力圈。同时加强监控量测，掌握支护结构的安全性。