引水隧洞渗水段处理方案
1、工程概况
我单位承建的白龙江九龙峡水电站引水隧洞工程C4标,截止到2011年6月底,引水隧洞进水口已开挖至0+940.5,进尺874m;1#支洞上游已开挖至1+648,进尺370m;1#支洞下游已开挖至2+972,进尺954m,隧洞开挖已累计进尺2198m。
在施工过程中1#支洞上游面渗水范围广,局部段位渗水严重,下游面局部岩体也存在少量渗水现象,加上1#施工支洞长达700m,许多部位也存在不同程度的渗水。
总体而言,1#支洞上游面渗水最为严重,占到1#支洞作业面总渗水量得90%以上,大范围的渗水给隧洞工程施工质量、安全、进度均造成了较大影响。
2、推测与实际地质情况
根据招投标文件地质描述,隧洞引1+775-2+383段为千枚岩洞段,岩体中千枚状板岩、片理、千枚理及层面裂隙发育,岩性软弱,岩体较破碎,完整性差。
该段岩层走向与洞内夹角12-62°,以Ⅳ类为主,建议采取系统锚固挂网喷护加支撑,并及时进行衬砌。
其中桩号1+745-1+965段为过曹世坝沟洞段,该洞段根据钻孔揭露,上覆基岩厚度17m左右,岩性为千枚岩夹千枚状板岩,岩性软弱,岩体较破碎,完整性差,围岩为Ⅳ类,该洞段上部曹世坝沟常年流水,洞内沿层面或裂隙面可能会存在集中渗水现象,施工时需采取加强支护措施,并做好排水。
实际施工中,1#支洞上游面隧洞从1+900开始到目前掌子面1+648段围岩均有滴水、渗水现象。
2011年4月3日在开挖至掌子面1+875时多处钻孔冒水,渗水量极大。
2011年5月13日在开挖至掌子面1+770处存在不利结构面,与洞轴线斜交,大量裂隙水渗出。
2011年6月17日在开挖至掌子面1+670时,1+670-1+678段存在较大夹层,渗水量极大,短时间内造成支洞积水达1m多深。
1#支洞上游面的渗水量及渗水范围远远超过了招投标阶段的预估量。
同时前期施工的1#施工支洞长达700m,且为倒坡,岩体为千枚岩,遇水软化,局部围岩也存在不同程度渗水,加上主洞的大量渗水,因此1#施工支洞道路在施工期间的不断修复也给我单位造成了较大的施工投入。
3、渗水的影响
施工方面:隧洞大量渗水给一线人员的施工造成了极大的影响,施工人员时常
在水幕中作业。
钻爆受到影响,钻孔冒水,装药困难,施工中局部大量渗水透过锚杆孔流出,锚杆锚固难度大,喷射混凝土由于岩面渗水回弹量极大,超过50%的喷射混凝土被流水冲走,造成喷射混凝土成本增加。
质量方面:1#支洞上游面大部分为Ⅲ类围岩支护,正常锚喷支护后的围岩受到岩面大范围渗水的侵蚀,喷射混凝土出现脱落现象,锚杆与岩体的粘接强度降低。
安全方面:在隧洞大范围渗水、局部沿不利结构面大量渗水长期作用下,岩体裂隙受到水流淘刷,部分裂隙将会逐渐淘空缝隙变大而使围岩发生变形,给洞室围岩的稳定造成了极大的隐患。
4、处理措施
根据我单位最新统计,1#支洞上游面1+880-1+870、1+836-1+822、1+675-1+650段均存在断层,渗水量最大;从1+900开始沿上游其他段位整个岩面均为滴水渗水现象,渗水量不大。
对渗水量大的段位和渗水量不大的段位分别采取不同的措施,以确保施工及洞室安全。
4.1加强抽排水
洞内大量渗水首先必须做好抽排水,我单位为确保大量渗水及时排出洞外,增设了一条Ф80mm排水管道,分别采取1台11kw和1台9.2kw大功率水泵将洞内积水直接引排至支洞外,支洞内另布设一台11kw水泵,作为备用。
支洞下游排水为倒坡,洞内左侧挖出一条排水沟,并每隔一段距离设置一处积水坑,梯级布置水泵逐级将洞内渗水抽排至支洞积水坑;支洞上游为顺坡,但为确保路面不积水,对路面采用坚硬石渣整体垫高20cm,并将隧洞左侧清出一条排水沟,这样渗水就不会在路面上积存和漫流,全部流至排水沟,再从集水坑通过水泵排出洞外。
由于渗水是长期性的,因此抽排水工作也必须长期进行,直到工程完工。
4.2支护措施
⑴对1#支洞上游面1+880-1+870、1+836-1+822、1+675-1+650大量渗水段采取排堵结合措施。
首先采用手风钻钻孔集中排水,孔深4m,孔径40mm,孔间距1.5m-2m,具体布置视现场实际渗水情况确定,之后安装PVC排水管,入孔70cm,外漏30cm,入孔段采用铁钉插成梅花型小孔,方便集中排水。
之后采取Ⅴ类支护形式,即型钢+网片
+C25喷砼,网片间排距改为10cm×10cm,喷砼厚度20cm,对塌腔段采取满喷措施,排水管露出喷砼层。
通过采取排堵结合措施可有效的确保隧洞围岩的稳定,并且渗水得到集中引排,可减少大面积渗水情况。
⑵从1+900开始沿上游其他渗水不大的段位,对围岩较为破碎,存在不利结构面的部位,采取随机锚杆进行加固,随机锚杆形式为Ф25,L=4.5m,入岩4.3m,布置间距、数量及部位以现场实际情况确定;之后采取排水孔集中排水,间排距2.5m,梅花型布置,每排3个,孔深4m,孔径40mm,然后安装PVC排水管,入孔80cm,外漏20cm,最后再进行喷砼10cm厚。
通过采取排堵结合措施可有效的确保隧洞围岩的稳定,并且渗水得到集中引排,可减少大面积渗水情况。
5、施工预控措施
⑴在上游后续施工中,对存在断层承压水,应在每个掘进循环中,向隧洞前进方向钻凿不少于2个超前钻孔,其深度宜在4米以上,以探明地下水的情况,做到超前预控。
⑵随工作面的掘进做好排水沟,配备足够的抽水设备,并安排适当的集水坑,布置水泵及排水管道等。
⑶严格控制各炮孔特别是周边眼的数量、深度及装药量,原则上尽量减少爆破对围岩的扰动。
⑷在断层地带开挖后应立即进行初喷砼,并坚持“宁强勿弱”的原则,加强支护。
⑸对渗水面及时做好排水孔,集中引排。
6、质量及安全保证措施
质量方面:严格按照处理措施执行,对喷砼较厚段采取吊模等措施以确保喷砼厚度;排水沟及集水坑定时清理,确保排水通畅;做好备用排水设施,以确保洞内大量渗水能够长期稳定进行。
安全方面:施工人员进洞施工务必佩戴好防水等劳保用品,并佩戴好防尘面罩,安全帽等确保施工安全;在安装拱架过程中,安排安全人员现场观察,避免机械设备伤害。