1工程概況
金盆水利樞紐溢洪洞是黑河水庫的主要泄水建筑物，位于大壩石岸。全長522.544m，由進口引渠段、溢流閘室段、洞內(nèi)陡坡段、反弧段、平洞段及出口明涵段、擴散段和挑流鼻坎段組成。各洞身斷面均為圓拱直墻形，開挖斷面由進口段B×H=14.7×17.8m變?yōu)槎钙露文┒薆×H=13.20×14.80m。
工程所在區(qū)域基巖為前震旦系寬坪群大鎮(zhèn)溝組（AnzKd）變質(zhì)巖，巖性以云母石英片巖（Se）、綠泥石片巖（Sc）及鈣質(zhì)石英巖（Qu）為主，間有沿后期斷裂而侵入的石英巖脈（q）、云煌斑巖脈（x）及斜長斑巖脈（N）分布。
洞室以強風化云母石英片巖為主，間有部分綠泥片巖和少量鈣質(zhì)石英巖。大部分是巖體破碎、易風化的軟弱基巖，風化嚴重，裂隙發(fā)育。斷層數(shù)量多，并且相互交錯，地質(zhì)勘探不能詳細提示地層狀況，其中影響較大的F5斷層寬度1.5m，影響帶16m.在隧洞開挖掘至0+090時發(fā)現(xiàn)一條新的斷層，寬度1m。F5斷層與該斷層互相切割，其充填物均為斷層泥、角礫巖、石、屑，微膠結(jié)散粒結(jié)構(gòu)，遇水極易軟化塌陷，嚴重時呈流淌狀，屬極不穩(wěn)定的V類圍巖。
全洞地質(zhì)條件差，不穩(wěn)定性的（ì類）和極不穩(wěn)定的（í類）占50%以上。洞身開挖斷面大，成洞條件差。陡坡段坡比為1：2（≈26.7°），不能使用大型開挖及混凝土施工設(shè)備，施工效率低，進度慢。陡坡段沿線側(cè)墻高度、底寬和頂拱圓半徑逐漸變化為異型漸變段，施工難度大。
2陡坡段塌方情況
2.1塌方經(jīng)過
溢洪洞陡坡段上中導(dǎo)洞貫通時間為2000年9月6日。由于地質(zhì)勘探未查明無名斷層的存在，施工當中事先沒有采取得力措施，導(dǎo)致了首次塌方。由于類似小規(guī)模的塌方在以往洞室開挖中時常發(fā)生，并未引起足夠重視。自2000年9月至2000年11月，一直采用常規(guī)施工方法，邊塌方邊出渣，自地表鉆孔下錨束，洞內(nèi)再用混凝土澆筑后張拉懸吊混凝土治理塌方的方案。2001年3月14日，錨束鉆孔已完成，洞內(nèi)繼續(xù)出渣時發(fā)生了大規(guī)模冒頂塌方。山體表面出現(xiàn)一直徑約10m、深約15m的塌落坑體。經(jīng)現(xiàn)場考察和綜合分析，該段主要是由于受F5斷層影響，再加上邊塌方邊出渣，致使塌方形成的空腔已與地表相溝通導(dǎo)致冒頂。洞頂距地面高差約85m。塌方造成0+084～0+095m處全部封死，形成邊同拱架、架管在內(nèi)以粘土片石為主組成的塌方體約3000m3。同時，受F5斷層和下游塌落體影響，在0+069～0+084段頂部F5斷層與無名斷層形成三角體，該三角體圍巖處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，急需進行加固處理。
2.2先期處理措施
2.2.1邊塌方邊出渣強行掘進
鑒于首欠塌方規(guī)模不大，且方量小，為爭取工程進度，從2000年9月12日開始，采取邊塌方邊出渣，邊噴錨支護方法，歷時兩個月時間，先后立拱架13榀。試圖一舉通過塌方體，因施工擾動，不僅沒能有效遏制塌方，而且加劇了冒頂?shù)漠a(chǎn)生。
2.2.2預(yù)應(yīng)力錨束加固
在洞室進行塌方處理的同時，對塌腔頂部采取預(yù)應(yīng)力錨束進行加固。在地面相應(yīng)位置造Ф110錨束孔17個，然后每孔分別采用7束7×Ф5（100t級）松弛鋼鉸線穿至堆渣頂部，并以塌方體為支撐，用C20一級配微膨脹混凝土回填。由于此時未塌方巖體已不穩(wěn)定，再加上造孔擾動，正當造孔完成穿錨束時出現(xiàn)冒頂塌方。
2.2.3膨脹混凝土回填地表塌坑
為防止地表水滲入，用膨脹混凝土回填地表塌坑，采用人工削坡方式，將地表層塌方四周的倒坡或直立坡削至1：0.1～0.2的正坡，再用混凝土填充（見圖1），共計回填混凝土1050m3。
因F5斷層與一橫切洞室的高傾角無名斷層切割隧洞頂形成極不穩(wěn)定的三角體，首先在上半洞洞底兩側(cè)墻部位砌M1094×100cm漿砌石擋墻，插入鋼筋，澆筑C20混凝土。鋼拱架采用18#工字鋼加工制作，側(cè)墻模板采用常規(guī)辦法支撐加固，頂拱曲面混凝土模板采用14#槽鋼對口焊接彎制，模板支撐和頂拱支撐見圖2.待側(cè)墻拆模后，在兩側(cè)墻各布置18根Ф2520t級，孔深10.5m預(yù)應(yīng)力錨桿。防止頂拱下滑。
2.2.5固結(jié)灌漿加固
對塌方渣體自地表和洞內(nèi)進行固結(jié)灌漿。首先，在洞內(nèi)渣體表面噴射C25細石砼，封閉掌子面，噴射厚度20～30cm，然后，用0.1～0.6Mpa的壓力進行固灌。由于造孔困難，固灌孔深逐漸增加，壓力隨孔深逐漸增大，直至穿越塌方段。地表灌漿仍利用原錨束孔，采用0.6～018Mpa的壓力，自下而上分段灌注。灌漿時嚴格按照相應(yīng)技術(shù)規(guī)范進行施工，共灌注水泥1050t。通過灌漿使塌方渣體的整體強度有了明顯提高。
2.2.6超前管棚支護
用100B潛孔鉆沿頂拱上沿造孔26個，孔深12～14m，間距0.5m，孔與洞軸線夾角5°～10°，孔徑Ф110，插入Ф69鋼管，管長13m，基本穿插越塌方區(qū)，孔內(nèi)注入M25水泥砂漿形成管棚。
3綜合處理方案
3.1施工方法
經(jīng)過對塌方段現(xiàn)場多次考察，深入分析，反復(fù)論證后決定采用先固結(jié)塌方體，后開挖的總體方案。在施工過程中始終貫徹短掘進、強支護、勤觀測的總體原則，進尺控制在0.5m以內(nèi)，盡量避免爆破作業(yè)，及時進行噴錨支護，具體施工工藝流程如下：
灌漿固結(jié)塌方體→超前管棚支護→“D”形掏槽法開挖→C25混凝土封閉→自鉆式錨桿錨固→鋼拱架支護→網(wǎng)片制安→混凝土噴護→回填灌漿
3.1.1開挖施工
采用EX200反鏟挖掘、風鎬配合施工方法。首先用反鏟挖兩個拱角，兩側(cè)寬度小于3m，以反鏟能正常作業(yè)為準。其次滯后挖中間部分，使中間預(yù)留1.2～2m的施工平臺。這樣做的好處有二：一是預(yù)留部分對掌子面起一定支撐作用，防止掌子面坍塌，二是可代替腳手架，便于安裝拱架。開挖順序見圖3。
3.1.2C25混凝土封閉
當一個循環(huán)的挖掘工作完成后，立即用C25噴射混凝土進行封閉，厚度為5～8cm。
3.1.3自鉆式錨桿錨固
由于該段成孔條件差，所以均采用自鉆式錨桿，超前錨桿與系統(tǒng)錨桿錯排呈梅花型布置，錨桿桿長6m，孔深5.6m，外露0.4m，間排距為0.8×5.6m，超前錨桿與洞軸線夾角為60o.錨桿灌漿漿液用0.6：1水泥漿，灌漿壓力不小于0.4Mpa.
3.1.4拱架支護
鋼拱架為[18槽鋼對口焊接加工成弧形，間距為50cm.考慮到拱角承重，且開挖時難以達到新鮮完整基巖，采用鎖角錨桿對拱角進行固定，每個拱角為4根ф25×3.5m錨桿，拱架與拱架之間用ф25螺紋鋼焊接，間距為30cm，鋼筋焊在拱架上部，形成一排縱向連系筋。在進行到0+089后，根據(jù)地質(zhì)情況，用2ф25+1ф36兩筋一管錨束代替普通錨桿鎖固拱角。
3.1.5鋼筋網(wǎng)片制安
鋼筋網(wǎng)采和預(yù)制好的ф6@20×20網(wǎng)片直按置入拱架之間，網(wǎng)片規(guī)格為0.6×1.0m，網(wǎng)片與錨桿焊接牢固，因拱架間有ф25縱連系筋，故采用單層網(wǎng)片。
3.1.6C25混凝土噴護
由于噴護混凝土代替了現(xiàn)澆混凝土，噴護厚度為30cm～40cm，達到與拱架持平，以形成較密的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，噴護時第一次為8～10cm，以后再隨進度循環(huán)噴護，分3～5次進行，直至與拱架齊平。
3.1.7塌方渣體清除
由于堆積物主要為石渣加片石，細顆粒含量較大，開始的回填灌漿效果不明顯，漿液將槽鋼、拱架和架管填充密實，與部分片石形成固結(jié)圈，未達到理想的固結(jié)范圍，由于采用自鉆式錨桿直接注漿，促使渣體含水率增大（8.4×17.3%），石渣基本呈松散狀。出渣時，先用氣割切除拱架與架管，并保留中間堆積物。兩側(cè)以人工為主，反鏟配合出渣。
3.1.8回填灌漿
在已形成支護段打自鉆式錨桿，深4m，間排距1×1m，采用單孔單灌法進行回填灌漿。這樣使塌方體小空腔進一步充填密實。并與已支護的鋼梁混凝土形成4～5m厚的固結(jié)圈。保證了隧洞上半洞的穩(wěn)定。
3.2技術(shù)要求
3.2.1測量放線
采用TCR305型全站儀進行測量放樣，用紅漆標注開挖輪廓線和錨桿位置點。
3.2.2爆破控制
在處理塌方時，最怕爆破振動，破壞塌方體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之失衡。但在開挖時難免遇到局部原狀基巖，需進行爆破時，必須視具體情況和具體部位考慮藥量及爆破方式，一般在頂拱靠近塌方體的特殊部位，均采用單孔火雷管起爆，藥量控制在0.3kg左右。若拱角非特殊部位一般采用非電毫秒延時起爆網(wǎng)絡(luò)，單孔藥量不超過150kg，總藥量不超過3kg，且必須單孔單響。
3.2.3噴射混凝土配合比
噴射混凝土抗壓強度測試：C25混凝土實測為30Mpa、27Mpa、26Mpa
錨桿拉撥測試：設(shè)計每根不小于8t，實測為8.5t、8.7t、9.2t、8.1t
4結(jié)語
1）大型隧洞的前期地質(zhì)工作一定要認真細致，為設(shè)計施工提供詳實資料，以減少工程投資。黑河溢洪洞采用自鉆式錨桿與普通錨桿相比較，既增加投資130萬元，又影響了整個主體工程進度。
2）洞室塌方不可盲目出渣、強行掘進。首先應(yīng)對塌方體進行表面封閉，使其保持相對穩(wěn)定，盡可能減少擾動次數(shù)，避免造成冒頂塌方。
3）固結(jié)灌漿是基礎(chǔ)。固結(jié)灌漿使塌方渣體形成了一個整體，提高了巖石的強度級別，是塌方處理的關(guān)鍵。
4）超前管棚是前提。沿洞頂軸線設(shè)置超前管棚，對阻止塌方體下滑起到重要作用。
5）自鉆式錨桿是關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)場實測，冒頂塌方介質(zhì)為粘土、沙礫、碎石、片石，倒塌的架管、拱架，特別是漿液分布在片石與架管、拱架之間，而碎石與粘土沒有固結(jié)，采用自鉆式錨桿直接注漿，經(jīng)實測雖然渣體含水率達到8.4×17.3%，但掌子面仍能直立，有效地防止塌方，這是黑河溢洪洞塌方處理最成功的探索，為以后處理冒頂塌方積累了成功的經(jīng)驗。
6）回填灌漿是補強。根據(jù)5個月的現(xiàn)場觀測，回填灌漿的12榀拱架與混凝土邊成一體，強度明顯提高，沒有出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。對后期下底開挖與澆筑混凝土奠定了堅實的基礎(chǔ)。
