墨脫亞讓水電站有壓隧洞洞內泥石流塌方成因分析及處理方法之研討

董功華

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司， 西安 710061)

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墨脫亞讓水電站有壓隧洞洞內泥石流塌方成因分析及處理方法之研討

董功華

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司， 西安 710061)

結合西藏墨脫亞讓水電站工程引水隧洞洞內泥石流塌方段處理施工，介紹了洞內塌方與泥石流形成過程，進行了原因分析，提出了針對性的處理措施，取得了較好的處理效果。

有壓隧洞；泥石流；處理方法；墨脫亞讓水電站

1 工程概述

華能西藏墨脫亞讓水電站位于西藏林芝地區墨脫縣墨脫鎮東南部，距亞讓村南側約4 km的西工河上，為徑流有壓引水式電站，以發電為主，電站總裝機容量5 000 kW(4×1 250 kW)，水庫正常蓄水位868.250 m，水輪發電機額定水頭106.6 m，設計引用流量5.56 m3/s。本工程等別為Ⅴ等，規模為小(2)型，工程永久性主要和次要建筑物級別均為5級。電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統和廠區樞紐3部分組成[1]。

引水隧洞位于西工河右岸的山體中，為有壓隧洞。Ⅲ類圍巖段設計開挖斷面尺寸為3.4 m×3.4 m，0+800.00 m以前為噴錨支護，噴混凝土層厚8 cm， 混凝土底板厚20 cm，0+800.00 m后段為30 cm厚襯砌混凝土；Ⅳ、Ⅴ類圍巖段采用鋼筋混凝土襯砌，Ⅳ類圍巖段開挖斷面尺寸為3.4 m×3.4 m，襯砌厚度40 cm；Ⅴ類圍巖段開挖斷面尺寸為3.6 m×3.6 m，襯砌厚度50 cm。遇不良地質段需要采取鋼筋格柵拱架進行加強支護時,則在該段周圈擴挖20 cm。

隧洞地質結構較為復雜，主要以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主。進口為覆蓋層，以冰磧堆積的孤塊碎礫石土層為主，厚約3～10 m，自然坡度35°～60°，自然條件下處于穩定或極限穩定狀態，覆蓋層之下為黑云母花崗閃長巖，其受風化卸荷影響和節理裂隙切割，巖體完整性差；隧洞洞身垂直埋深約50～90 m，扣除覆蓋層后的有效垂直埋深約15～30 m，圍巖為黑云母花崗閃長巖，弱風化～微風化狀態，受構造影響，巖體較破碎，節理較發育，隧洞沿線基巖裂隙水較豐富，埋深多高于隧洞底板，對隧洞洞室施工和圍巖穩定具有一定的影響；隧洞出口段在開挖至1+507.00 m段時，遭遇墨脫斷裂帶F1斷層，出現大面積塌方，并且趨勢發展成為洞內泥石流，對洞室開挖施工造成極大困難，此斷層及斷層影響帶處理周期達45 d之久，工期影響極大，而且隧洞本身為有壓隧洞，塌方段部位水頭高達70多m，如果處理不徹底，將勢必會造成內水外滲，對電站后期運行造成極大影響[2]。

2 塌方段洞內泥石流形成過程

隧洞出口部位邊坡基巖裸露，巖性為黑云母花崗閃長巖，受地表風化卸荷和構造影響，節理較發育，巖體完整性差，不利于隧洞拱頂的穩定，圍巖整體以Ⅳ、Ⅴ類為主，穩定性較差。在開挖至1+507.80 m位置，出碴過程中發現頂拱有掉塊現象，經地質專業設計人員現場查勘，定性為Ⅴ類圍巖，要求加強支護措施。而該部位按照設計意見準備進行拱架支護時，其頂拱掉塊明顯增加并出現小范圍垮塌。隨后，為保證施工人員安全，將人員全部撤出。次日早上，塌方體已將洞室頂拱范圍全部封閉，塌方處出現大量集中涌水，塌空區明顯傳出水聲和繼續垮塌聲，塌方段右側邊墻有一股滲水涌出且水量較大。針對此塌方問題，業主組織各方代表召開了隧洞1+507.80 m～1+510.00 m段塌方處理方案評審會，會議上確定對塌方體先固結灌漿再開挖支護的處理方案，而承包商按此方案對塌方體灌漿處理完畢，準備進行鋼筋格柵拱架安裝時，洞內塌方體右側側壁及左側頂拱出現涌水，施工人員全部撤出不久，涌水帶大量泥漿沖刷至洞口(俗稱洞內泥石流)，且偶爾有塌方掉石的聲音傳出。隨即，各參建單位組織人員對塌方體地表情況進行仔細勘察，發現塌方體上方原地表無異樣，確定該塌方體段未冒頂。

3 塌方原因分析

亞讓水電站工程區域在大地構造上位于印度板塊與歐亞板塊接合部，地處喜馬拉雅構造帶“東構造結”；工程區及外圍區域構造背景復雜，斷裂構造發育，斷裂活動性強，地震頻發且震級高；工程場址區和近場區區域主干斷裂主要有老虎嘴韌性剪切帶、馬尼翁斷裂帶、墨脫斷裂帶、背崩-地東斷裂帶等，斷裂帶以NE向為主，主要從西工河河口雅魯藏布江右岸通過，距場址最短距離小于0.5 km。

引水隧洞布置于西工河右岸山體內，受工程場址區和近場區斷裂構造影響，巖體節理裂隙發育，次級斷層(破碎帶)較發育，圍巖完整性差。實際開挖揭露該段共有5道裂隙，各道裂隙發育情況如下：① N40°～50°,E/NW∠70°～80°；② N10°～20°,W/SW∠70°～80°；③ SN/W∠5°～8°；④ N30°～40°,W/NE∠45°～50°；⑤ N60°～70°,E/NW∠40°～55°；且塌方段實際開挖巖體結構為糜棱巖、碎粒巖，故,地質工程師結合現場實際和前期初設地質資料，判定該段為突變斷層導致的塌方，初步判斷隧洞遇到墨脫斷裂帶南東方向最外側的一條斷層(F1斷層)，斷層產狀：N30°E/SE∠55°～65°；斷層物質組成：以糜棱巖為主，還有碎粒巖、碎粉巖和碎裂巖[3]。

4 塌方段處理方案

4.1 塌方體封閉及排水孔施工

在靠近塌方體約20 cm位置立模噴C20混凝土，將塌方體外露表面全斷面封閉。因塌方體出水點無法明確，故現場擬定在施工過程中,根據現場實際情況在塌方體頂拱及其后方頂拱和邊墻范圍均設置排水孔，將塌方體內涌水引排。

首先，采用100B潛孔鉆在塌方體拱頂按環向30 cm鉆孔設置?100 mm排水孔，兼作頂拱空腔探測孔，實際鉆孔深度由施工現場根據現場實際情況確定；排水孔施工時，向上傾角15°、30°、45°間隔布設。

其次，采用100B潛孔鉆在靠近塌方體2～3 m位置的洞室左側拱頂設置4孔?100 mm排水孔兼作頂拱空腔探測孔，其中兩孔孔內設置D60鍍鋅鋼管防治塌孔或細石堵孔；排水孔施工時，向上傾角30°、45°間隔布置，長度根據現場實際施工情況進行確定。

最后，采用100B潛孔鉆在靠近塌方體2～3 m位置的洞室左右側邊墻各設置一孔?100 mm、L=12 m的排水孔，排水孔施工時與洞室邊墻形成15°～30°的夾角。

4.2 管棚施工

(1) 預固結管棚施工

1) 由測量人員在塌方體表面上找出隧洞拱肩位置，在拱肩以下按間排距40～50 cm布設預固結管棚管。預固結管棚管共設置4排，其中底板位置為第1排，管棚管長6 m；由下往上依次為第2排至第4排，其中第2排管棚管長5 m；第3排管棚管長6 m，第4排管棚管長9 m。

2) 預固結管棚管內采用分排間隔灌漿的方式灌注凈水泥漿，其水灰比為0.5∶1～1∶1，注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa，對塌方體進行預固結施工。預固結管棚管灌漿時，應將同一排注漿孔分為一序、二序間隔跳孔分別灌注，注完一序，再注二序；第1排注漿完畢后再分序間隔灌注第2排，依次循環灌注4排預固結管棚管。灌漿時，以灌漿管棚管孔口溢漿、穩壓觀察3 min后再次注漿時不再進漿為灌漿結束的標志。

3) 預固結管棚管的注漿施工中，各管棚管的注漿過程中不得中斷，應確保注漿連續。

(2) 頂拱管棚管注漿施工

塌方體預固結管棚管注漿施工完畢后，由測量人員放線找出隧洞拱頂范圍，按環向20～30 cm間距，向上傾角15°、30°、45°間隔的方式設置?50 mm、L=9.0 m頂拱管棚管。頂拱管棚管內采用隔孔灌注凈水泥漿的方式對塌方體進行頂拱管棚預注漿施工[4-5]。

4.3 塌方體的開挖及臨時支護施工

頂拱管棚管預注漿施工完畢12～15 h后，由人工配合扒碴機先將塌方體后方淤泥進行清除，再由人工配合扒渣機對塌方段按地質預報的圍巖類別及現場實際揭露情況組織進尺施工。先由人工采用風鎬摳除開挖邊線40 cm內的石碴后，及時采取頂拱間隔設置?25 mm超前錨桿和?50 mm管棚管，超前錨桿搭接長度在1～1.5 m之間，再素噴3 cm厚C20混凝土 + 掛設?8 mm@20 cm×20 cm鋼筋網片 + 安裝鋼筋格柵拱架 + 安裝聯系筋+噴20 cm厚C20混凝土 的方式進行臨時支護；鋼筋格柵拱架均采用4根?20 mm主筋+4根?12 mm“S”形分布筋組成，且每榀鋼筋格柵拱架均由8根?28 mm、L=3.0 m鎖肩鎖腳錨桿固定，拱架與拱架之間按間距40 cm布置?20 mm縱向聯系筋將其連接為一整體[6-10]。

因塌方體已滑塌至洞1+515.00 m位置，且涌水點位置無法確定，故塌方體進尺時頂拱按環向20～40 cm間距布設?25 mm、L=4.5 m超前錨桿與?50 mm、L=4.5 m管棚管，管棚管設置為花管，其兼做分壓排水管。同時根據現場實際地質情況可將局部?50 mm管棚管進行灌漿，確保塌方體固結效果進一步加強。

塌方體處理過程中出現涌泥、涌水或石碴時，根據現場實際涌泥、涌水或石碴情況進行分析后，對其采取相應的有效材料進行封堵或引排。

臨時支護完畢后再由人工配合扒碴機挖出中間剩余部分，塌方體一般情況下遵循每循環開挖進尺30～50 cm，其具體進尺尺寸按現場實際情況確定。

循環開挖支護至洞1+504.00 m位置后，為確保后續斷層開挖施工過程中安全通道的形成，根據現場處理情況對塌方段采用混凝土襯砌或周邊固結灌漿施工，并做好相應的排水措施，具體包括以下內容：

(1) 排水孔施工

根據現場實際滲水、涌水情況對堵塞排水孔重新鉆設，將排水通暢的排水孔順接至凈空斷面外，將積水沿著洞壁順利引排至洞內臨時排水溝內。

(2) 固結灌漿施工

1) 塌方段開挖及臨時支護施工完畢后，在洞1+504.00 m～洞1+515.00 m段洞室頂拱及邊墻按間排距1.0～1.5 m交錯布設固結灌漿孔。因塌方體地質條件復雜及突發情況無法預計，故固結灌漿孔深度根據現場實際情況確定。

2) 固結灌漿，采取兩側邊墻由底板往上同步灌漿完成后,再灌注頂拱范圍灌漿孔。

3) 固結灌漿孔內采用分排間隔灌漿的方式灌注凈水泥漿，其水灰比為0.5∶1～1∶1，注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa。固結灌漿時，應將同一排注漿孔分為一序、二序間隔跳孔分別灌注；一序孔注漿時，二序孔作為排氣孔；注完一序，再注二序；第1排注漿完畢后再分序間隔灌注第2排，依次循環灌注固結孔。在控制壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續灌注 30 min，即可結束灌漿[11]。

4) 注漿施工中，各孔的注漿過程中不得中斷，應確保注漿連續。

(3) 塌方段混凝土襯砌

塌方體段施工完成之后，為確保后續斷層開挖施工過程中安全通道的形成，必要時根據設計變更后的斷面尺寸對塌方段進行混凝土襯砌施工。

5 經驗與不足

5.1 現場缺乏相應的提前應對措施

亞讓水電站工程為設計施工總承包，初步設計中缺乏相應的地質資料，對于隧洞地質預判深度不夠，現場未提前制定相應的應對措施，導致洞內泥石流塌方段在處理過程中形成了一種“邊處理邊觀效”的施工方式，其處理周期過長。

后續工程如遇此類似塌方段，應結合地質預報，提前做好應對洞內泥石流塌方段處理的措施預案，避免出現大范圍的塌方。

5.2 塌方體灌漿固結效果欠佳

泥石流塌方段屬于墨脫斷裂帶最外側的斷層，斷層物質以糜棱巖為主，且伴有碎粒巖、碎粉巖和碎裂巖。塌方堆積體大部分為石粉，堆積密實，灌漿時漿液無法與塌體相容，僅能靠灌漿壓力將塌體擠壓密實，灌漿后開挖時漿液成塊，其它塌體無漿液。由于塌體上部有大量積水，且含有泥漿，漿液灌注后造成稀釋，與泥漿混合，導致部分漿液無法有效凝結，給后續處理造成困難。

5.3 大量涌水造成洞內泥石流、增加施工難度

塌方段右側(順水流)拱肩部位出現涌水且伴有大量泥漿，靠強堵進行處理。為了減少涌水帶出泥漿和石塊，超前錨桿加密至每1 m施作一循環，形成錨桿拱架，其施工難度較大。

5.4 增加鋼襯

洞室開挖支護施工完成后，因塌方體周邊存在空腔、滲水掏空等隱患，為確保有壓隧洞在電站運行中安全可靠，防止內水外滲，對此塌方段全部采用鋼襯進行加固。

[1] 中華人民共和國國家經濟貿易委員會.水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準:DL5180-2003[S].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.水工隧洞設計規范:DL/T 5195-2004[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3] 羅遠純,張高.四川木里河立洲水電站引水發電隧洞開挖圍巖失穩地質分析研究[J]. 水電勘測設計,2011(04):6-9.

[4] 王曉興.水工隧洞超長大管棚支護施工技術[J]. 廣東水利水電,2006(05):68-69.

[5] 李發揚.管棚支護在大發電站引水隧洞施工中的應用[J]. 四川水力發電,2006(10):85-87.

[6] 王紅峽 李留柱.不良地質條件隧洞施工技術[J].水科學與工程技術,2010(02):62-64.

[7] 崔瀟.隧道砂、泥巖水平層理圍巖施工技術探討[J].科學咨詢(決策管理),2010(02):90，99.

[8] 劉彤.淺談水工隧洞V類圍巖的支護[J]. 四川水力發電,2006(12):72-75.

[9] 劉明聲.磽磧電站壩區軟弱破碎圍巖隧洞開挖施工[J].西北水電,2007(03):51-55.

[10] 左建委.水工隧洞開挖與支護方法分類淺析[J]. 西北水電,2007(02):38-40.

[11] 中國電力企業聯合會.水工建筑物水泥灌漿施工技術規范:DLT 5148-2012[S].北京:中國電力出版社,2012.

Study on Reason Analysis and Handling Methods of Mudslide Collapse in Pressure Tunnel, Motuoyarang Hydropower Project

DONG Gonghua

(China Hydro Consulting Engineering Corporation, Northwest Branch, Xi'an 710061,China)

In combination with the handling construction of the mudslide collapse in the headrace tunnel of Motuoyarang Hydropower Project, Tibet, causes and process of the collapse and mudslide are described and analyzed. The handling measures are proposed on purpose.Key words: pressure tunnel; mudslide; handling method; Motuoyarang Hydropower Project

1006—2610(2016)05—0044—03

2016-05-06

董功華(1983- )，男，甘肅省永靖縣人,工程師，主要從事工程監理工作.

TV554

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.011