水電地下工程病害剖析及風險防治

方光達

(水電水利規劃設計總院，北京　100120)

?

水電地下工程病害剖析及風險防治

方光達

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

摘要：水電工程建設及運行過程中，受不良地質條件、設計質量、施工質量等因素影響，地下廠房、輸水隧洞、壓力管道等地下工程，出現了諸如塌方冒頂、圍巖開裂變形、噴錨支護結構破壞、混凝土襯砌開裂或脫落、隧洞爆裂、高外水壓力危害、高地應力危害等各種類型病害，對地下工程安全、投資及工期造成了重大影響。通過對中國國內水電地下工程出現的病害案例進行剖析，加強對工程前期、建設及運行階段的病害風險管理，有助于保障地下工程的安全建設與運行。關鍵詞：水電站；地下工程;病害案例;病害防治;風險管理

0前言

2000年新世紀以來，中國水電地下工程建設進入了高速發展階段，陸續建成了龍灘、水布埡、小灣、拉西瓦、構皮灘、瀑布溝、溪洛渡、錦屏一級、糯扎渡等一大批大型和超大型地下水電站，地下廠房、水工隧洞等地下工程建設取得了巨大的成就，目前白鶴灘、烏東德、雙江口、兩河口、猴子巖、黃登等一批巨型地下水電站引水及發電廠房系統也正在建設或進行設計工作。受不良地質條件、設計質量、施工質量等因素影響，地下工程建設中所出現的諸如塌方冒頂、圍巖開裂變形、噴錨支護結構破壞、混凝土襯砌開裂或脫落、隧洞爆裂、高外水壓力危害、高地應力危害等各種類型病害，對工程安全、投資及工期造成了重大影響。目前的研究成果對水電地下工程建設的經驗和成就闡述得較多，而對地下工程出現的病害案例剖析的較少，更缺乏系統的病害分類、原因分析及治理方面的成果。本文通過總結歸納中國國內地下工程建設中出現的病害現象，對其原因進行剖析，并提出了前期階段、建設階段、運行階段的病害風險管理思路，有助于保障地下工程的安全建設與運行。

1工程病害類型及產生原因

1.1工程病害定義

病害的含義通常是指植物在生長期因細菌、真菌、病毒、藻類或不適宜的氣候與土壤等因素而造成的發育不良、枯萎或死亡現象，屬于自然災害[1]。但近年來，一些文章也將病害引申至橋梁[2-5]、房屋[6-8]、地基[9-10]、混凝土結構[11-12]等工程領域。為避免觸及工程建設各方的責任，本文將所有因自然或因對自然因素認識不足的人為原因導致的事故、破壞、缺陷、破損等影響工程建設、結構安全、運行功能的不良現象，統稱為“工程病害”。

1.2病害類型及產生原因

水電地下工程病害產生的主要原因，可以歸納為自然原因(不良地質條件、不良氣候條件)、人為原因(設計原因、施工原因、運行管理不當等)、自然及人為綜合原因3個方面。根據病害發生情況及產生原因，可將水電地下工程主要病害初步劃分為15種類型，如表1。

表1　水電地下工程病害類型及產生原因歸納表

2地下工程病害案例

2.1錦屏一級水電站地下廠房

地下電站主廠房尺寸為276.99 m×25.60(28.90) m×68.80 m(長×寬×高，下同)，主廠房與主變室之間的巖柱厚度44.9 m，廠房縱軸線方向NW65°。地下洞室群圍巖為大理巖夾綠片巖，以Ⅲ1類為主，巖層總體產狀N40°～70°E，NW∠30°～∠40°。 f13、f14 、f18斷層從廠房通過，走向與廠房軸線大角度相交。 地下廠區最大主應力σ1達35.7 MPa，圍巖強度應力比一般介于1.5～3.0之間，屬于高～極高應力區。

地下廠房洞室群建設期間發生的病害主要有圍巖劈裂剝落、內鼓彎折、卸荷開裂、主廠房拱腳巖石劈裂、主變室下游拱座噴層裂縫、圍巖松弛破壞、主廠房與主變室之間的巖柱開裂、洞室圍巖變形普遍偏大、支護結構超限較多、補充支護工程量大等。高地應力及不利地質結構面是廠房等洞室圍巖發生病害及產生破壞作用的主要原因。

廠房下游拱座巖體松弛深度7～12 m，最深16.5 m，其中強松弛深度最深約9 m，典型強松弛孔內成像如圖1所示。主變室上游邊墻巖體松弛深度8～17 m，最深約18 m。地下洞室全部開挖完成后洞周圍巖大于10 cm的變形約9%，大于8 cm約20%，大于5 cm約25%，主變室最終洞周位移最大值大于20 cm。三大洞室監測錨索超過設計荷載，占監測錨索總荷載的28.44%。16根監測錨索荷載出現松弛突降現象。三大洞室監測錨桿127根，有20根實測應力值超過300 MPa，占監測錨桿總數的15.7%。

圖1　典型強松弛孔內成像圖

錦屏一級地下廠房的松弛區深度及表面變形量值已遠超過原來的設計經驗，對地下洞室群的穩定安全性如何評估，需要加深研究。

2.2瀾滄江功果橋水電站地下廠房

主廠房開挖尺寸為175.0 m×27.4(25.2)m×74.45 m(長×寬×高)，主廠房與主變室之間的巖柱厚度40.0 m；圍巖主要為變質砂巖、石英砂巖及砂質板巖，以Ⅲ類為主。實測最大主應力量值10 ～13 MPa，方位N28°～30°E，與廠軸交角小于25°。

2009年6月，功果橋地下廠房開挖至發電機層時，三大洞室上游拱腳部位的噴層均出現了平行于廠房軸線方向的裂縫。主廠房廠右、下游邊墻1 253.00 m高程以上錨索測力計超過有效量程的5%～18%；尾調室上游、左端墻分別超過測力計有效量程的9.4%～24.9% 。

2.3甘肅三道灣水電站地下廠房

地下廠房尺寸為71.3 m×21 m×37 m， 圍巖為粉砂泥質板巖、夾砂質板巖，巖石層理及板理發育。頂拱圍巖為Ⅳ類，邊墻圍巖為Ⅲ、Ⅳ類，整體穩定性及自穩能力差。廠區最大地應力約7 MPa。2011年5月拱頂發生59 m段長的塌方，塌方最大高度14.7 m，塌方量約8 000 m3。

2.4大崗山水電站地下廠房

地下廠房位于左岸山體內，埋深約400 m。主廠房尺寸為226.58 m×30.8 m×74.6 m；主變室尺寸為長度144 m×19.3 m×25.8 m；尾水調壓室長度132 m×24.3 m×77.1 m。

圍巖為黑云二長花崗巖，并有輝綠巖脈穿插。主廠房洞室以Ⅲ類圍巖為主，地應力量值為11.37～22.19 MPa。2008年12月中旬，在主廠房第Ⅰ層頂拱上游側擴挖時，4號機組段的β80輝綠巖脈破碎帶部位頂拱發生了塌方，塌腔總高度約33 m，塌方量約3 500 m3(圖2)[13-15]。

圖2　大崗山地下廠房頂拱塌方形狀圖

2.5坪頭水電站地下廠房

總裝機容量為180 MW。主機間尺寸為44 m×18.6 m×39.6 m；主變室開挖跨度14.6 m，最大高度26.91 m。主廠房、主變室平行布置，之間巖柱厚度為28.5 m。

廠房圍巖為中厚層細晶白云巖，巖層總體產狀為N60°～70°E/SE∠30°～∠40°，沿層面和近南北向陡傾角張性結構面發育有強風化夾層和巖溶現象，對地下廠房邊墻及頂拱圍巖穩定不利。圍巖以Ⅲ～Ⅳ類為主，總體穩定條件較差。

在地下廠房建設工程中，出現了地下巖溶管道涌水、左拱座巖體順層滑動變形、頂拱混凝土開裂、漏筋、鋼筋變形及多處混凝土掉塊等不良病害[16-17](圖3)。由于地下水位高，涌水量大，廠房下挖不敢繼續，將地下廠房整體上抬了15 m，已完成的頂拱混凝土襯砌及支護進行拆除，重新開挖頂拱并重新支護與襯砌。導致投資增加及工期加長，且運行期減少電量約1 700萬kWh。

2.6拉西瓦水電站地下廠房

地下廠房總長 311.75 m，其中主廠房尺寸為279.75 m×30 m×74.84 m；內裝6臺700 MW 的水輪發電機組，地下廠房下游側主變開關室尺寸為 232.60 m× 28.7 m× 51 m。 圍巖為堅硬致密的花崗巖，以Ⅱ、Ⅲ類為主。經現場地應力測試, 地下廠房區最大主壓應力29.7 MPa。在建設中，出現了因高地應力產生的巖爆現象較為普遍，主要表現為塌方、圍巖板狀剝落、洞壁巖體板狀劈裂、羽狀劈裂、巖片(塊)彈落、巖石爆裂聲響等病害現象[18]。

圖3　頂拱混凝土襯砌破壞、漏筋及鋼筋壓彎照片

2.7錦屏二級水電站引水隧洞

引水隧洞單洞長16.7 km，開挖直徑一般為13.0 m。引水隧洞線路長、埋深大、工程地質及水文地質條件復雜。自西向東隧洞圍巖分別為T2z雜谷腦組大理巖、T2b白山組大理巖、T2y鹽塘組大理巖，其余為T1綠片巖和T3砂板巖。

隧洞最大埋深達2 525 m，回歸的最大地應力達63 MPa，在建設工作中出現了巖石鼓脹破裂、噴層開裂剝落、塌方等巖爆現象明顯，圍巖松弛深度較大[19-21]。1號引水隧洞最大松馳圈深度在T1綠泥石片巖洞段，松馳圈深度在2.4～6.6 m，最大松弛深度13 m；其它洞段松馳圈深度一般在0.8～3.2 m，部分在3.4～5.4 m，個別在5.8～6.2 m。Ⅱ、Ⅱb、Ⅲ類圍巖松馳圈平均深度小于2 m，測得最大深度達5.2 m，Ⅲb、Ⅳ類圍巖松馳圈平均深度1.7～2.8 m，測得最大松馳圈深度達6.4 m。原來有1/3洞段采用噴錨支護，由于洞周巖體松弛的影響技施階段全長采用鋼筋混凝土襯砌。

最大外水壓力水頭約1 000 m，施工中開挖出現射流、噴霧等高壓涌水問題，單點最大涌水量大于3 m3/s；2012年8月30日暴雨期間，隧洞最大外水頭約200 m，西端及東端均發現多處混凝土抬動及裂縫射水或出水現象。

西端綠泥片巖洞段，綠泥石片巖飽和抗壓強度約19.47 MPa，強度的軟化系數為0.5；飽和情況下綠泥石片巖的平均彈性模量為3.54 GPa，僅為大理巖的11.7%(30.13 GPa)。由于綠泥片巖強度及變形模量低，洞室開挖變形大且隧洞縮徑現象較為明顯，總長約400 m。部分變形量在20～60 cm之間，局部甚至超過1 m。

由于運行期外水壓力高，隧洞還存在圍巖穩定、圍巖滲透穩定、襯砌結構抗外壓穩定等關鍵技術問題。

2.8美姑河柳洪水電站高壓管道爆裂事故

2006年11月10日，柳洪水電站引水系統開始充水，11月18日壓力管道附近地表發現異常涌水現象。11月23日，4號碴場及壓力管道制作場區域的土坡開始出現大范圍變形，有大量呈塑流狀土體泄入美姑河中， 滑落于美姑河中的水上部分土體體積為30萬m3左右。滑坡堵塞美姑河及美姑縣內省道，見圖4。放空檢查發現：高壓管道上斜井鋼筋混凝土襯砌段開裂，存在脫空、破碎、剝落及裂縫密集、漏筋等破壞情況，造成洞周巖體高壓滲透破壞和嚴重滲漏，誘發了山體滑坡。

事故主要原因：① 灌漿施工質量差，甚至造假未進行任何固結灌漿。② 施工縫冷縫未做好處理，上斜段21條施工縫，僅有3條較好未形成冷縫，其余縫無任何粘結，甚至縫面完全張開。在內水高水頭的工況下，必然形成內水外滲另一個主要通道。③ 灌漿孔未封堵或封堵質量差。

圖4　滑坡堵塞美姑河道照片

2.9寶泉蓄能電站高壓管道滲漏，山體冒水

自2010年1月，引水道滲漏量不斷增加，最大達到800 L/s。引水發電系統所在山體地表出現滲漏水，個別滲水處崩塌堆積體出現淺層失穩。停機檢查發現，上斜井高程620.00～540.00 m之間砂巖段漏水量較大，部分出水點出露承壓水(圖5)，襯砌混凝土裂縫較多，以縱向裂縫為主，最長裂縫達20～25 m。

事故主要原因是固結灌漿未達到預期的效果，從而導致引水系統混凝土襯砌結構開裂及漏水，漏水量異常增加影響到工程的安全運行，并對山體穩定安全性構成威脅。

圖5　　　　引水道高程610.00 m襯砌結構裂縫及外水內　　　滲情況圖

2.10廣州抽水蓄能電站二期鋼筋混凝土高壓岔管滲漏

廣蓄二期引水隧洞首次充水期間，引水隧洞右側南支洞洞壁巖石發生水力劈裂，裂隙大量滲水，水壓力很高，呈噴射狀霧狀水幕，部分已汽化并發出陣陣呼嘯聲；岔管及支管附近滲壓計壓力，比充水前最大增加538 m；1號排水洞中24支底板排水孔均出水，測壓水頭在300～600 m，一只壓力表因超過設計量程而失靈。主副廠房頂拱大面積滴水，上游邊墻吊車粱的上方墻面多處滲水。 充水至第6天，南支洞滲水32 L/s，S5滲壓水壓水位765.00 m，比上庫水位僅低35 m。

圖6　天荒坪二期高壓岔管平面圖

水道放空檢查發現，高壓岔管及各支岔管混凝土均有不同程度的裂縫，不規則分布，大多為充水后新裂縫，其中以8號支彎管和7號主岔管最多，8號支彎管鋼筋混凝土上最大一條裂縫寬2 mm，環向貫穿全斷面[22]。

事故主要原因分析：高壓岔管與1號排水洞之間的水力坡降達19，水力坡降偏大；二期岔管處圍巖中發育1組NW向張扭性節理，透水性較好。

2.11羊卓湖抽水蓄能電站壓力隧洞混凝土襯砌脫落

1996年10月放水后停水檢查，發現上平段混凝土開裂脫落。分析認為是由于施工質量差，運行時在內水壓力作用下襯砌開裂，內水外滲；運行后又突然關機，放水速度過快，在外水壓力作用下，混凝土襯砌大片脫落。為處理襯砌開裂問題，最后決定將原2.7 km上平段鋼筋混凝土襯砌改為鋼襯[23]。

2.12十三陵抽水蓄能電站1號尾水洞混凝土開裂

1號尾水洞1997年11月停水檢查，發現0+793.85 m～0+803.48 m段的洞頂約有10 m2混凝土開裂，形成凹坑，有部分鋼筋外露、拉斷，該襯砌段整體上抬10～30 cm。

主要原因：洞頂混凝土存在3.25 m空腔未被回填情況，再加上施工中取消了回填灌漿，改用一次固結灌漿，襯砌與圍巖嚴重脫空，導致洞頂大量混凝土開裂、脫落[23]。

2.13江西蔡坊水電站淺埋壓力隧洞爆裂

試運行壓力隧洞發生爆裂，滲透水流從山體內沖出，形成泥石流，淹沒廠房和開關站，廠房淹沒水深8.1 m，造成嚴重經濟損失，但未造成人員傷亡。檢查結果，在長度9.4 m鋼筋混凝土襯砌洞段(兩條施工縫之間)，有寬7～21 cm的裂縫。失事的主要原因：下平段最大水頭124.92 m，實際覆蓋層厚僅18.55～20.35 m，不滿足規范埋深要求[23]。

2.14江西遂川縣安村水電站壓力隧洞淺埋段鋼筋混凝土襯砌開裂漏水

近廠房壓力管道段鋼襯設計水頭143.3 m，下平段隧洞設計水頭127.55 m。蓄水發電后發現山坡集中出水，放空檢查發現，自調壓井至鋼管段(3+270 m～3+431 m)161 m洞段，鋼筋混凝土襯砌開裂、滲水，有不同程度的裂縫100多條，最大縫寬2.2 mm。設計復核發現：下平段3+270 m～3+431 m巖體風化嚴重，呈碎裂結構，覆蓋層厚度18～80 m，部分洞段覆蓋層厚度不夠；圍巖未進行固結灌漿設計，灌漿混凝土亦未按抗裂設計，圍巖所能提供的彈性抗力不高，鋼筋應力偏大，襯砌裂縫開度大，促成內水外滲。另外該段少量洞頂環向受力鋼筋施工中割斷后，既未焊接復原也未綁扎復原，影響襯砌和鋼筋受力[23]。

2.15白蓮河抽水蓄能電站壓力隧洞段嚴重滲漏

1963年1月壓力隧洞充水，洞內水頭41 m，充水后2～20 min，即出現嚴重內水外滲現象，廠房后緣山坡、支洞及變壓器平臺大量滲水，總漏水量達40 L/s，最高逸出點高出支洞約30 m。經環氧砂漿鉤縫(總鉤縫長約1 200 m)，所有滲水點均不再滲水，至今運行正常。

事故原因分析：① 廠房后緣山坡、下平段支洞及變壓器平臺覆蓋層巖體厚度薄，分別為5～25 m，巖體裂隙發育，泥質沖填，彈性抗力低。② 襯砌施工質量差，支洞頂拱超挖系用漿砌石回填。③ 工作縫未設止水，灌漿孔封堵不良，導致內水外滲[23]。

2.16太平驛水電站壓力隧洞襯砌脫落

1995年2月11日停機后進隧洞檢查發現在3+510 m～10+122 m洞段存在襯砌脫落、開裂等現象。3+510 m～10+122 m洞段洞頂中線附近3～4 m范圍內，有25處混凝土脫落，總長度約271.5 m。隧洞頂部沿中線附近3～4 m范圍內，有不規則環狀裂縫28處，長約375 m。隧洞沿中線有縱向裂縫17處，長約150 m。洞身腰線以上也有不同程度裂縫如冷縫、斜向或水平裂縫，其中8+036 m～8+320 m處裂縫較多[23]。

原因分析： 采用先邊墻頂拱后底拱襯砌法，造成許多反縫，橫縫和反縫多處滲水，止水效果很差；頂拱3～4 m范圍頂拱混凝土未澆滿，回填不密實，是造成局部頂拱混凝土開裂、脫落等質量問題的直接原因。

3地下工程病害風險防治措施

地下工程病害如果不加強預防和治理，會對工程的施工安全、圍巖穩定、結構安全、運行安全造成不利影響，甚至造成嚴重事故，給工程安全及生命財產造成重大損失。因此，應從工程前期設計階段開始，對地下病害的風險進行防控，并貫穿于地下工程的設計、建設、運行整個生命周期中，以確保工程安全。

3.1前期工作中防控措施

在預可行性研究及可行性研究等前期工作中，應從查明主要地質問題、做好地下工程場址及位置選擇、優選合理建設方案等方面，加強病害的系統防控工作，此時防控的主體主要為設計單位。主要措施有以下幾個方面。

(1) 加強基礎資料分析及風險預測工作。在前期各設計階段，應詳查地下工程的主要地質問題，對地質勘察資料加強分析與研究，預測建設中可能出現的病害類型及其危害程度，制定有關病害的管理及工程預防措施。

(2) 優選地下廠房及隧洞位置。為降低地下工程可能出現的病害及風險，應優選地下廠房位置、軸線及隧洞布置，選擇圍巖穩定性好、質量較優的位置，以利于工程的順利建設，同時還要考慮地應力、結構面等因素的影響，兼顧高壓岔管位置的選擇；對地下廠房、主變室、尾調室等地下洞室群，應考慮三大洞室布置方式及洞室間距選擇，保留足夠的巖體厚度以減少塑性區的范圍，避免發生塑性區貫穿情況及水力劈裂的發生，增加圍巖整體穩定性。對因條件限制而洞室間距偏小時，應采取加強支護措施。

(3) 合理選擇洞室開挖斷面。對洞室的斷面形狀，應考慮巖性、巖體類別、地應力條件等，采取有利于圍巖穩定的斷面。一般情況可采用城門洞形，對于軟巖，可采用圓形斷面、馬蹄形隧洞斷面，高地應力區，以圓形斷面為優。

(4) 合理選擇支護設計方案及支護參數。應根據查明的主要地質條件，合理確定圍巖支護方案及支護參數，避免因支護強度不夠發生塌方、變形、圍巖開裂等病害后果。

(5) 合理選擇襯砌設計方案。應根據地下洞室的使用要求及圍巖條件，確定襯砌方案，如隧洞可采用混凝土襯砌或鋼管襯砌方案，非過流的地下洞室，一般以柔性噴錨支護為主，必要時也需采用鋼筋混凝土襯砌方案。

(6) 合理選擇洞室開挖程序及施工方案。合理選擇地下洞室群開挖順序，有利于施工期圍巖穩定并減小變形、錨桿、崩塌等病害，如地下廠房頂拱可采用中導洞或邊導洞開挖順序，先開挖周邊排水洞，相鄰洞室可采用跳洞開挖施工等。采用控制爆破或光面爆破、預裂爆破技術，可減少巖石的松弛深度。預留保護層，采取預錨措施，如長錨筋樁或不張拉錨索預錨不失為有效的措施。

(7) 合理選擇防滲排水布置方案，防止圍巖水力劈裂及過量滲漏。

(8) 合理選擇監測項目及監測布置。根據圍巖地質構造發育情況、巖性及類別、洞室體型等情況，要有針對性布置監測斷面及重點監測項目，控制施工期圍巖的工作性態。

(9) 做好圍巖穩定及結構安全分析研究，確定合理的安全控制指標。在前期工作中，應做好圍巖穩定分析工作，對圍巖變形、外水壓力、松弛深度、支護結構受力等指標初步提出控制指標，并在施工過程中，根據監測資料，及時評價圍巖及支護襯砌結構的安全狀態。

(10) 加強地下工程風險預評估工作。根據初步查明的地下工程地質條件，對可能存在的病害及風險進行預先評估，并提出工程建設中的初步控制措施。

3.2建設階段的風險防控措施

地下工程建設階段，隨著施工過程中對地質情況的進一步揭露，設計需對前期階段設計方案及風險防控的合理性進一步復核，并進行必要的調整；施工單位除嚴格遵照設計方案進行施工外，應及時反饋工程建設中出現的病害問題，和其他參建各方一起精心對施工方案及工藝進行研究，完善地下工程的病害治理及防控方案，確保地下工程建設安全。此時的病害風險防控主體已由前期階段的設計單位，轉為項目業主、監理、施工單位、設計單位的所有參建單位。病害的主要防控措施有以下幾個方面。

(1) 確定合理的開挖方案及開挖順序。根據施工通道開挖揭露情況，進一步復核地質條件，提前預測下一步可能存在的風險和地質問題，對開挖方案及順序進行必要調整；如預先開挖排水洞，保證洞室干地施工，可提高圍巖穩定性；必要時，可預先進行錨固及預灌漿處理措施。

(2) 做好地下工程突涌處理。對地下突涌水問題，首先進行引水、排水處理，制定堵水措施及出水點永久處理方案。如對裸巖進行高壓固結灌漿，并在支護及襯砌后對位進行二次高壓補充灌漿等，同時對突涌水處的圍巖及結構安全性進行復核。

(3) 做好巖爆預防及處理。為降低巖爆的不利后果，可采用超前鉆孔應力解除，超前縫管式錨桿預注高壓水，短進尺開挖，開挖面、掌子面噴灑冷水，及時噴鋼纖維混凝土或掛網噴混凝土，阻止圍巖張裂、松動、塌落或彈飛，及時預應力錨桿支護等防控措施，同時加強監測、注意施工安全。

(4) 做好圍巖松弛問題的預防及處理。圍巖松弛量值過大，特別是超過一般工程經驗時，會對圍巖穩定造成巨大威脅。應加強圍巖變形監測及松弛程度、深度的探測工作，對施工開挖方案進行合理調整，及時加強支護，增加支護強度，對松弛圍巖進行固結灌漿，維持圍巖完整性。

(5) 重點對建設期圍巖變形穩定問題進行及時評估。對于圍巖變形過大問題，應加強圍巖變形原因分析及預測、變形對圍巖及結構的影響分析等工作，評價圍巖變形的可接受程度，及時采取控制圍巖不利變形的工程措施，并加強變形監測資料及時分析與評估。

(6) 提前預防預測圍巖塊體穩定及塌方。應提前預測可能的塌方部位，采用超前加固手段，及時采取支護加固措施，對重點部分加強監測資料分析，提前消除危險。

(7) 及時評估支護結構超限的不利影響并采取加強措施。應統計錨桿、錨索支護力超限比例，分析超限原因，對圍巖穩定性復核評價，必要時采用增加預應力錨索、錨桿等加強支護強度措施。

(8) 對支護設計動態調整。地下工程設計是一個動態過程，應根據不斷揭露的地質條件及存在問題，及時進行支護方案調整，根據圍巖變形特性，研究采用及時支護方案或適時支護方案，使支護強度與圍巖變形處于動態平衡，并對支護工程量進行動態調整。

(9) 合理解決地下工程支護工程量計付問題，隨著施工的不斷進展，地下開挖及支護工程量與前期設計相比，可能會發生變化，甚至增加較多。應合理解決系統支護及隨機支護工程量、臨時支護及永久支護工程量、現場設計增加工程量、監理要求的支護工程量、支護工程量最終核準及支護、合同中的支護工程量約定等問題，在確保地下工程安全建設的情況下，盡可能減少工程量的增加幅度。

(10) 對圍巖穩定性評價標準進行深入研究。隨著地下工程建設規模及難度的不斷增加，建設中遇到了更為復雜的地質問題，這使得關于圍巖的安全性評判問題變得越來越復雜。近期大型水電地下工程建設經驗表明，原來的圍巖安全評判準則已經不能適應。這需要對圍巖的安全評價準則及指標，進行進一步研究和復核。如松弛區深度的安全評價原則、表面變形的安全評價指標、支護結構受力狀態評價指標、變形收斂速率評價指標等其他評價指標，需根據工程的實際情況進行深入研究。

(11) 重視地下水腐蝕危害及治理。地下水的腐蝕性會影響錨桿、錨索及混凝土的耐久性，需對地下水腐蝕性、腐蝕危害性進行分析，采取抗腐蝕材料或其他抗腐蝕措施。

(12) 加強建設期工程安全監測資料分析與反饋。建設過程中，對重點部位需針對性增加監測項目，加強評估監測資料分析工作，根據監測成果對支護設計進行必要調整，及時評價地下工程的安全狀態。

3.3運行期的風險防控措施

地下工程建成后，運行單位成為地下工程病害及風險的防控主體。防控措施主要為加強監測和風險評估。具體措施主要為；① 對施工建設中出現的變形大、涌水量、圍巖破裂等重點部位加強監測和巡視加強；② 對監測資料特別是異常測值情況及時進行整理分析，定期評估地下工程安全及穩定性；③ 根據監測資料分析評估情況，必要時采取補充支護、加強排水、補充灌漿等處理措施，消除運行期的危害因素。

4結語

(1) 本文首次對地下工程病害進行了定義，并初步總結歸納了15種地下工程病害類型。作者認為地下工程病害產生的原因，主要是由于高地應力、高外水壓力、巖溶、不良地質構造等復雜地質條件、技術發展水平限制以及各種人的責任因素，并對各種病害類型的產生原因進行歸納和總結。根據收集到的中國國內水電地下工程案例，對地下工程病害現象、危害及具體原因進行了剖析，提出了前期設計、施工建設、運行管理等階段地下工程病害風險的防控措施。

(2) 地下工程各種類型病害，對水電地下工程安全、投資及工期造成了重大影響。設計、施工、管理等建設各方作為病害防控的主體，高度的責任心及協作精神是預防病害發生的關鍵所在。

(3) 通過采用精心勘探設計、提前重點預防、保證施工質量、加強監測與分析、支護措施及時到位、支護設計及時動態調整、發現問題及時處理等病害及風險防治措施，可以減少地下工程的病害及其風險，保證地下工程的安全建設和運行。

參考文獻:

[1]中國社會科學院語言研究所詞典編輯室.現代漢語詞典修訂本[M].3版. 北京：商務印書館，1997：93.

[2]劉陽.公路混凝土橋梁病害及處理措施[J].科技創新與應用，2013(34)：194.

[3]陳剛.混凝土橋梁的病害處理[J].鐵道工程學報，2006(05)：70-72.

[4]陳志伍.關于橋梁病害成因的分析及對策[J].黑龍江科技信息， 2012(22)：254.

[5]崔正春.中小跨徑混凝土橋梁常見病害及處理措施[J].施工技術，2011(增刊):180-183.

[6]陳冰.房屋建筑的病害分析與治理對策[J].中外建筑， 2007(04)：89.

[7]張勛.房屋結構病害分析與維修處理方式[J].黑龍江科技信息，2010(02)：284.

[8]劉濤.房屋施工基礎病害整治及加固措拖[J].中國新技術新產品，2010(10)：163.

[9]麻鎮文.建筑地基中的病害及處理方法[J].廣東科技，2007(S1)：210～211.

[10]李宇伶方, 蒲翠玲, 孫鴻偉. 軟土地基病害類型及處理措施研究[J].山西建筑，2007(09)：121-122.

[11]陳國文.混凝土結構工程病害的原因及防治[J].科技資訊，2006(21)：53.

[12]王曉明,劉斌. 隧道混凝土結構病害成因分析及其健康診斷研究[J].混凝土，2006(07)：89-91.

[13]張學彬.大崗山水電站廠房頂拱塌方處理研究與實踐[J].四川水力發電，2010(06)：55-59.[14]楊繼華,肖培偉,朱澤奇,王帥.地下廠房頂拱塌方加固處理及施工過程穩定性分析[J].長江科學院院報，2012(02)：24-28.[15]蔡斌,鄧忠文,吳灌洲.大崗山水電站地下廠房塌方區圍巖穩定分析[J].人民長江，2012(22):33-35.

[16]陳東升,喻暢,尹葵霞. 坪頭水電站地下廠房圍巖穩定分析與變形破壞特征[J].水電站設計，2012(02)：63-71.

[17]曾晉.坪頭水電站地下廠房頂拱襯砌裂損機理探討[D].貴陽：貴州大學,2009.

[18]楊天俊.拉西瓦水電站地下硐室巖爆現象典型實例分析[J].西北水電，2008(03)：9-11.

[19]袁亮,石釗.錦屏二級水電站引水隧洞TBM遇突涌水施工對策[J].水電站設計，2012(S1): 9-10.[20]侯靖,張春生,單治鋼.錦屏二級水電站深埋引水隧洞巖爆特征及防治措施[J].地下空間與工程學報，2011(06)：1252-1256.[21]周垂一,李軍,嚴鵬.錦屏二級水電站深埋隧洞施工難點解析[J].隧道建設， 2013(06)：481-488.

[22]伍智欽.廣州抽水蓄能電站二期工程上游引水系統充排水試驗[J].水利水電技術，2000(04)：48-51.

[23]王民浩.水電水利工程風險辨識與典型案例分析[M].北京：中國電力出版社，2010：437-446.

Defect Analysis and Risk Prevention & Treatment of Underground Works of Hydropower Project

FANG Guangda

(China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120,China)

Abstract:During construction and operation of hydropower project, defects of underground works, which are resulted from unfavorable geological conditions, design quality and construction quality, such as collapse, roof falling, surrounding rock crack & deformation, failure of structure with shotcrete & anchoring support, crack or falling of concrete lining, tunnel bursting, high external hydraulic pressure and high crustal stress hazard of underground powerhouse, headrace tunnel and penstock, etc, largely impact safety, investment and construction period of such underground works. Through analysis on defects occurring on underground works in China, the strengthening defect and risk management at stages of pre-construction, construction and operation will benefit safety construction and operation of the underground works.Key words:hydropower station; underground works; defect treatment; risk management

文章編號：1006—2610(2016)03—0001—08

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：方光達(1962- )，男，江蘇省宿遷市人，教授級高工，從事水利水電工程設計研究、咨詢、審查、驗收、評估、安全鑒定等工作.

中圖分類號：TV698.1

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.001