沐若水電站導流洞塌方設計處理技術

劉安國

中國水利水電第八工程局有限公司

沐若水電站導流洞塌方設計處理技術

劉安國

中國水利水電第八工程局有限公司

由于前期地質勘探不足，導致導流洞施工過程中出現塌方事故。通過方案對比，選擇最優設計方案，保證工程正常實施。本文通過研究對比導流洞設計方案，對類似工程項目具有一定的借鑒價值。

導流洞；塌方；設計處理技術；方案對比

1 工程概述

沐若水電站導流隧洞布置于左岸，由進口明渠段、洞身段、出口消能段組成。進口底板高程418m，出口底板高程394m。導流隧洞全長810.4m，標準過水斷面為斜墻平底馬蹄型，斷面尺寸為10.0×15.9m。

2 工程方案研究

當1#導流隧洞進口上半洞施工至樁號K0+038左右，隧洞出現塌方，塌方寬度約3m，順掌子面向內凹進約3m至樁號K0+041左右。后來，塌方延伸至地表形成漏斗狀塌坑。地表“漏斗”左側原1#導流隧洞進口上方變形體塌滑堆積物已將部分土體帶入洞中。

洞頂圍巖因塌方松弛，引起洞室穩定性進一步下降，若繼續按原施工方案進行洞室掘進，可能造成1#導流隧洞進口左側上部高土石邊坡失穩，給導流隧洞塌方處理和導流隧洞運行帶來威脅，并可能危及洞內人員及設備安全。

2.1 原因分析

（1）地質因素。導流隧洞進口直線段軸線埋深為6～32m，該段洞頂以強風化巖石為主，巖體節理、裂隙發育，塌方處存在一個小型揉皺，巖層經過揉皺后較破碎，形成強烈深風化區，強風化區侵入導流隧洞上部斷面，巖體質量分級為Ⅴ級，洞室穩定性較差。

（2）施工因素。考慮到進口段圍巖自身承載力低及封堵期需承擔較高外水壓力的要求，進口直線段樁號0+000.000～0+070.000采用襯砌厚度為2.0m全封閉鋼筋混凝土結構。施工方在通過此段時采取上半洞進洞、掛網噴混凝土、系統錨桿、鋼拱架及超前錨桿等初期支護與超前支護措施。但從地質剖面分析，強烈深風化區沿洞線方向長約24.0m，在施工至0+038.000時，因超前錨桿長度不足，一端未進入較完整的巖石之中，因此超前支護未發揮應有作用。在此情況下，加上開挖進尺過大、爆破震動較強，引起洞頂塌方。

2.2 方案研究

塌方后，漏斗周邊圍巖出現較大范圍松弛，巖體自穩能力下降，需結合現場施工情況，對已變形、塌方及預計出現塌方的洞段進行加固處理或另選地質條件較好的地段重新布置導流隧洞或考慮在現有導流隧洞開挖基礎上研究設置單洞的可能性，因此考慮以下三個方案：

（1）雙洞方案一。原地處理雙洞方案，對1#導流隧洞左側潛在高土石邊坡采用放坡開挖，隨開挖噴混凝土對坡面進行保護。邊坡處理完成后，對上部塌陷區周邊變形體滑塌堆積體進行清理，設置周邊排水截水溝，對地表塌坑進行回填，減少對高邊坡坡腳擾動；回填完成后，自地表對漏斗內土體及漏斗松弛一定范圍內巖土體采用灌漿加固處理，增加完整性及強度。地表加固完成后進行洞內塌方體處理，通過管棚、小導管超前注漿、預留核心土及時施做錨噴網+鋼拱架初期支護等措施，確保1＃導流隧洞安全通過塌方段。

（2）雙洞方案二。移線處理雙洞方案，考慮1＃導流隧洞上半洞進洞且掘進距離不長，將1＃導流隧洞進口移至現有1＃、2＃導流隧洞之間，導流隧洞洞身布置與2＃導流隧洞基本平行，通過增加上覆巖體厚度及遠離已部分滑塌的高土石邊坡，增加洞室穩定性。

（3）單洞方案。此方案利用已施工的2＃導流隧洞進口和1＃導流隧洞出口，將隧洞斷面擴大形成一條大洞，擴挖時以導流隧洞已開挖斷面為上半洞，向下進行開挖，以盡量減少其對截流、出口消能、下閘封堵及圍堰規模等的影響。

3 主要工程量及經濟分析

3.1 主要工程量

主要工程量匯總見表1，其中各方案工程量表中部分考慮了2＃導流隧洞移線前導流隧洞進口已發生的邊坡開挖工程量，移線方案和單洞方案均考慮廢棄1＃導流隧洞所增加的開挖及支護量。

表1 主要工程量匯總表

3.2 經濟分析

根據各方案工程量（表1），計算各處理方案導流隧洞工程總造價，并與原合同報價進行對比，對比分析結果見表2及圖1。

圖1 各方案導流隧洞總造價與原合同報價對比圖

從造價表（表2）及對比圖（圖1）可以看出，處理方案中單洞方案導流隧洞工程投資最省，為1.15億RM，較原合同報價減少約400萬RM，雙洞方案導流隧洞工程總造價均超過原合同報價，其中原地處理方案進口邊坡及塌方處理為3178萬RM，導流隧洞工程總造價達到1.6億RM，超過原合同報價35%，因此從經濟的角度出發，采用單洞方案可確保對控制工程投資有利。

3.3 方案比較

導流隧洞設計方案修改涉及圍堰規模、隧洞洞室施工運行期安全、出口消能、進出邊坡處理、施工難度、施工工期及工程經濟性等多個方面，以下從圍堰高度、導流隧洞出口消能、施工難度、施工工期及工程經濟性五個方面對方案進行對比分析。

（1）圍堰高度。在相同設計洪水標準下，雙洞方案遇全年30年一遇設計洪水時，圍堰堰前水位為445.0m，單洞方案考慮水庫部分調蓄作用，圍堰擋水水位為456.9m，單洞方案較雙洞方案圍堰高度增加約11.0m。

（2）導流隧洞出口消能。單洞方案導流隧洞總過水面積較雙洞方案的減小，因此在宣泄設計標準洪水時，導流隧洞出口單寬泄流量由150m3/s/m增加到220m3/s/m。根據雙洞方案水工模型試驗成果，雙洞方案宣泄30年一遇設計洪水時，出口最大流速達到20.7m/s，但對單洞方案，隧洞宣泄5年一遇設計洪水時其出口流速將達到雙洞30年一遇設計洪水流速；在設計工況30年一遇洪水時，單洞出口流速將超過20.7m/s，因此需對單洞方案導流隧洞出口消能形式及防沖保護范圍進行水工模型試驗驗證，必要時調整出口消力池結構。

（3）施工難度。管棚超前支護是中國國內處理塌方最有效的手段之一，因此設計研究采用長管棚原地穿越塌方段，但承包人在馬來西亞現有施工資源的基礎上，貫徹實施此方案可能具有一定難度。另外，在塌方處理之前需對導流隧洞進出口高土石邊坡進行處理，因土石方開挖工程量大，在馬來西亞多雨氣候條件進行邊坡處理，有效工作時間短，邊坡及時支護難度大。

移線方案因河床部位存在厚度約10～25.0m硬砂巖，水下爆破難度較大，也需對出口高土石邊坡進行處理。

單洞方案進口進一步下挖，出口設置消力池，雖然一定程度上增加了導流隧洞進、出口明渠干地施工的難度，但1＃、2＃導流隧洞已施工洞段基本將洞內圍巖地質條件探明，承包人可采取有針對性的施工措施確保施工安全。

從施工難度來講，原地處理雙洞方案難度最大，移線處理雙洞方案次之，單洞方案最小。

（4）施工工期。原地處理雙洞方案可利用2＃導流隧洞作為1＃導流隧洞施工支洞，工期取決于1＃導流隧洞塌方冒頂及進出口高土石邊坡處理。移線處理雙洞方案需廢棄1＃導流隧洞進口已施工洞段，洞線較原方案增加約70.0m，將一定程度延長施工工期。盡管承包人已按雙洞方案安排施工，但單洞方案上半洞基本貫通，施工組織相對簡單，根據施工方案及工期分析，承包人可對已制作鋼模臺車進行改造，在做好施工準備的基礎上，合理安排洞室開挖和襯砌順序，可確保2009年12月底完成導流隧洞施工，為實現截流目標爭取主動。

（5）經濟性。單洞方案混凝土及洞挖均小于雙洞方案，其中單洞較原地處理雙洞減少混凝土1.5萬m3，洞挖減少3.4萬m3，進出口明挖減少5.14萬m3，但單洞方案鋼筋用量較雙洞方案增加914t，明渠混凝土工程量較雙洞方案增加約2.5萬m3。就工程造價而言，單洞方案導流隧洞總造價小于雙洞方案，且小于原合同報價，因此對控制工程投資最為有利。

4 結論及建議

上述三個處理方案在設計和施工方面均為可行方案，原地處理雙線方案對導流隧洞運行、設計及導流工程總體設計影響最小，但進、出口高土石邊坡及塌方處理工程量大、難度較高，存在一定的不確定性，可能會影響工程總體工期。在三個方案中該方案投資最大，為1.6億馬幣，超過原合同35%，合同投資控制難度較大。

移線處理雙洞方案基本維持原設計方案，洞線增加約70.0m，雖避開了進口高土石邊坡的處理，但仍需對出口高土石邊坡進行處理，并需水下爆破拆除進口巖坎，對工期有一定影響。該方案造價較原地處理雙洞方案為省，但導流隧洞工程造價仍超過原合同報價12%。

單洞方案由于避開了進、出口高土石邊坡處理，可集中力量進行導流隧洞施工，施工組織相對簡單。因導流隧洞上半洞基本貫通，地質條件較為明確，施工方案及措施的針對性高。只要合理利用現有施工資源，精心制定施工方案并組織實施，可確保導流隧洞2009年具備通水條件，為階段性實現總工期提供保障。在經濟性方面，單洞方案不僅造價最省，而且較原合同報價節省400萬馬幣，對合同成本控制較為有利。

綜上所述，單洞方案具有技術上可行、工期上有保障、投資最省等優點，因此宜采用單洞方案。

5 結束語

在工程實施過程中，采用了單洞方案，工期和成本都得到了控制。現已施工完畢，贏得了業主的高度贊揚。本文通過對導流洞發生塌方事故后的后續處理研究，為今后的類似工程提供了一定的借鑒意義。

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.199

劉安國，出生于1982年，2004年畢業于武漢大學，所學專業為土木工程，現就職于中國水利水電第八工程局有限公司，工程師職稱，從事水利工程施工技術管理工作。