某水庫除險加固中引水隧洞存在的問題及處理措施

周小明，王旭東

（江西省水利水電建設有限公司，江西 南昌 330025）

1 工程概況

該水庫大壩為細石砼砌塊石雙曲拱壩，壩頂高程151.8 m，防浪墻頂高程152.70 m，最大壩高42 m，壩項寬3.0 m(含防浪墻)，壩頂弧長191.0 m。沖砂孔埋在壩內，內徑為0.6 m，采用鋼管襯套，放水孔中心高程為115.0 m，底高程為114.7 m，壩后接閘閥。溢洪道位于大壩中部，為鋼筋混凝土實用堰,堰頂高程150.0 m，溢洪道凈寬73 m，挑流消能，鼻坎高程147.136 m，反弧半徑R＝4.0 m，挑射角15°。引水隧洞布置在大壩左岸，采用圓形有壓洞設計，內徑1.8 m，長度1.78 km，進洞口底高程為122.5 m，出洞口底高程為98.0 m。隧洞距離出口50 m 設置一直徑為4.0 m 圓筒式調壓井。

該水庫是一座以發電為主兼灌溉、防洪等綜合效益的小（一）型水庫[1]，水庫關系到和平農場甘埔作業區人民生命財產安全，水庫大壩的安全運行及防洪安全極其重要。水庫除險加固工程實施后，可以提高大壩、引水隧洞等建筑物的安全性，更加有效地保證大壩下游供水及農田的灌溉用水需求，保護下游居民的生命財產安全，充分發揮工程效益。

2 隧洞現狀及存在的問題

引水隧洞進水口布置在大壩左岸上游約50 m 處，隧洞采用圓形有壓洞，內徑1.8 m，長度1.78 km，進洞口底高程為122.5 m，出洞口底高程為98.0 m。隧洞末端設置一個直徑為4.0 m 圓筒式調壓井，隧洞出口連接壓力鋼管通往下游電站廠房。引水隧洞進水口設置斜拉閘啟閉，采用直徑1300 mm 鋼管連接隧洞，并設置φ350 通氣管。現場檢查斜拉桿由于長期在水位變動區銹蝕嚴重，經現場工作人員描述通氣管由于尺寸偏小，開閘時會發生井噴現象。引水隧洞襯砌質量很差，普遍存在麻面和孔洞，局部曾發生過塌落。洞內滲水現象隨處可見，且滲水點多、滲漏量大。后期引水隧洞曾多次進行固結灌漿，但漏水現象仍未能得以解決。隧洞出口山體邊坡漏水嚴重且流量非常大，采用三角堰量測漏水量分別為：當庫水位在高程130 m 時，流量為16.563 L/s；庫水位在高程135 m 時，流量為23.34 L/s。說明隧洞的襯砌體和洞內巖體之間已存在滲漏通道，庫水通過巖體向洞出口流出。隧洞除險加固前現場查看情況見圖1。

圖1 隧洞現場滲漏水問題

原因分析：工程建于1994 年，施工時因受條件和技術限制，實際施工質量局部未達到規范規定要求，工程運行中已暴露出較多的質量問題，因此對水庫大壩除險加固勢在必行。

3 隧洞進、出口工程地質條件及評價

3.1 壓力引水隧洞工程地質條件

水電站壓力引水隧洞全長1.78 km，直徑1.8 m，在大壩上游左岸山體進洞，進洞口高程為122.5 m，出洞口高程為98.0 m，隧洞沿線地形起伏，沿線經過一大沖溝。隧洞區高程大部分在120 m 以上，最高達300 m～320 m，隧洞沿線地表多為第四系坡積物所覆蓋，偶見有基巖出露，進洞口至洞線300 m 左右巖石為燕山早期粗粒花崗巖，洞線300 m 至洞出口巖石為朱羅系南園組凝灰熔巖。

3.2 隧洞進口工程地質條件及評價

引水隧洞進洞口位于近壩庫區左岸，進口洞底高程122 m，距離左壩肩約80 m，進口山體屬剝蝕丘陵地貌，山體大部分被第四系坡積物覆蓋，進洞口附近分布為強～弱風化花崗巖，以弱風化巖為主，巖體節理裂隙較發育，節理裂隙以高傾角為主，無不利結構面組合。水庫運行以來進洞口附近邊坡僅局部碎塊狀的強風化巖塊沿邊坡脫落，洞進口邊坡穩定性較好。洞口段圍巖裂隙較為發育，裂隙透水性較好，洞附近圍巖距庫近，滲徑較短，高水位時庫水容易經裂隙往洞里滲水。

3.3 隧洞出口工程地質條件及評價

本階段勘察主要對隧道出口至洞內400 m 段進行進洞調查，以隧洞出口為0+000 樁號，隧洞出口段圍巖類別主要為Ⅲ～Ⅳ，圍巖為弱風化巖為主，局部強風化巖，裂隙發育，連通性較好，巖體透水性較強。該段圍巖類別和襯砌情況見表1。

經過多年運行，洞內襯砌質量很差，局部混凝土曾發生過塌落，洞內混凝土面普遍存在麻面和孔洞。洞內存在滲水現象，且滲水點多滲漏量大。在無庫水進洞時洞內地下水沿著襯砌的分縫處滲出。洞內滲水情況見表2。

表1 隧洞出口段圍巖類別和襯砌型式一覽表

表2 隧洞洞內滲水情況一覽表

隧洞過水時，洞出口山體邊坡漏水嚴重且流量非常大，為此特采用三角堰量測漏水量分別為： 當庫水位在高程130 m時，流量為16.563 L/s；庫水位在高程增加5 m時，流量為23.34 L/s。洞出口附近山體漏水與洞里過水有明顯的相關性，即庫水位抬升，洞出口山體漏水量增大，庫水位下降，則山體漏水量降低，若洞無過水，則山體幾乎無漏水現象。經進洞調查，發現隧洞出口段襯砌體多處已破壞有孔隙分布，與隧洞圍巖之間已存在滲漏通道，顯示洞出口周圍山體漏水主要來源于洞里過水。

隧洞襯砌、施工充填灌漿質量差，隧洞圍巖裂隙發育，且與隧洞聯通，隧洞過水后，在長期高壓水流作用下[2]，裂隙里的充填物被沖刷帶走，連通性進一步增強，導致長期的嚴重內水外滲。雖對隧洞進行過多次灌漿處理，但因該段圍巖裂隙發育、連通性很強，地下水流速較大，灌漿效果極差，漏水現象依然嚴重。

綜上，由于洞出口段砌筑洞通水后，洞出口段圍巖工程地質條件已惡化，巖體質量較差，洞出口山體穩定性存在較大的失穩隱患。建議對隧洞出口段巖體進行重新襯砌，并對出口段進行灌漿處理，以達到防滲效果。

洞進口邊坡穩定性較好，由于裂隙較為發育，裂隙連通性好透水性較強，建議對洞進口段圍巖進行防滲灌漿處理。

4 隧洞處理措施

4.1 方案比選

根據現場檢查、地質勘查以及洞內滲水情況分析[3]，初步得到隧洞進出口地質條件惡化，襯砌變形破壞嚴重，隧洞圍巖裂隙發育，且與隧洞聯通，隧洞過水后，在長期高壓水流作用下，連通性進一步增強，內水外滲現象嚴重。本次初步選擇鋼筋混凝土襯砌和鋼管內襯兩種方案進行隧洞處理。

方案一：鋼筋混凝土襯砌。根據地質勘查結果，原隧洞進口及洞身段長70 m，圍巖類別為II 類，未襯砌，本方案將隧洞進口洞段擴挖清除圍巖厚40 cm，采用C25 鋼筋混凝土襯砌厚度40 cm(見圖2)，出口及洞身段長度100 m，圍巖類別為Ⅳ類，原支護采用鋼襯厚8 mm 和C20 鋼筋混凝土襯砌厚30 cm，本方案拆除原襯砌(鋼拱架不拆除)，采用C25 鋼筋混凝土襯砌厚度40 cm，隧洞內徑減小成1.6 m，不影響輸水能力，隧洞進出口洞頂部位需進行固結灌漿[4]。

圖2 方案一鋼筋混凝土襯砌斷面設計圖

方案二：鋼管內襯。進口段圍巖不擴挖，只清除危險巖體，出口段原C20 鋼筋砼襯砌不拆除，在原襯砌上加固設計采用直徑1500 mm 鋼管進行襯套，空隙部分采用M10 水泥砂漿充填（見圖3）。

圖3 方案二鋼管進行襯套斷面設計圖

表3 各方案工程量、投資比較表

4.2 方案比較

（1）施工方法

第一種方案施工需拆除整個隧洞支護、砌體結構并擴挖重建，工程量、施工難度和施工強度都很大，施工中可能擾動圍巖而發生圍巖失穩，影響施工安全，同時拆除原支護、襯砌結構會產生大量棄渣，施工期環境影響較大且增加額外的水保投資和棄渣場占地。第二種方案較第一種方案施工簡單，無需拆除原有支護襯砌結構，也無需擴挖，施工更安全且不會產生棄渣，故本次推薦施工較簡單、安全的鋼管襯套為輸水隧洞加固方案。

（2）工程量及投資

通過表3 可知，鋼管襯套輸水隧洞改建加固和鋼筋混凝土襯砌輸水隧洞加固方案投資分別為61.64 萬元和141.54 萬元，從節省工程投資角度前者方案較優。

經施工、結構、工程量及投資綜合對比分析，鋼管襯套輸水隧洞方案較鋼筋砼襯砌加固方案好，安全運行較好，盡管斷面較原設計斷面小，但不會影響輸水能力，本次輸水隧洞除險加固選擇鋼管襯套加固方案。

4.3 鋼套管加固處理

由于洞出口段砌筑洞通水后，洞出口段圍巖工程地質條件已惡化，巖體質量較差，洞出口山體穩定性存在較大的失穩隱患。建議對隧洞出口段巖體進行重新襯砌[5]，并對出口段進行灌漿處理，以達到防滲效果，原洞身段內埋設D1500×14 螺旋鋼管（原洞身斷面為D=1.8 m 圓形斷面，埋設直徑1.5 m 鋼管后，洞頂剩余0.3 m 的施工寬度，埋設直徑更大的鋼管施工困難），埋管M10 水泥砂漿充填封堵加固。

5 結論及建議

除險加固引水隧洞改造加固工程實施后，可以提高大壩及下游建筑物的安全性，有效地保證大壩下游供水及農田的灌溉用水需求、保護下游居民的生命財產安全，充分發揮工程效益。工程于2018 年9 月加固完成后通水，加固后隧洞未出現滲漏等現象，運行良好，后期應加強運行管理及維護。