栗 佳，黃遠(yuǎn)澤

(1.遼寧省清河水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112000；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130021)

1 工程概況

某水電站位于云南省德宏州境內(nèi)，該樞紐是以發(fā)電、防洪為主，兼顧灌溉的綜合性樞紐工程，并為城市供水、養(yǎng)殖和旅游提供了有利條件。樞紐總庫(kù)容12.17×108m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容6.79×108m3，電站裝機(jī)三臺(tái)，總裝機(jī)容量240MW。

樞紐工程由混凝土雙曲拱壩、引水隧洞及發(fā)電站廠房等組成。

工程施工導(dǎo)流采用土石圍堰一次攔斷河床、導(dǎo)流洞泄流的全年導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞布置在右岸，導(dǎo)流洞全長(zhǎng)837.70m，斷面形式為12m×12m(寬×高)城門(mén)洞型。

2 導(dǎo)流洞塌方經(jīng)過(guò)

據(jù)施工單位介紹，導(dǎo)流洞采用分層開(kāi)挖方式，上半洞于當(dāng)年6月末已貫通。當(dāng)年8月5號(hào)晚8點(diǎn)多，導(dǎo)流洞樁號(hào)導(dǎo)0+100m左右拱肩附近位置出現(xiàn)滲水(自上導(dǎo)洞貫通以來(lái)該部位一直沒(méi)有地下水滲出)。當(dāng)日晚11點(diǎn)多施工人員在樁號(hào)導(dǎo)0+118m附近洞段進(jìn)行施工，在準(zhǔn)備進(jìn)行下部型鋼拱架安裝時(shí)，聽(tīng)到頂部圍巖有異響，并發(fā)現(xiàn)已噴混凝土局部掉塊現(xiàn)象，于是緊急撤場(chǎng)。至次日凌晨00：05分，洞頂樁號(hào)導(dǎo)0+088m-0+112m洞段初期支護(hù)全部垮塌，洞內(nèi)全部被碎渣封堵。并一直坍塌至地表，地表沉陷寬度約23m，深度約2m，面積約500m2，洞內(nèi)塌方量約4300m3。

3 導(dǎo)流洞塌方原因分析

一般來(lái)說(shuō)，引起隧洞塌方的原因是多方面的，主要分為自然原因和人為因素，其中自然原因較容易調(diào)查和分析，而很多人為因素很難追溯和判定。當(dāng)年8月中旬，建設(shè)單位組織專(zhuān)家對(duì)塌方原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，與會(huì)專(zhuān)家認(rèn)為本工程導(dǎo)流洞塌方主要還是自然原因引起的。

3.1 自然原因

根據(jù)導(dǎo)流洞開(kāi)挖揭露情況，塌方段及其影響段的地質(zhì)條件較差。自樁號(hào)導(dǎo)0+065m至導(dǎo)0+124為斷層破碎帶，樁號(hào)導(dǎo)0+124m-0+116m出露f14斷層，產(chǎn)狀N50°E，NW，∠70°，寬度8m，主要由糜棱巖、碎裂巖和少量灰黃色斷層泥組成。碎裂巖風(fēng)化強(qiáng)烈，長(zhǎng)石已高嶺土化。斷層泥厚0.2-2cm，不連續(xù)。f14斷層破碎帶出露樁號(hào)導(dǎo)0+116m-0+101.72m。樁號(hào)導(dǎo)0+065m出露f15斷層，產(chǎn)狀N30°E，NW，∠65°，寬度0.3m-0.5m，主要由糜棱巖及碎塊巖組成。樁號(hào)導(dǎo)0+101.72m-0+065m為影響帶，由碎塊巖、碎裂巖組成，節(jié)理發(fā)育，破碎，脆，風(fēng)化強(qiáng)烈。開(kāi)挖過(guò)程中f14斷層頂拱多處出現(xiàn)滴水和線(xiàn)狀流水，樁號(hào)導(dǎo)0+100m處水量突然增大。

相關(guān)洞段圍巖類(lèi)別為Ⅴ類(lèi)，其特征為巖石構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，順洞軸線(xiàn)方向的斷層寬度>2m，且裂隙充填泥，巖體呈散體結(jié)構(gòu)。另外，該隧洞段上覆巖體最小厚度不足10m，因此其自穩(wěn)能力很差，設(shè)計(jì)單位在當(dāng)年4月初將相關(guān)危險(xiǎn)因素和預(yù)判結(jié)論向參建單位發(fā)出了地質(zhì)預(yù)報(bào)。

而塌方發(fā)生時(shí)期恰逢雨季，經(jīng)連續(xù)降雨，雨水流入表部土層并下滲至巖石裂隙中，趨于飽和的巖土層內(nèi)摩擦角及凝聚力大幅度降低，抗剪強(qiáng)度下降是導(dǎo)致塌方的直接原因[1-2]。

3.2 人為因素

與會(huì)專(zhuān)家還提出了存在爆破施工影響、初期支護(hù)施工質(zhì)量、初期支護(hù)拱頂充填材料及密實(shí)度等人為因素的可能性，但很難定論。永久支護(hù)施工延時(shí)太長(zhǎng)可能是塌方的另一重要原因。

塌方段開(kāi)挖完成至塌方發(fā)生期間僅完成了初期支護(hù)，圍巖應(yīng)力釋放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，近1.5個(gè)月，過(guò)量自由變形可能是導(dǎo)致導(dǎo)致塌方的另一重要因素。

4 塌方處理設(shè)計(jì)方案論證

4.1 對(duì)原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，導(dǎo)流洞塌方段樁號(hào)為導(dǎo)0+084.46m-導(dǎo)0+116.18m，其中A、B類(lèi)襯砌段長(zhǎng)度分別為16.18m、15.54m，其隧洞開(kāi)挖尺寸分別為15.00m×14.50m、14.64m×14.32 m。A型襯砌設(shè)計(jì)內(nèi)徑12.0m，，頂拱和邊墻襯砌厚度為1.5m；B型襯砌設(shè)計(jì)內(nèi)徑12.0m，頂拱和邊墻襯砌厚度為1.2m，一次支護(hù)噴混凝土厚度為0.12m。底板采用分離式底板，厚度為0.50m。塌方發(fā)生后，設(shè)計(jì)單位第一時(shí)間對(duì)原設(shè)計(jì)成果進(jìn)行了復(fù)核，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在塌方前該結(jié)構(gòu)尺寸是滿(mǎn)足要求的；但塌方發(fā)生后，上覆各巖土層均需按散粒體考慮，塌方及塌方影響洞段的原設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)均偏小，需要加大襯砌斷面。

4.2 處理方案設(shè)計(jì)

當(dāng)年8月5日導(dǎo)流洞發(fā)生塌方后，與會(huì)專(zhuān)家對(duì)處理方案進(jìn)行了初步討論，主要就塌方挖除后設(shè)明拱與二次成洞兩個(gè)處理方向進(jìn)行了探討，基于二次成洞方案具有技術(shù)難度大，施工工藝復(fù)雜，施工安全難以保證等不利因素，專(zhuān)家組一致推薦采用塌方挖除后設(shè)明拱方案。根據(jù)建設(shè)單位要求，結(jié)合參建各方意見(jiàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)單位就塌方挖除后的明拱方案先后研究了1)不縮徑、不擴(kuò)徑整體式結(jié)構(gòu)方案；2)不縮徑、不擴(kuò)徑整體式結(jié)構(gòu)跨中加支墩方案；3)縮徑方案。

各方案計(jì)算主要按2種工況考慮，1種是運(yùn)行期工況，內(nèi)水水頭32.6m，外水水頭為0m；1種是檢修期工況，內(nèi)水水頭為0m，外水水頭為57.0m，折減系數(shù)為1.0。其荷載組合如下：①運(yùn)行期：圍巖壓力+襯砌自重+基礎(chǔ)彈性抗力+內(nèi)水壓力。②檢修期：圍巖壓力+襯砌自重+基礎(chǔ)彈性抗力+外水壓力。

1)不縮徑、不擴(kuò)徑整體式結(jié)構(gòu)方案(方案一)

塌方后由于邊墻和頂拱圍巖抗力作用消失，結(jié)構(gòu)受力及變形復(fù)雜，于是將原分離式底板調(diào)整為整體式結(jié)構(gòu)，底板厚度與邊墻、頂拱相同。并考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)鋼模臺(tái)車(chē)已按原設(shè)計(jì)圖紙制作，為了較少施工單位損失優(yōu)先考慮維持內(nèi)徑不變；另外塌方段若要擴(kuò)挖，難度極大，所以試著保持襯砌厚度不變。采用《水工隧洞鋼筋混凝土襯砌計(jì)算程序》(SDCAD)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，最大配筋位置為底板跨中內(nèi)側(cè)，每延米配筋量達(dá)53根直徑為32mm的螺紋鋼筋，顯然不滿(mǎn)足要求。

2)不縮徑、不擴(kuò)徑整體式結(jié)構(gòu)跨中加支墩方案(方案二)

由于方案一配筋量過(guò)大，在不縮徑、不擴(kuò)徑方案基礎(chǔ)上又提出了在跨中加支墩方案。該方案的其他邊界條件基本和不縮徑、不擴(kuò)徑方案相同。經(jīng)計(jì)算該方案每延米配筋量也達(dá)20根直徑為28mm的螺紋鋼筋，顯然也是不合理的。

3)縮徑方案(方案三)

通過(guò)方案(一)、(二)的配筋計(jì)算結(jié)果可以看出，需加大襯砌結(jié)構(gòu)尺寸才能滿(mǎn)足要求。而加大結(jié)構(gòu)尺寸有兩種方式，一是向外擴(kuò)徑，二是向內(nèi)縮徑。

塌方段如果要擴(kuò)徑將增大塌坑開(kāi)挖范圍而帶來(lái)新的隱患；而上、下游塌方影響段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露情況，還處在F2斷層中，如通過(guò)向外擴(kuò)徑方式，得拆掉洞內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)(包括鋼拱架及噴混凝土)，這樣極易導(dǎo)致塌方洞段兩端繼續(xù)擴(kuò)展。因此加大襯砌結(jié)構(gòu)尺寸的較優(yōu)途徑就是減小隧洞襯砌后的內(nèi)徑，設(shè)計(jì)單位經(jīng)過(guò)比較、研究、計(jì)算，將隧洞內(nèi)徑縮小50cm-11.00m：A、B型砌厚度分別為1.80m、1.60m。

經(jīng)計(jì)算，最大配筋位置為底板跨中內(nèi)側(cè)，每延米配筋量為14根直徑為32mm的螺紋鋼筋，可滿(mǎn)足要求。

4)處理方案確定

經(jīng)各參建單位商議，確定塌方處理按塌方挖除后設(shè)明拱再回填、明拱采用縮經(jīng)方案實(shí)施，塌方段上游縮徑范圍確定為導(dǎo)0+060.00m-導(dǎo)0+084.46m，塌方段下游縮徑范圍、確定為導(dǎo)0+116.18m-導(dǎo)0+130.00m，導(dǎo)0+060.00m-導(dǎo)0+100.00m段縮徑0.50m后襯砌厚度變?yōu)?.60m，整體式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)0+100.00m-導(dǎo)0+130.00m段縮徑0.50m后襯砌厚度變?yōu)?.80m，整體式結(jié)構(gòu)。明拱施工完成并達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)齡期后，采用風(fēng)化砂將塌坑回填至高程817m。

5 結(jié) 語(yǔ)

施工時(shí)，為了增加安全余度，經(jīng)各參建單位同意，將塌坑回填高程提高到了822m。塌方處理完成后，導(dǎo)流洞經(jīng)過(guò)了2年的穩(wěn)定運(yùn)行，圓滿(mǎn)完成了導(dǎo)流任務(wù)，目前該工程已投產(chǎn)發(fā)電。隧洞塌方極易對(duì)人員、設(shè)備造成傷害，而且處理困難、延長(zhǎng)工期、影響效益，因此勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、業(yè)主各單位都應(yīng)高度重視、各負(fù)其責(zé)，積極配合，施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，減少類(lèi)似事故發(fā)生，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。