墨脱亚让水电站有压隧洞洞内泥石流塌方成因分析及处理方法之研讨

董功华

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司， 西安 710061)



墨脱亚让水电站有压隧洞洞内泥石流塌方成因分析及处理方法之研讨

董功华

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司， 西安 710061)

结合西藏墨脱亚让水电站工程引水隧洞洞内泥石流塌方段处理施工，介绍了洞内塌方与泥石流形成过程，进行了原因分析，提出了针对性的处理措施，取得了较好的处理效果。

有压隧洞；泥石流；处理方法；墨脱亚让水电站

1 工程概述

华能西藏墨脱亚让水电站位于西藏林芝地区墨脱县墨脱镇东南部，距亚让村南侧约4 km的西工河上，为径流有压引水式电站，以发电为主，电站总装机容量5 000 kW(4×1 250 kW)，水库正常蓄水位868.250 m，水轮发电机额定水头106.6 m，设计引用流量5.56 m3/s。本工程等别为Ⅴ等，规模为小(2)型，工程永久性主要和次要建筑物级别均为5级。电站枢纽建筑物主要由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽3部分组成[1]。

引水隧洞位于西工河右岸的山体中，为有压隧洞。Ⅲ类围岩段设计开挖断面尺寸为3.4 m×3.4 m，0+800.00 m以前为喷锚支护，喷混凝土层厚8 cm， 混凝土底板厚20 cm，0+800.00 m后段为30 cm厚衬砌混凝土；Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用钢筋混凝土衬砌，Ⅳ类围岩段开挖断面尺寸为3.4 m×3.4 m，衬砌厚度40 cm；Ⅴ类围岩段开挖断面尺寸为3.6 m×3.6 m，衬砌厚度50 cm。遇不良地质段需要采取钢筋格栅拱架进行加强支护时,则在该段周圈扩挖20 cm。

隧洞地质结构较为复杂，主要以Ⅳ类、Ⅴ类围岩为主。进口为覆盖层，以冰碛堆积的孤块碎砾石土层为主，厚约3～10 m，自然坡度35°～60°，自然条件下处于稳定或极限稳定状态，覆盖层之下为黑云母花岗闪长岩，其受风化卸荷影响和节理裂隙切割，岩体完整性差；隧洞洞身垂直埋深约50～90 m，扣除覆盖层后的有效垂直埋深约15～30 m，围岩为黑云母花岗闪长岩，弱风化～微风化状态，受构造影响，岩体较破碎，节理较发育，隧洞沿线基岩裂隙水较丰富，埋深多高于隧洞底板，对隧洞洞室施工和围岩稳定具有一定的影响；隧洞出口段在开挖至1+507.00 m段时，遭遇墨脱断裂带F1断层，出现大面积塌方，并且趋势发展成为洞内泥石流，对洞室开挖施工造成极大困难，此断层及断层影响带处理周期达45 d之久，工期影响极大，而且隧洞本身为有压隧洞，塌方段部位水头高达70多m，如果处理不彻底，将势必会造成内水外渗，对电站后期运行造成极大影响[2]。

2 塌方段洞内泥石流形成过程

隧洞出口部位边坡基岩裸露，岩性为黑云母花岗闪长岩，受地表风化卸荷和构造影响，节理较发育，岩体完整性差，不利于隧洞拱顶的稳定，围岩整体以Ⅳ、Ⅴ类为主，稳定性较差。在开挖至1+507.80 m位置，出碴过程中发现顶拱有掉块现象，经地质专业设计人员现场查勘，定性为Ⅴ类围岩，要求加强支护措施。而该部位按照设计意见准备进行拱架支护时，其顶拱掉块明显增加并出现小范围垮塌。随后，为保证施工人员安全，将人员全部撤出。次日早上，塌方体已将洞室顶拱范围全部封闭，塌方处出现大量集中涌水，塌空区明显传出水声和继续垮塌声，塌方段右侧边墙有一股渗水涌出且水量较大。针对此塌方问题，业主组织各方代表召开了隧洞1+507.80 m～1+510.00 m段塌方处理方案评审会，会议上确定对塌方体先固结灌浆再开挖支护的处理方案，而承包商按此方案对塌方体灌浆处理完毕，准备进行钢筋格栅拱架安装时，洞内塌方体右侧侧壁及左侧顶拱出现涌水，施工人员全部撤出不久，涌水带大量泥浆冲刷至洞口(俗称洞内泥石流)，且偶尔有塌方掉石的声音传出。随即，各参建单位组织人员对塌方体地表情况进行仔细勘察，发现塌方体上方原地表无异样，确定该塌方体段未冒顶。

3 塌方原因分析

亚让水电站工程区域在大地构造上位于印度板块与欧亚板块接合部，地处喜马拉雅构造带“东构造结”；工程区及外围区域构造背景复杂，断裂构造发育，断裂活动性强，地震频发且震级高；工程场址区和近场区区域主干断裂主要有老虎嘴韧性剪切带、马尼翁断裂带、墨脱断裂带、背崩-地东断裂带等，断裂带以NE向为主，主要从西工河河口雅鲁藏布江右岸通过，距场址最短距离小于0.5 km。

引水隧洞布置于西工河右岸山体内，受工程场址区和近场区断裂构造影响，岩体节理裂隙发育，次级断层(破碎带)较发育，围岩完整性差。实际开挖揭露该段共有5道裂隙，各道裂隙发育情况如下：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°；且塌方段实际开挖岩体结构为糜棱岩、碎粒岩，故,地质工程师结合现场实际和前期初设地质资料，判定该段为突变断层导致的塌方，初步判断隧洞遇到墨脱断裂带南东方向最外侧的一条断层(F1断层)，断层产状：N30°E/SE∠55°～65°；断层物质组成：以糜棱岩为主，还有碎粒岩、碎粉岩和碎裂岩[3]。

4 塌方段处理方案

4.1 塌方体封闭及排水孔施工

在靠近塌方体约20 cm位置立模喷C20混凝土，将塌方体外露表面全断面封闭。因塌方体出水点无法明确，故现场拟定在施工过程中,根据现场实际情况在塌方体顶拱及其后方顶拱和边墙范围均设置排水孔，将塌方体内涌水引排。

首先，采用100B潜孔钻在塌方体拱顶按环向30 cm钻孔设置Ø100 mm排水孔，兼作顶拱空腔探测孔，实际钻孔深度由施工现场根据现场实际情况确定；排水孔施工时，向上倾角15°、30°、45°间隔布设。

其次，采用100B潜孔钻在靠近塌方体2～3 m位置的洞室左侧拱顶设置4孔Ø100 mm排水孔兼作顶拱空腔探测孔，其中两孔孔内设置D60镀锌钢管防治塌孔或细石堵孔；排水孔施工时，向上倾角30°、45°间隔布置，长度根据现场实际施工情况进行确定。

最后，采用100B潜孔钻在靠近塌方体2～3 m位置的洞室左右侧边墙各设置一孔Ø100 mm、L=12 m的排水孔，排水孔施工时与洞室边墙形成15°～30°的夹角。

4.2 管棚施工

(1) 预固结管棚施工

1) 由测量人员在塌方体表面上找出隧洞拱肩位置，在拱肩以下按间排距40～50 cm布设预固结管棚管。预固结管棚管共设置4排，其中底板位置为第1排，管棚管长6 m；由下往上依次为第2排至第4排，其中第2排管棚管长5 m；第3排管棚管长6 m，第4排管棚管长9 m。

2) 预固结管棚管内采用分排间隔灌浆的方式灌注净水泥浆，其水灰比为0.5∶1～1∶1，注浆压力控制在0.3～0.4 MPa，对塌方体进行预固结施工。预固结管棚管灌浆时，应将同一排注浆孔分为一序、二序间隔跳孔分别灌注，注完一序，再注二序；第1排注浆完毕后再分序间隔灌注第2排，依次循环灌注4排预固结管棚管。灌浆时，以灌浆管棚管孔口溢浆、稳压观察3 min后再次注浆时不再进浆为灌浆结束的标志。

3) 预固结管棚管的注浆施工中，各管棚管的注浆过程中不得中断，应确保注浆连续。

(2) 顶拱管棚管注浆施工

塌方体预固结管棚管注浆施工完毕后，由测量人员放线找出隧洞拱顶范围，按环向20～30 cm间距，向上倾角15°、30°、45°间隔的方式设置Ø50 mm、L=9.0 m顶拱管棚管。顶拱管棚管内采用隔孔灌注净水泥浆的方式对塌方体进行顶拱管棚预注浆施工[4-5]。

4.3 塌方体的开挖及临时支护施工

顶拱管棚管预注浆施工完毕12～15 h后，由人工配合扒碴机先将塌方体后方淤泥进行清除，再由人工配合扒渣机对塌方段按地质预报的围岩类别及现场实际揭露情况组织进尺施工。先由人工采用风镐抠除开挖边线40 cm内的石碴后，及时采取顶拱间隔设置Ø25 mm超前锚杆和Ø50 mm管棚管，超前锚杆搭接长度在1～1.5 m之间，再素喷3 cm厚C20混凝土 + 挂设Ø8 mm@20 cm×20 cm钢筋网片 + 安装钢筋格栅拱架 + 安装联系筋+喷20 cm厚C20混凝土 的方式进行临时支护；钢筋格栅拱架均采用4根Ø20 mm主筋+4根Ø12 mm“S”形分布筋组成，且每榀钢筋格栅拱架均由8根Ø28 mm、L=3.0 m锁肩锁脚锚杆固定，拱架与拱架之间按间距40 cm布置Ø20 mm纵向联系筋将其连接为一整体[6-10]。

因塌方体已滑塌至洞1+515.00 m位置，且涌水点位置无法确定，故塌方体进尺时顶拱按环向20～40 cm间距布设Ø25 mm、L=4.5 m超前锚杆与Ø50 mm、L=4.5 m管棚管，管棚管设置为花管，其兼做分压排水管。同时根据现场实际地质情况可将局部Ø50 mm管棚管进行灌浆，确保塌方体固结效果进一步加强。

塌方体处理过程中出现涌泥、涌水或石碴时，根据现场实际涌泥、涌水或石碴情况进行分析后，对其采取相应的有效材料进行封堵或引排。

临时支护完毕后再由人工配合扒碴机挖出中间剩余部分，塌方体一般情况下遵循每循环开挖进尺30～50 cm，其具体进尺尺寸按现场实际情况确定。

循环开挖支护至洞1+504.00 m位置后，为确保后续断层开挖施工过程中安全通道的形成，根据现场处理情况对塌方段采用混凝土衬砌或周边固结灌浆施工，并做好相应的排水措施，具体包括以下内容：

(1) 排水孔施工

根据现场实际渗水、涌水情况对堵塞排水孔重新钻设，将排水通畅的排水孔顺接至净空断面外，将积水沿着洞壁顺利引排至洞内临时排水沟内。

(2) 固结灌浆施工

1) 塌方段开挖及临时支护施工完毕后，在洞1+504.00 m～洞1+515.00 m段洞室顶拱及边墙按间排距1.0～1.5 m交错布设固结灌浆孔。因塌方体地质条件复杂及突发情况无法预计，故固结灌浆孔深度根据现场实际情况确定。

2) 固结灌浆，采取两侧边墙由底板往上同步灌浆完成后,再灌注顶拱范围灌浆孔。

3) 固结灌浆孔内采用分排间隔灌浆的方式灌注净水泥浆，其水灰比为0.5∶1～1∶1，注浆压力控制在0.3～0.4 MPa。固结灌浆时，应将同一排注浆孔分为一序、二序间隔跳孔分别灌注；一序孔注浆时，二序孔作为排气孔；注完一序，再注二序；第1排注浆完毕后再分序间隔灌注第2排，依次循环灌注固结孔。在控制压力下，注入率不大于1 L/min后，继续灌注 30 min，即可结束灌浆[11]。

4) 注浆施工中，各孔的注浆过程中不得中断，应确保注浆连续。

(3) 塌方段混凝土衬砌

塌方体段施工完成之后，为确保后续断层开挖施工过程中安全通道的形成，必要时根据设计变更后的断面尺寸对塌方段进行混凝土衬砌施工。

5 经验与不足

5.1 现场缺乏相应的提前应对措施

亚让水电站工程为设计施工总承包，初步设计中缺乏相应的地质资料，对于隧洞地质预判深度不够，现场未提前制定相应的应对措施，导致洞内泥石流塌方段在处理过程中形成了一种“边处理边观效”的施工方式，其处理周期过长。

后续工程如遇此类似塌方段，应结合地质预报，提前做好应对洞内泥石流塌方段处理的措施预案，避免出现大范围的塌方。

5.2 塌方体灌浆固结效果欠佳

泥石流塌方段属于墨脱断裂带最外侧的断层，断层物质以糜棱岩为主，且伴有碎粒岩、碎粉岩和碎裂岩。塌方堆积体大部分为石粉，堆积密实，灌浆时浆液无法与塌体相容，仅能靠灌浆压力将塌体挤压密实，灌浆后开挖时浆液成块，其它塌体无浆液。由于塌体上部有大量积水，且含有泥浆，浆液灌注后造成稀释，与泥浆混合，导致部分浆液无法有效凝结，给后续处理造成困难。

5.3 大量涌水造成洞内泥石流、增加施工难度

塌方段右侧(顺水流)拱肩部位出现涌水且伴有大量泥浆，靠强堵进行处理。为了减少涌水带出泥浆和石块，超前锚杆加密至每1 m施作一循环，形成锚杆拱架，其施工难度较大。

5.4 增加钢衬

洞室开挖支护施工完成后，因塌方体周边存在空腔、渗水掏空等隐患，为确保有压隧洞在电站运行中安全可靠，防止内水外渗，对此塌方段全部采用钢衬进行加固。

[1] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.水电枢纽工程等级划分及设计安全标准:DL5180-2003[S].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水工隧洞设计规范:DL/T 5195-2004[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[3] 罗远纯,张高.四川木里河立洲水电站引水发电隧洞开挖围岩失稳地质分析研究[J]. 水电勘测设计,2011(04):6-9.

[4] 王晓兴.水工隧洞超长大管棚支护施工技术[J]. 广东水利水电,2006(05):68-69.

[5] 李发扬.管棚支护在大发电站引水隧洞施工中的应用[J]. 四川水力发电,2006(10):85-87.

[6] 王红峡 李留柱.不良地质条件隧洞施工技术[J].水科学与工程技术,2010(02):62-64.

[7] 崔潇.隧道砂、泥岩水平层理围岩施工技术探讨[J].科学咨询(决策管理),2010(02):90，99.

[8] 刘彤.浅谈水工隧洞V类围岩的支护[J]. 四川水力发电,2006(12):72-75.

[9] 刘明声.硗碛电站坝区软弱破碎围岩隧洞开挖施工[J].西北水电,2007(03):51-55.

[10] 左建委.水工隧洞开挖与支护方法分类浅析[J]. 西北水电,2007(02):38-40.

[11] 中国电力企业联合会.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范:DLT 5148-2012[S].北京:中国电力出版社,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

董功华(1983- )，男，甘肃省永靖县人,工程师，主要从事工程监理工作.

TV554

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.011