洼脑水电站渠道垮塌事故分析及治理

李洪强

（中国电建成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072）

洼脑水电站渠道垮塌事故分析及治理

李洪强

（中国电建成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072）

通过对洼脑电站引水渠道突发垮塌事故调查和物探勘查，查明其破坏原因为：地基不均匀沉降，拉裂混凝土渠道，形成渗漏通道，带走细颗粒，产生管涌，地基失去承载力，加之护坦的护土被洪水带走，形成临空面，建筑物沿软弱面滑出破坏。采取的治理措施为：对垮塌段，基础进行碾压，并用混凝土覆盖，然后建基础，并扩大基础，增加基础稳定性，渠道墙为重力墙，内衬钢筋混凝土，并对地基进行小压力灌浆；对影响段主要进行无压灌浆和裂缝修补。治理后，经1年多的运行，渠道监测安全可靠。

渠道；破坏特征；管涌；灌浆

洼脑电站是西昌市境内安宁河干流规划的最末一级水电站，洼垴水电站2010年5月3台机组相继投入运行，2014年6月，洼垴水电站枢纽工程通过竣工安全鉴定。2014年12月17日下午4点左右，引水渠道黄水湾段发生垮塌事故。针对渠道变形破坏特征、工程地质条件及破坏成因进行了研究后，采取了因地制宜的治理措施，取得了良好效果，其经验可供类似工程参考。

1 渠道的变形破坏特征

电站正常蓄水位为1 464.00m，装机3台，引用流量155.64m3/s，装机容量33 MW。引水系统布置于安宁河左岸，由引水梯形、矩形明渠、压力前池、压力管道等建筑物组成。引水渠道全长约3 558.252m，主要由梯形明渠、下穿成昆铁路框架暗涵、黄水沟倒虹管和矩形明渠组成。其中梯形明渠长1 466.293m，渠底宽6.0m（铁路交叉建筑物之前为底宽9m），渠道边坡采用1∶1.25，渠道纵坡i=1/1 340～1/4 000。渠道施工断面矩形，侧墙埋石混凝土重力式侧墙，底板分离式底板，为C10素混凝土，厚度15～20cm，底板与侧墙间为通缝，采用橡胶止水。垮塌的引水渠道桩号1+401.60～1+509.60m（长度108m）右侧混凝土重力式挡墙，共9个混凝土挡墙段，每段长12m。影响段长约桩号1+57.60～1+401.60m，长约110m；桩号1+509.60～1+569.60m（共5段），长度约60m（见图1）。

图1 垮塌段外侧

经现场勘查，渠道破坏具有如下特征：

（1）影响段：渠道桩号1+257.60～1+401.60m段（共12段）外观可见右侧挡墙与底板间纵缝部分张开、轻微错位，张开约5～10mm，错位约2～4mm；部分止水破坏，渠道内水向缝内灌入，挡墙与护坦间变形缝张开、错位，张开约3～8mm，错位约4～6mm，且有返砂现象。垮塌段下游矩形段，桩号1+509.60m～1+569.60m（共5段）外观可见右侧挡墙与底板间纵缝宽度加大1～5mm；

（2）垮塌段：渠道桩号1+437.60～1+449.60m（长12m）挡墙段。挡墙垮塌，渠道上、下游挡墙及底板基础受到水流淘刷破坏。挡墙向渠道内侧方向倾倒；挡墙墙体基本完整，各段挡墙间、挡墙与底板间橡胶止水带拉断。底板冲毁约1/3，底板下地基1/2冲毁。

2 渠道工程地质条件

2.1 区域地质

洼脑电站位于安宁河断裂带中南段，该段东支晚更新世中期以来没有明显活动的迹象，西支属早第四纪活动性断裂。工程区本身不具备发生强烈地震的构造条件，历史上也没有发生过M≥4.7级破坏性地震。对工程区地震威胁主要来自外围活动性断裂的强震活动，尤以安宁河断裂带中段（西昌～冕宁）及则木河断裂带上的强震对工程区的影响最大，其地震效应主要受外围强震和近场中、强地震波及影响。以工程区为中心5km范围内无中小地震记载，历史地震调查资料表明，对工程区的地震影响度未超过7度。工程区地震动峰值加速度为0.20g，相应的地震基本烈度为8度。工程区属“区域构造稳定性较差”的区域。

2.2 地形地貌

渠道事故段处于安宁河左岸宽阔的河谷地段，为冲洪积堆积阶地地貌。河段的Ⅰ级阶地的阶面高程1 445～1 461m，Ⅱ级阶地的阶面高程1 483～1 491m，阶面前缘平坦，阶地后缘多被洪坡积物覆盖成缓坡地形。

2.3 地层岩性

渠道事故段未见基岩，出露地层为第四系冲洪积物及回填土。岩性为褐黄色漂卵石夹砂层，稍密、稍湿～湿，局部饱和。其影响段（上游12段、下游4段）外侧部分为回填土；垮塌段地基为砂卵石地基，其中，垮塌段K1～K3渠基以下，高程1 452m左右连续分布有粘土层，厚大于30cm，产状：N5°W/SW8°。

2.4 水文地质

渠道事故段地下水为河床松散堆积层孔隙水潜水。层孔隙潜水赋存于河床松散砂卵砾石层中，渠道谷坡下部地下水位一般略高于河水位，表明地下水与河水存在较强的水力联系，渠道地基砂卵砾石层地下水主要游河水补给。

3 渠道破坏原因分析[1、2]

3.1 初步分析

2012年，安宁河发生约10年一遇洪水，据黄水水文站实测资料，洪水流量为1 920m3/s。因黄水湾末端岸坡受弯道水流的冲击，发生较大冲刷，岸坡边缘退后，造成引水渠道桩号1+499.60m以后非溢流段挡墙22m长度范围基础暴露，并发生淘刷，掏空长度22m，深度0～1m。由于渠道地基条件改变，外侧无护坦保护，内水外渗，渗径缩短，长期渗透，砂卵石地基土遭到了管涌破坏，最终渠道挡墙变形滑移。桩号1+57.60～1+401.60m挡墙出现了变形倾斜，护坦与挡墙之间出现了裂缝，护坦上积存管涌破坏大量的砂也是更好的说明。

3.2 物探监测分析

洼垴水电站引水渠垮塌后的修复期间，对混凝土护坦、垮塌段和影响段混凝土底板进行了相关物探检测。检测方法包括地质雷达法、钻孔全景图像法和垂直反射法。

事故段渠道侧墙和护坦地基埋石架空现象比较普遍，部分测段架空现象较严重，护坦混凝土与下覆基础之间存在脱空现象。架空深度一般在0.6～1.7m，空腔一般15～30cm。局部底板已经托空，最大托空高度约30cm。

事故段渠道底板未见托空和架空现象。

综上分析认为事故段渠道垮塌原因，施工期未对原始地基砂卵砾石层进行碾压密实，并在原始地基上覆盖了一层弃土，渠道建成后，地基产生不均匀沉降，拉裂底板与侧墙止水，产生内水外渗，加之沿河侧护坦护土被河流带走，形成细颗粒流失通道，带走细颗粒，局部渠道反生管涌，致使地基承载力丧失，最终导致渠道侧墙沿软弱面发生滑移倾倒破坏。

4 渠道治理措施[1-3]

4.1 垮塌段

（1）用C20混凝土对垮塌段回填地基至原底板地基高程，并预留灌浆孔，后期对地基进行灌浆处理；

（2）渠道原断面尺寸，宽14m，高8.46m，考虑到时间紧，并在节约投资的情况下，对原破坏的混凝土挡墙不进行拆除，充分利用原挡墙作为新挡墙墙身的一部分。将原垮塌混凝土挡墙全部埋置在新混凝土挡墙内，修复后引水渠道宽约11.65m，高8.46m，挡墙顶宽约3.547m，外侧斜坡为1∶0.6，挡墙基础宽约10.347m，墙体采用C20混凝土。新老混凝土之间需进行凿毛处理，设置插筋Φ20，间排距1.0m，挡墙迎水面设置Φ20钢筋网，间排距20cm。挡墙外侧坡脚基础沿线新浇筑2m宽混凝土，外铡接混凝土护坦，护坦厚1.0m，坡度为1∶1；

（3）对混凝土护坦坡脚用大块石回填，在大块石上面用C20混凝土防护盖板压坡，大块石坡脚护坑深度4m，顶宽9m，底宽1m；

（4）对垮塌段底板半幅新铺设一层30cm厚，C25混凝土，在破坏底板新浇混凝土部分，设置面层钢筋，直径Φ12mm，间排距20cm；

（5）对垮塌段已经破坏的变形缝止水进行加强处理。已经发生破坏的底板变形缝全部凿除，重新埋设新的止水后全部修复。

4.2 影响段

4.2.1 上游影响段

垮塌段上游影响段桩号1 257.60～1 401.60m范围内挡墙与底板之间的裂缝较大，需进行新的接缝处理。底板与边墙之间的纵缝采用橡胶止水，新浇混凝土宽度为2.0m，横缝采用膨胀止水条嵌缝，上覆20cm厚、150cm宽混凝土。同时在挡墙和护坦之间设置多排固结灌浆孔，封闭其下脱空区域。为降低扬压力，在挡墙与护坦之间设置排水孔，排水孔出露高程为1 456.00m，高于河道20年一遇洪水位1 455.65m，排水孔底高程约1 453.50m。

4.2.2 下游影响段

垮塌段下游影响桩号1 509.60～1 569.60m该范围内挡墙与底板之间需进行新的接缝处理。底板与边墙之间的纵缝采用橡胶止水，新浇混凝土宽度为2.0m，横缝采用膨胀止水条嵌缝，上覆20cm厚、150cm宽混凝土。

4.3 监测措施

对垮塌段主要间隔2m设置测压管和渗压计，共布置测压管10个，渗压计4支。并在渠道定设置地表监测。

对影响段加强巡视为主，巡视项目：相邻挡墙段间有无错动、止水的工作状况、排水孔的工作状况和护坦的冲刷情况。

5 结语

洼脑电站引水渠道突发垮塌事故在工程修复在时间紧，汛期难度大的情况下，顺利完成，经1年多的运行，渠道监测安全可靠。其经验对类似工程勘察、设计和治理具有一定借鉴意义。

[1] 周建中，马大思.鸳鸯桥电站渠道变形破坏成因与整治措施[J].四川水利，2003（1）：25-26.

[2] 李 海.引水式电站渠道渗漏垮塌事故分析及防治[J].中国农村水电及电气化，2005（8）：40-43.

[3] 申克勤.多架山水电站渠道倒塌施工处理[J].小水电，2002（5）：19-20.

（责任编辑：周 群）

Analysis and repair of channel collapse for Wanao Hydropower Station

LI Hong-qiang
（Chengdu Engineering Corporation Limited of POWERCHINA,Chengdu 610072,China）

Collapse had occurred at the diversion channel of Wanao Hydropower Station.Investigation and geophysical exploration were conducted to ascertain the causes.Non-uniform foundation settlement led to cracks of concrete channel;leakage passage formed;fine grain was carried off and piping occurred;foundation lost bearing capacity;soil on protection-apron was taken away by flood;air face formed and structures slid along weak surface.The repairing measures include that the collapsed section was rolled and compacted,covered with concrete before the foundation was constructed and expanded to improve the stability;the channel wall was constructed as gravity wall with reinforced concrete lining;small pressure grouting was conducted for foundation;pressure-free grouting and crack repairing was conducted for the affected section.The channel has operated for more than one year with safe and reliable monitoring data after the repair.

Channel;failure feature;piping;grouting

TV698.24

B

1003-1510（2016）04-0088-03

2016-05-19

李洪强（1981-），男，重庆大足人，中国电建成都勘测设计研究院有限公司工程师，学士，主要从事水电工程地质，环境地质，水文地质，岩土工程方面的研究工作。