英川水电站引水隧洞塌方处理方案研究

刘胜林

(深能水电投资管理有限公司，四川 成都 610095)

1 概 述

1.1 电站情况

英川水电站总装机容量4万kW，主要任务是发电，兼顾生活供水，多年平均发电量为10 876万kW·h。电站工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，于2002年投产发电，至今已运行了20余年。英川水电站引水隧洞全长7.228 km，开挖洞径4.4 m，衬砌后直径3.6 m，详见图1～图3。

1.2 塌方情况

经现场检查，隧洞塌方主要发生在桩号为4+115 m～4+140 m、4+230 m～4+245 m、4+490 m～4+540 m等范围内，均发生在没有衬砌的部位，多是因为隧洞顶部表层岩体长期受水浸泡之后软化而发生脱落，每段塌方情况如下：

4+115 m～4+140 m范围内长度25 m，洞顶最大脱空高度2 m，塌方量合计200 m3，塌方段纵剖图如图4所示。

图4 4+115 m～4+140 m塌方段纵剖图

4+230 m～4+245 m范围内长度15 m，洞顶最大脱空高度6 m，塌方量合计500 m3，塌方段纵剖图如图5所示。

图5 4+230 m～4+245 m塌方段纵剖图

4+490 m～4+540 m范围内长度50 m，洞顶最大脱空高度11.3 m，塌方量合计2800 m3，塌方段纵剖图如图6所示。

图6 4+490 m～4+540 m塌方段纵剖图

2 塌方原因

塌方段岩体为侏罗系上统高坞组(J3g)，均为未衬砌断面，导致塌方的原因主要是因为围岩长年遇水软化，外加内水压力过大。隧洞充水后，局部断面的空气不能及时排出，随着运行时间的延长，气体逐步溶解在高压水体中。夹气水流到塌方段后，因断面发生突变，流速降低，夹气水流中的气泡在壁面溃灭，对岩壁造成冲击，长时间反复运行导致岩壁受损。

3 处理方案

经现场踏勘，塌方均发生在没有衬砌的洞段，采取喷射混凝土或钢筋混凝土衬砌进行支护的洞段均未发生塌方，塌方段虽然岩体长期泡水发生软化，但仍然具备一定的强度；因此处理方案主要以喷混凝土、锚杆支护为主，局部增设通气管进行排气。

3.1 大塌方部位处理方案

4+230 m～4+245 m、4+490 m～4+540 m两处塌方面积较大，塌方高度较高，最高达11.3 m，最大跨度约8 m，属于大塌方部位。根据《水利水电工程锚喷支护技术规范》(SL 377—2007)，支护方式如下：全断面首先初喷5 cm厚C25F50塑钢纤维混凝土，再铺设C6@15 cm×15 cm的钢筋网，最后再喷10 cm厚C25F50塑钢纤维混凝土。同时，增设C25系统砂浆锚杆和φ42 mm随机排水孔，锚杆长4.5 m，间排距1.5 m，排水孔深1.0 m，支护范围向上下游分别延伸10 m，具体支护典型断面如图7所示。

图7 4+230 m～4+245 m、4+490 m～4+540 m支护典型断面图

该部分塌方高度较高，为避免洞顶出现负压，影响隧洞稳定，需在洞顶最高位置处增设排气管。排气管采用φ50×3.7 mmPE100级，排气管沿着洞壁布设于M20水泥砂浆内，于就近的支洞排除洞外；末端通过转接头与不锈钢管相连，不锈钢钢管末端增设排水球阀。

3.2 小塌方部位处理方案

4+115 m～4+140 m范围内最大脱空高度2 m，塌方面积不大，属于小塌方部位，支护方式如下：全断面首先初喷5 cm厚C25F50塑钢纤维混凝土，再铺设C6@15 cm×15 cm的钢筋网，最后再喷5 cm厚C25F50塑钢纤维；同时增设C25系统砂浆锚杆和φ42 mm随机排水孔，锚杆长4.5 m，间排距1.5 m，排水孔深1.0 m，支护范围上下游分别延伸10 m，支护典型断面如图8所示。

图8 4+115 m～4+140 m支护典型断面图

4 工程造价

本工程主要内容为石渣清运、喷射混凝土、钢筋网、锚杆等，工程量及工程造价如表1所示。

表1 工程量及工程造价清单

5 结 语

我国小型水电站数量众多，其中在南方及西南地区以引水式电站居多，经过长时间的运行，引水隧洞会发生不同程度的缺陷，如塌方、渗漏、沉降等；因此对隧洞缺陷的处理至关重要。但引水隧洞的施工支洞处于封闭状态，给隧洞缺陷修复带来了极大的不便，不便于使用大型机械设备，人工成本大大增加，从而增加了工程造价。因此，选择合适的处理方案是引水隧洞缺陷修复的关键。

首先，根据缺陷情况比选处理方案，结合隧洞围岩情况，确定采用传统的加固方案或新型加固方案，如采取全洞段混凝土衬砌、喷混凝土+钢筋网+锚杆加固、其他新型加固方案等。

其次，结合隧洞施工条件，选择合理的加固方案，如有些隧洞支洞口较大，便于大型机械设备进出，可以选择大型机械设备施工，从而达到降低工程造价的效果；如不便于大型机械设备进出，则尽可能选择可以通过人工运送材料的方案，便于原材料的运输。

最后，考虑到隧洞的耐久性，结合工程造价情况，选择一些轻质、耐久的材料用于工程中，一方面可以提高隧洞的耐久性，增加隧洞使用年限；另一方面也有利于降低工程造价。