緬甸DAPEIN（I）水電站隧洞進口冒頂分析處理

摘 要 本文主要介紹了緬甸DAPEIN（I）水電站工程引水隧洞進口漸變段塌方冒頂分析處理過程。通過介紹引水隧洞進口漸變段地質(zhì)條件及其開挖支護方案，分析隧洞進口塌方冒頂成因。通過分析隧洞進口塌方后邊坡裂縫形成機理，采取臨時應急支護方案及永久支護方案對引水隧洞進口漸變段進行支護。通過三年來的工程運行實踐表明，設計支護方案有效解決了引水隧洞進口塌方冒頂，同時確保進水口后邊坡安全穩(wěn)定運行，也確保了工程施工進度和施工安全，可供類似工程借鑒和參考。

關鍵詞 水電站 隧洞進口 冒頂 分析處理

中圖分類號：TV551 文獻標識碼：A

1 工程概況

緬甸DAPEIN（Ⅰ）水電站工程攔河壩布置于中緬第37號界樁以下約2.5km處，有壓引水式電站，裝機容量240MW，工程規(guī)模為中型，工程等別為III等，主要建筑物為3級。首部樞紐由混凝土重力壩、下游消力池、電站進水口等組成；引水系統(tǒng)由有壓引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道等組成；廠區(qū)樞紐由電站廠房、升壓站等組成。

隧洞采用一洞二機，共二洞，隧洞Ⅰ總長3299.282m，隧洞Ⅱ總長3342.214m。

有壓引水隧洞總設計引用流量386m3/s，為圓形斷面，由漸變段、上平洞、調(diào)壓井、斜井彎段、下平洞等組成。進口底板高程232m，出口底板高程172.4m。兩條隧洞進口（0 + 000.0～0 + 012.0）為漸變段，長12m，將8.0€？.0m的矩形斷面漸變?yōu)橹睆紻 = 8.0m的圓形斷面，鋼筋混凝土襯砌。

引Ⅰ隧洞進口段（樁號0+000～0+090m），隧洞埋深淺，上覆巖（土）體厚度較薄。地層為元古界高黎貢山群第三段（Pt2g3），巖性為黑云角閃斜長片麻巖、條帶狀斜長角閃片麻巖及眼球狀混合巖化黑云角閃斜長片麻巖。巖體片麻理走向與隧洞軸線近于平行。發(fā)育屬Ⅳ級結(jié)構(gòu)面f204，主要沿北西向（N40€皛45€癢）發(fā)育，陡傾角為主。屬Ⅴ級結(jié)構(gòu)面的主要發(fā)育節(jié)理有5組。受f204斷層影響，圍巖由強、弱風化巖體為主，巖體以碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，完整性差，整體強度低，地下水對圍巖穩(wěn)定性有較大影響。以Ⅳ類圍巖為主，穩(wěn)定性較差。

該洞段施工過程中，采取了噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)、鋼筋格柵、鋼拱架進行了支護，并澆筑混凝土襯砌。

2 引Ⅰ隧洞進口漸變段開挖及冒頂

引Ⅰ隧洞進口位于河床右岸，大壩上游約50m處，進口漸變段開挖洞徑為12m，進口底高程230.0m，洞頂高程為242.0m，洞軸線走向為N79.9€癊，洞臉邊坡之上為右岸公路（高程為257.5m），右岸公路之下按1：0.3開挖，右岸公路之下范圍上覆圍巖最大厚度為15.5m，之上為進水口高邊坡。

隧洞引I進口漸變段開挖斷面由12m€？2m方形斷面（樁號0+000）漸變至D =12m（樁號0 + 012）的圓形斷面，縱坡i = 0‰；引I0+012.00～2 + 640.0段為 D = 9m的圓形斷面，縱坡i=5‰。

引Ⅰ隧洞進口漸變段開挖揭露巖性為角閃斜長片麻巖，巖體呈弱風化上部，巖體完整性差，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育。主要發(fā)育有一條斷層及三組節(jié)理，地質(zhì)描述如下：

斷層1：N70€癢/NE∠85€皛90€埃喜忝嫫街憊饣碓？0～30cm，充填泥質(zhì)，具滲水，斷層影響帶巖體破碎，最寬達1m左右。該斷層分布于洞室下游側(cè)。

J1：N55€癊/NW∠58€埃稱槔矸較虺勺櫸⒂⒂德？～6條/m，局部密集，可達10條/m，面平直光滑，面多鐵錳質(zhì)渲染，延伸長，多閉合，少量呈微張～張開狀，夾1～5cm灰綠色泥質(zhì)物。

J2：N50€皛60€癢/SW∠80€皛90€埃勺櫸⒂⒂德？～6條/m，面平直光滑，面多鐵錳質(zhì)渲染，延伸長，多閉合，少量呈微張～張開狀，一般夾1～5cm灰綠色泥質(zhì)物。

J3：N18€癊/SE∠27€埃勺櫸⒂⒂德？條/m，面平直光滑，面多鐵錳質(zhì)渲染，延伸長，閉合～微張狀。

引Ⅰ隧洞進口漸變段下游側(cè)現(xiàn)狀為一大型沖溝，溝里枯水季節(jié)亦存在細小水流。隧洞開挖過程中，靠左側(cè)洞壁及頂部巖壁地下水滲水嚴重。

在進洞前，根據(jù)開挖揭露的工程地質(zhì)條件，設計對洞臉進行了處理，設計提出對洞臉邊坡采用長6.0m的€%？5錨桿進行系統(tǒng)支護，公路以下7m間距為2m€？m， 7m之下至洞頂間距為1m€？m；后根據(jù)多方討論實際實施的方案是采用長4.5m的€%？5錨桿進行系統(tǒng)支護，間距為2m€？m。洞臉部位采用素噴10cmC20細石砼進行封閉。進洞之后，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)及施工條件，在進口漸變段每間隔0.6m設置一榀鋼拱架結(jié)合入巖6m長€%？5砂漿錨桿進行強支護，拱頂120€胺段誆捎霉？@200€？00，素噴10cm C20細石砼進行封閉。

2009年4月1日， 引Ⅰ隧洞進口漸變段出現(xiàn)塌方冒頂，因塌方在右岸公路路面以下形成了高約30m的垂直臨空面，對進水口高邊坡的穩(wěn)定造成威脅，進水口下游側(cè)已產(chǎn)生裂縫，并且裂縫的寬度有擴大的趨勢。具體情況詳見照片1。

照片1 引Ⅰ隧洞進口漸變段塌方冒頂現(xiàn)場照片

3 塌方冒頂成因分析

因斷層J1、J2與洞臉邊坡交角較小，且之上結(jié)構(gòu)面均充填泥質(zhì)，物理性狀差，在地下水及地表水的滲透下，性狀更差，力學強度低。在與J1節(jié)理組合下，且該三組結(jié)構(gòu)面傾角陡，形成一個明顯的近垂直楔形柱體，此楔形柱體在上（公路）、下（洞室）及邊坡等三面臨空，依自重并且在洞室施工爆破，坡頂公路長期荷載及地下水滲流等外界條件綜合作用下產(chǎn)失穩(wěn)破壞。具體情況詳見照片2。

照片2 引Ⅰ隧洞進口漸變段節(jié)理及斷層結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場分布照片（入洞前）

4 塌方后邊坡裂縫形成機理

由于該段產(chǎn)生垮塌，致使該部位形成近30m的高邊坡，且257.5m高程之下邊坡垂直臨空，邊坡穩(wěn)定性差，并已形成了裂縫，并且裂縫的寬度在形成的初期有擴大的趨勢，從目前的觀測裂縫的寬度、范圍未發(fā)現(xiàn)進一步擴大。具體情況詳見照片3。

照片3 引Ⅰ隧洞進口漸變段塌方后裂縫現(xiàn)場分布照片（塌方后）

根據(jù)現(xiàn)場裂縫的分布，并依該工程區(qū)地質(zhì)條件進行分析，產(chǎn)生裂縫區(qū)由側(cè)裂面、底裂面和臨空面構(gòu)成，具體如下：

側(cè)裂面：左側(cè)裂面主要由J3節(jié)理組成，右側(cè)裂面主要由J2節(jié)理組成。兩組節(jié)理延伸長，裂面光滑平直，貫通性較好，此節(jié)理充填鐵、錳質(zhì)。兩組節(jié)理組合構(gòu)成順坡面的楔形體。

底裂面：底滑面在塊體穩(wěn)定中起到重要作用。本裂縫的產(chǎn)生底裂面主要J1a節(jié)理構(gòu)成。據(jù)該邊坡地質(zhì)素描成果，此節(jié)理延伸長，裂面光滑平直，貫通性較好，呈成組發(fā)育，此節(jié)理充填泥質(zhì)，傾向臨空面。

臨空面：由垮塌體左側(cè)面及洞室組成?？逅w垮塌之后，左側(cè)面自然形成了對裂縫區(qū)的臨空面。洞室經(jīng)過垮塌之后，在左測仍然殘留有一定的洞室，此構(gòu)成了對裂縫區(qū)之下一個臨空面，也即淘空了坡腳。

上述的側(cè)裂邊界與底裂面分析中，由側(cè)裂邊界與底裂面組合，構(gòu)成易滑移的破壞塊體，且由于其側(cè)裂面延伸較長，張開度較大，底裂面抗剪強度低，并且存在極不利的臨空面時，對抗滑穩(wěn)定極為不利。同時在垮塌體垮落之后，裂縫區(qū)巖體也存在應力釋放。因此在上述因素的作用下，此裂縫區(qū)的巖體穩(wěn)定性差，形成了裂縫，進而產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。但是在垮塌體垮塌之后，碎石堆填了洞室，對坡腳起到了一定的固腳作用，也防止了裂縫進一步的擴展。

5 支護方案

5.1 臨時應急支護

臨時應急支護處理的原則，第一防止裂縫區(qū)失穩(wěn)破壞，必須先對底裂面及臨空面進行處理，再進行側(cè)裂面處理即公路以上坡面處理。具體處理方案如下：

（1）對垮塌體兩側(cè)巖體進行支護處理，之后對垮塌部位回填素混凝土。塌方段兩側(cè)巖體支護：采用L=9m，€%？5，3根一束錨筋樁，間排距2m，砂漿為M30，處理范圍根據(jù)現(xiàn)場情況確定，錨筋樁方向盡可能與出露巖層面方向垂直。

（2）對引Ⅰ隧洞公路以上部分坡面進行系統(tǒng)支護，257.5m～271.0m高程段坡面采用€%o48花管（內(nèi)插1根€%o25鋼筋），間距2€？m，長6.5m與4.5m間隔布置，花管灌漿壓力0.1～0.2Mpa，灌漿過程中應對坡面裂縫進行觀察，如出現(xiàn)裂縫有異常，隨時調(diào)整灌漿壓力。271.0m～283.0m高程段視現(xiàn)場情況進行局部錨桿支護，采用28錨桿長6～9m，間距2€？m。花管及錨筋垂直坡面布置。

（3）為確保塌方段底部建筑物及引Ⅱ隧洞結(jié)構(gòu)的施工安全，防止塌方段的巖石在空氣中暴露時間太長，對該塌方范圍進行素噴C20砼，厚度為8cm，具體范圍根據(jù)現(xiàn)場確定；應立即對引Ⅱ隧洞洞內(nèi)圍巖進行系統(tǒng)支護，支護范圍洞底1m以上埋設直徑€%o25，長4.5m的系統(tǒng)錨桿，其方向原則為徑向布設，具體可根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)面進行適當調(diào)整，左側(cè)根據(jù)地質(zhì)條件適當加密；緊隨著應進行鋼拱架支護。

（4）根據(jù)現(xiàn)場滲水情況隨機布設L=3m，€%o50PVC排水花管，外包土工布。

5.2 永久支護

（1）進口漸變段塌方體邊坡采用1000KN無粘結(jié)預應力23根錨索進行邊坡加固，其中塌方區(qū)上方EL257.50～EL271.00邊坡10根，共分3排，第一排5根，第二排4根，第三排1根，采用C25砼框格梁連接成整體；右岸進場公路以下塌方區(qū)下游側(cè)迎水面邊坡3根；右岸進場公路以下塌方區(qū)回填砼空腔內(nèi)10根，分2排，每排5根；錨索長度為30m。錨索孔徑為130mm，單根錨索由6根預應力鋼絞線組成，錨固長度10m，錨索施工采用M20水泥砂漿進行灌注。錨索具體位置現(xiàn)場確定，其布置示意圖及詳見圖1。

（2）對塌方區(qū)下部采用石碴進行回填，上部空腔巖壁采用C25（二級配）鋼筋砼進行貼坡支護，詳見圖2。塌方區(qū)頂部1m厚砼澆筑時應將原澆筑路面砼拆除。

（3）塌方區(qū)上部回填砼澆筑及空腔內(nèi)錨索張拉完成后，方可將塌方區(qū)下部松碴清除。

（4）施工過程中應加強邊坡變形觀測。

6 結(jié)語

（1）緬甸DAPEIN（I）水電站工程引水隧洞進口受地形、地質(zhì)條件限制，選址位于大壩右岸，緊鄰山體沖溝，雖該址有大量基巖裸露，但受沖溝切割影響，構(gòu)造破碎帶較發(fā)育，分布有大量的斷裂帶及節(jié)理面。開挖后發(fā)現(xiàn)沿引I隧洞進口拱頂左側(cè)壁分布有順洞軸線節(jié)理，且地下水滲出嚴重，在開挖過程中未引起足夠的重視，造成隧洞進口漸變段塌方冒頂。因此，類似工程選址，應盡可能避開沖溝等可能存在地質(zhì)缺陷帶。另外，在隧洞開挖過程中，對拱頂存在平行洞軸線方向的較大節(jié)理面且滲水嚴重的不良地質(zhì)洞段，應引起各方足夠重視，加強支護，合理安排施工工序，確保施工安全。

（2）緬甸DAPEIN（I）水電站工程引水隧洞進口漸變段塌方冒頂后，進水口后邊坡形成很大的臨空面，一旦處理不及時，對進水口邊坡穩(wěn)定將存在巨大的潛在威脅，且右岸進場公路交通中斷，對施工材料進場造成了很大困難。經(jīng)采用上述支護方案處理后，一方面確保了進水口后邊坡的安全穩(wěn)定運行，同時也在較短時間內(nèi)恢復了右岸進場公路交通，確保了工程的施工進度。

隧洞進口漸變段2009年4月1日塌方冒頂，2009年4月26日處理完成并恢復通車。工程至今安全穩(wěn)定運行。因此，上述處理方案是可行的。