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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

文档作者：董功华文档来源：中国水利水电建设工程咨询西北有限公司		点击数：	更新时间： 2024年03月05日
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文章编号:1006—2610(2016)05—0044—03
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)
摘　要: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。
关键词:有压隧洞;泥石流;处理方法;墨脱亚让水电站
中图分类号:TV554　　　　文献标识码:A　　　　DOI:10. 3969/ j. issn. 1006-2610. 2016. 05. 011
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)
Abstract: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
　　收稿日期:2016-05-06
　　作者简介: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.
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
44 董功华. 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 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
万方数据
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
西北水电·2016 年·第5 期 45
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万方数据
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。
(下转第62 页)
46 董功华. 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 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
万方数据
施工总承包项目,施工单位在下水库挡水坝及进/ 出
水口施工前应在昆嵛山水库坝前设置水位监测装
置,实时监测和调控昆嵛山水库坝前水位,并根据表
1 查得相应洪峰流量及挡水水位以确定下水库围堰
工程施工方案。
(3) 昆嵛山水库通过蓄水前一次性补水及蓄水
期连续补水,累计为文登抽水蓄能电站补水1 055. 1
万m3,为文登抽水蓄能电站初期蓄水的重要补水水
源,保障了电站的初期发电需求。
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　　(上接第46 页)
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。
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