某水電站工程導(dǎo)流洞塌方原因分析

史有富，萬 露，張 宏

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 導(dǎo)流洞基本情況

某水電站導(dǎo)流洞布置于壩址右岸，洞軸方向：進(jìn)口為S17°E，至洞身中部轉(zhuǎn)為S71°E，出口段折為N72°E。由進(jìn)口明挖段、洞身、出口明挖段及閘室等組成。洞徑12 m，洞長840.70 m（比可研階段增加3.0 m），城門洞型。

導(dǎo)流洞于2006年11月開始施工。塌方段上導(dǎo)洞于2007年5月27日開始開挖，6月23日上導(dǎo)洞貫通，塌方段下導(dǎo)洞于7月26日開始開挖。

2007年8月5日晚11點(diǎn)多，導(dǎo)流洞樁號導(dǎo)0+080 m～導(dǎo)0+110 m頂拱突然涌水，鋼拱架變形，現(xiàn)場施工人員感覺情況危險(xiǎn)，就紛紛撤了出來，至當(dāng)天夜里12點(diǎn)多鐘就發(fā)生了大范圍的塌方，塌方部位全部被碎渣封堵。經(jīng)現(xiàn)場測量，導(dǎo)流洞塌方部位洞頂樁號導(dǎo)0+088 m～導(dǎo)0+112.60 m。經(jīng)檢查在相應(yīng)部位的地面，也出現(xiàn)了較大的塌陷，面積約500 m2。

2 塌方段地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

在施工過程中，設(shè)代處地質(zhì)專業(yè)，將對不良地質(zhì)洞段和危險(xiǎn)洞段及時發(fā)出地質(zhì)預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)各方引起高度重視和做好施工準(zhǔn)備。

導(dǎo)流洞塌方部位，洞頂樁號導(dǎo)0+088 m～導(dǎo)0+112.60 m，2007年4月2日在導(dǎo)流洞上導(dǎo)洞開挖至樁號導(dǎo)0+290 m附近，距沖溝部位不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖洞段約150 m，設(shè)代處施工地質(zhì)針對Ⅴ類圍巖洞段發(fā)出了2007年03號地質(zhì)預(yù)報(bào)：“根據(jù)前期勘察資料，導(dǎo)流洞出水口方向弧段過后20～28 m，即為不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖，上覆巖體厚約80 m，通過有F9斷層，規(guī)模較大，巖體破碎較為強(qiáng)烈，易產(chǎn)生較大塌方。導(dǎo)流洞（上導(dǎo)洞）進(jìn)水口方向目前已開挖至樁號導(dǎo)0+290 m附近，距沖溝部位不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖洞段約150 m。前期勘察資料樁號導(dǎo)0+036.09 m～導(dǎo)0+153.23 m段，上覆巖體厚30～65 m，圍巖為弱～微風(fēng)化片麻巖，通過有F2、F5斷層，巖石破碎，巖體完整性差，其中沖溝部位（導(dǎo)0+127.85 m）上覆弱風(fēng)化巖體厚僅為10 m左右，溝內(nèi)常年流水不斷，水量較大，開挖時易產(chǎn)生涌水、塌方。上述兩個部位，建議開挖前充分考慮臨時支護(hù)方案，備足搶險(xiǎn)物資，開挖時采取控制爆破和可靠的支護(hù)措施，以免造成大塌方甚至冒頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生?！?/p>

3 導(dǎo)流洞塌方原因分析

結(jié)合現(xiàn)場塌方情況，經(jīng)對施工單位和監(jiān)理單位提供的施工過程中資料及相關(guān)文件的分析，導(dǎo)流洞塌方的主要原因如下：

1）臨時鋼拱架與圍巖之間結(jié)合不密實(shí)，起不到應(yīng)有的支撐作用。對于導(dǎo)流洞斷層段，施工臨時支護(hù)措施為鋼拱架支撐及噴錨支護(hù)。（DL/T5099-1999）《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》要求：“要保證圍巖、噴層和錨桿之間的黏結(jié)和錨固，使錨噴支護(hù)與圍巖形成共同受力體”。上半洞開挖時，樁號導(dǎo)0+116 m～導(dǎo)0+118 m曾于2007年5月9日出現(xiàn)過塌方，并與2007年5月14日完成支護(hù)及加固處理。處理完成后，施工單位在樁號導(dǎo)0+095.573 m、導(dǎo)0+104.667 m、導(dǎo)0+111.968 m和導(dǎo)0+114.223 m處設(shè)置4處變位觀測點(diǎn)，以觀察鋼拱架的變形。

根據(jù)施工單位提供的觀測記錄可以看出，樁號導(dǎo)0+095.573 m和導(dǎo)0+104.667 m兩榀鋼拱架，2007年8月5日16點(diǎn)左右，觀察的變形最大值為4 mm，2007年8月6日零時即發(fā)生冒頂大塌方，鋼支撐沒有變位跡象，說明鋼支撐的鋼材應(yīng)當(dāng)是在沒有達(dá)到屈服點(diǎn)時，受到突然的沖擊荷載就失穩(wěn)，推測鋼支撐與洞頂圍巖之間結(jié)合不密實(shí)，沒有形成一個受力整體，沒有達(dá)到應(yīng)有的臨時支護(hù)的效果。

根據(jù)現(xiàn)場有關(guān)資料，2007年5月9日塌方段（樁號導(dǎo)0+116 m～導(dǎo)0+118 m）上部采用噴混凝土和填充其它材料相結(jié)合的施工手段進(jìn)行回填。《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5099-1999）要求：“支撐與圍巖之間應(yīng)用板、楔塊等背材塞緊”。而采用其它材料充填圍巖與鋼支撐之間的空隙，充填物難以滿足要求，遇外來荷載沖擊時首先失穩(wěn)，使山巖壓力形成沖擊荷載，導(dǎo)致鋼拱架失穩(wěn)，以至形成塌方、甚至冒頂。

塌方是在2007年8月5日23時開始的。此前幾個小時曾進(jìn)行該段導(dǎo)流洞下半洞中槽的石方爆破開挖。對于該段爆破施工，應(yīng)進(jìn)行控制爆破，使震動降低到不影響洞頂圍巖穩(wěn)定的程度，但無法核實(shí)當(dāng)時的爆破施工參數(shù)。估計(jì)導(dǎo)流洞下層石方開挖的爆破震動也是產(chǎn)生塌方的誘導(dǎo)原因。

2）永久支護(hù)施工過遲。塌方段（樁號導(dǎo)0+088 m～導(dǎo)0+112.6 m）位于斷層破碎帶及影響帶范圍，該部位節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖石風(fēng)化劇烈，透水性極強(qiáng)，屬于Ⅴ類圍巖。該段隧洞地處淺埋段附近，因此該段容易產(chǎn)生塌方。整個導(dǎo)流洞Ⅴ類圍巖只有約60 m，全部集中在淺埋段上游附近。在技施設(shè)計(jì)階段中，考慮到該段導(dǎo)流洞成洞條件較差，在該段導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)襯砌設(shè)計(jì)時，將導(dǎo)流洞頂拱的上覆巖體重力作用作為圍巖壓力進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，同時在招標(biāo)文件中“承包人的責(zé)任”、導(dǎo)流洞工程施工技術(shù)要求中“洞身石方暗挖”和《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》中均強(qiáng)調(diào)“遇有破碎帶、斷層及地質(zhì)條件差的部位和地段時，應(yīng)及時采取臨時支護(hù)措施，并及時做好永久襯砌（或盡早襯砌）”。導(dǎo)流洞上半洞于6月23日貫通至8月6日大塌方，前后間隔達(dá)45 d，開挖臨空時間過長，Ⅴ類圍巖巖體（斷層破碎帶）早已卸荷，加之7、8兩月正值雨季，8月5日前連續(xù)降雨數(shù)天，大量雨水滲入巖石裂隙及洞頂覆蓋層內(nèi)，使圍巖及洞頂覆蓋層達(dá)到飽和。而洞頂?shù)乇碛譀]有良好的排水設(shè)施，又加快了圍巖及洞頂覆蓋層達(dá)到飽和的速度。圍巖及洞頂覆蓋層達(dá)到飽和后，抗剪切能力下降，圍巖失穩(wěn)極易產(chǎn)生塌方，如果及時進(jìn)行襯砌將會避免導(dǎo)流洞塌方的發(fā)生。

4 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

導(dǎo)流洞的塌方對工程的施工工期必將產(chǎn)生一定的影響，同時也增加了工程的投資，教訓(xùn)是深刻的，如果各方能夠高度重視，及時進(jìn)行有效的臨時支護(hù)或永久襯砌，塌方是可以避免的，應(yīng)在以后的水利水電工程建設(shè)中引以為戒，避免類似情況的發(fā)生。