四川省西点电力设计有限公司 成都 610072
摘要：四川某水电站引水隧洞历经多年运行，出现了不同程度损毁情况，通过现场调查，从工程地质角度分析了各段损毁原因，并提出处理建议，设计成功修复该引水隧洞，取得了较好效果。
关键词：引水隧洞；损毁；修复；处理建议
1.电站概况
该水电站于2004年开始修建，2006年5月投产发电，电站为径流式电站，设计引用流量为7.0m3/s，水头127米，总装机容量为2×3200kw。电站为无压隧洞引水方式，引水隧洞全长4560m，过水断面采用城门洞型，宽2.7m，直墙高2.3m，顶拱高0.64m，顶拱夹角120º，坡降为1/1500。隧洞底板为全混凝土浇筑，内边墙型式有混凝土边墙、原基岩喷浆、原基岩未处理；洞顶型式有原基岩喷浆、原基岩未处理、少部分全断面混凝土衬砌。电站运行多年后，引水隧洞出现了不同程度变形、损毁，经现场踏勘，目前主要的问题见下表。
表1 隧洞损毁情况一览表
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2.区域地质概况
工程区地处川西高原与四川盆地交接地带，地势总体西高而东低。出露地层为三叠系上统须家河组（T3x），岩性为砂岩、粉砂岩、页岩、炭质页岩夹砂砾岩和煤，中部产菱铁矿透镜体。构造上工程区处于龙门山断裂带南端西侧，区域构造背景复杂。
根据GB18306-2015《中国地震动参数区划图》，工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.40S，相应的地震基本烈度为Ⅷ度。
3.引水隧洞损毁段工程地质条件及处理建议
3.1桩号0+750～0+795m段
顶拱及边墙掉块，段长45m，分布地层为三叠系上统须家河组（T3x），岩性为炭质页岩，地下水不发育，围岩类别为Ⅲ～Ⅳ。该段隧洞未采取衬砌及支护措施，仅进行了喷浆处理。目前前段15m段顶拱坍塌，拱顶线上移2～3m，后段30m顶拱及边墙掉块现象严重。
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图1 0+750～0+795m段损毁情况
导致该段顶拱坍塌的主要原因是开挖后未及时支护，上部围岩存在软弱结构面，围岩长期暴露，结构面进一步发展，形成不利组合，导致掉块，进而形成小范围的顶拱坍塌，如不及时处理，坍塌范围可能进一步不扩大。边墙掉块则主要由于该段岩体完整性较差，炭质页岩经水浸泡软化，强度降低，而导致掉块。而边墙掉块，也将引起顶拱的自然稳定。建议对前段15m全断面衬砌，并对拱顶以上部分回填；后段30m喷混凝土，锚杆加钢筋网处理。
3.2桩号0+795～0+820m段
顶拱掉块，分前后两段，全长25m，分布地层为三叠系上统须家河组（T3x），岩性为砂岩、粉砂岩，围岩类别以Ⅲ类为主。掉块段对底板及边墙进行了衬砌，顶拱仅为喷锚处理。导致掉块的主要原因是局部围岩裂隙较为发育，岩体完整性较差段，后段还有地下水活动，且顶拱未及时进行衬砌。建议全断面衬砌，并对拱顶以上部分回填。
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图2 0+795～0+820m段损毁情况
3.3桩号1+700～1+730m段
顶拱坍塌，破坏段长30m，分布地层为三叠系上统须家河组（T3x），岩性为炭质页岩，地下水呈点状滴落。该段临时支护采用钢拱架，布置间距约40cm，永久衬砌为全断面素混凝土，衬砌厚度为，顶拱15cm，边墙30cm。该段围岩无法看到，但从临时支护的强度推断，该段围岩应为Ⅴ类。
目前该段顶拱发生了坍塌，永久衬砌的素混凝土拱圈剥落，临时支护的钢拱架断裂、扭曲变形，暂时稳定于隧洞起拱线附近，尚且支撑着上部掉落的岩块。
初步分析导致该段顶拱坍塌的主要原因是，隧洞围岩为Ⅴ类，施工时采用钢拱架临时支撑强行度过后，永久衬砌采用素混凝土，后期顶拱围岩在地下水作用下失稳变形，荷载使拱圈下部素混凝土受拉破坏，导致坍塌。
目前拱圈已经完全变形，尚且支撑着上部掉落的岩块，故荷载应该不大，据此推测上部围岩坍塌高度为3～5m。地质建议拆除原有支护措施后，采用全断面钢筋混凝土衬砌。坍塌的岩块堆积体稳定性极差，拆除原有钢拱架时，存在全部坍塌的可能，施工中应加强超前支护，开挖进尺也必须严格控制。
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图3 1+700～1+730m段损毁情况
3.4桩号1+650～1+695m段
底板拱曲，破坏段全长约45m，分布地层为三叠系上统须家河组，岩性为炭质页岩，围岩类别Ⅲ-Ⅳ。一般而言，导致底板拱曲的因素有三种。一是边墙变形下沉，二是地下水外水压力，三是底板岩体遇水膨胀。而电站底板拱圈段边墙基本完好，基本可以排除第一种因素。变形段围岩为炭质页岩，具备遇水易膨胀条件，且其中一段拱曲破坏处底板可见地下水渗出，故推断底板拱曲破坏的原因是第二和第三种因素共同作用的结果。建议设计采用钢筋混凝土底板，对有地下水渗出段，设单向排水孔。
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图4 1+650～1+695m段损毁情况
4修复方案
根据各段工程地质条件，设计拟定了衬砌断面，示意图如下。
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图5 设计修复断面
根据后期回访问，隧洞修复达到了预期效果。
结语
径流引水式电站往往具有引水隧洞长，隧洞沿途工程地质条件多变，导致隧洞损毁的因素亦较多，通过单独分析各段损毁工程地质原因，为设计采取整治措施提供建议，针对性强，取得了较好的处理效果。
参考文献：
[1]段乐斋 围堰稳定分析 水利水电工程地下建筑物设计手册 四川科技出版社1993 成都56-59