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摘要：尕曲水电站导流洞通水后产生严重塌方，对塌方原因进行了分析和研究并提出处理措施。采用锚网喷联合支护和钢结构支撑，紧跟掌子面边支撑边开挖对隧洞进行全断面支护，在保证安全和质量的前提下逐步推进，但费用较高，工期较长是其主要缺点。
关键词：尕曲水电站；导流洞；塌方原因；处理措施
1.概述
尕曲水电站位于青海省兴海县境内的曲什安河上，工程以发电为主，尕曲水电站大坝为钢筋砼面板堆石坝，最大坝高132m，总库容为9675.43×104m3，总装机容量为8万千瓦，安装2台水轮发电机组 ，导流洞位于大坝左岸，总长786m，断面尺寸为7.0×9.5米,导流流量403m3/s。
2 塌方情况及原因分析
2.1塌方情况
2011年6月20日上游来水量较大，21日凌晨导流洞发生较大规模塌方，导流洞被完全堵塞，导致围堰过水被冲毁的严重后果。事后根据现场测量统计，塌方总长度约合400m，塌方总方量近2万m3左右，导流洞上部山体出现沉陷，山体开裂，临近冒顶。出口处淤积洞渣较多，出口被淤积洞渣封堵，可见扭曲变形的钢拱架及散落的挂网钢筋，可见洞内塌方非常严重。
2.2导流洞塌方原因分析
经多次现场调查分析后认为导流洞塌方主要由地质因素和施工质量存在问题等原因引起的。
2.2.1地质因素：导流洞进口出分布第四系全新统坡积碎石土，碎石颗粒以片状为主（多为板岩碎块），结构松散，一般厚度小于5m.
导流洞围岩岩性为中生界三叠系中上统（T1-2ch2）池塘组2段黑色薄层状泥碳质板岩，灰黑色中层状砂质板岩，灰～灰紫色中厚层状变质砂岩，强风化层6m左右。
导流洞出口分布第四系全新统坡积（部分崩积）块石、碎石土，结构松散，具有架空结构，一般厚度小于6m。
导流洞地质构造发育，主要断层结构有F3、F7、F8、F9、F10等，断层破碎带很宽而且断层带内产物主要是断层泥和断层压碎岩混合物，有地下水活动,加速断层带泥化，无抗滑抗变形能力,其周边洞室围岩塌方严重，很不稳定。
地质勘察资料不详：开挖前对必要的地质勘探工作没有做到位，缺乏隧洞所在地段的地质和水文地质资料，情况不明，致使水工设计人员进行隧洞设计时，将隧洞轴线选在了不良的地质区域，没有避开不良地层，施工缺少详细的地质勘察资料，不能用于指导施工，盲目掘进，至断裂、褶皱带；节理、裂隙发育带对可能出现的塌方，没有可靠的预防处理技术措施。施工人员一旦遇到软弱、破碎带地层，往往措手不及造成塌方，而且对塌方处二次支护未作可靠处理。
2.2.2施工质量
施工质量存在问题是塌方的重要原因之一。主要表现为以下几点：
（1）二次支护：导流洞开挖贯通后未进行二次支护，只简单作喷射砼封闭围岩，且喷砼厚度不足，不能有效的形成支撑力，对开挖过程中出现的塌方，膨胀等不良地质地段未作加强支护，遗留重大隐患。导流洞进口和出口对断层的处理未引起足够重视，对不良地质地段的隧洞衬砌厚度不够，不能满足承载力要求，不能承受可能出现的山岩压力，通水后结构遭到破坏，进而引起塌方。
（2）导流洞底板建基面清渣不彻底：在开挖过程中，底板往往堆积很多弃渣，设计一般Ⅱ、Ⅲ类围岩底板砼在20cm左右，底板砼建基面清除到完整新鲜基岩，即上部浮渣全部清除。理论上来说，底板砼在运行过程中承受的是水流的脉动压力，水流速度越快，压力越大。当日恰逢洪水，流量大，流速快。洞底建基面清渣不彻底，砼底板和基岩未能紧密连接，存在易被冲刷掏空的软弱夹层，隧洞砼底板被整体掀起，钢支撑两边拱角架空失稳，造成钢支撑整体垮塌，引起塌方。
（3）钢支撑结构不合理，焊接质量差构件强度低：从导流洞出口塌方处被压垮的钢拱架观察，拼接焊缝受力断开。钢拱架拼接方式不合理，拼接焊缝设在拱顶（焊缝应设在两边垂直段），焊接质量较差，拼接处未焊接加强肋板，钢拱架不能起到应有的支撑力，是钢拱架压垮的重要原因之一。
（4）固结灌浆质量：对水工隧洞，常在衬砌后进行岩体固结灌浆。为保证灌浆质量，需在岩基表面有一定厚度的混凝土后进行固结灌浆。导流洞只简单作喷射砼封闭围岩，且喷砼厚度不足。因此导流洞仅进行了浅层固结灌浆，对固结效果未进行详细检查。未做钻检查孔进行压水试验或岩心检查，未进行弹性波速和弹性模量的测定。
（5）导流洞进口0+120处对于塌方处支护钢拱架，因塌方空间较大，施工难度大，地处危险，工人的人身安全无法保证，所以多处钢拱架后未用石块填实，仍遗留了较大空间。用灌浆填实难度大，且经济投入较大。此空间未作处理，遗留较大隐患。
3 塌方处理措施
3.1超前小导管
导流洞进口0+700处断层塌方，碎石堆积至洞顶，如全部挖除，必然引起洞顶更大的塌方，采取超前小导管是隧道塌方段掘进的主要方法，超前小导管采用直径50cm的无缝钢管制作，在导管前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径8cm钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20～30cm梅花形布设直径6cm的溢浆孔，钢管长5m，钢管钻设注浆孔间距为15cm，钢管沿拱的环向布置间距为300～500cm，钢管沿隧洞纵向的搭接长度不小于1m，导管安装前将工作面封闭严密、牢固，清理干净，并侧放出钻设位置后施工，采用小导管加固时，为保证工作面稳定和掘进安全，应保证小导管安装位置正确和足够的有效长度，严格控制好小导管的钻设角度。小导管注浆采用M20水泥浆，为保证浆液充满裂隙及周围空隙，注浆量和注浆压力事前由试验确定。
3.2锚杆支护
锚杆采用HRB335级Φ22钢筋，长度从2.5米。锚杆的间距和排距为1.5m，为防止塌孔，在锚杆孔钻完后及时安装锚杆杆体。
锚杆注浆安装前做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，注浆材料使用普通硅酸盐42.5水泥，粒徑小于2.5mm的砂子，并过筛，水灰比为0.38～0.45，砂浆标号不小于M20。先将拌制好的砂浆倒入泵内，将注浆管插入锚杆孔底，缓慢打开阀门注浆。在气压推动下砂浆不断压入孔底，注浆管慢慢退出锚杆孔，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免砂浆中出现空洞，将注浆管全部拔出后，立即把锚杆插入，然后用木楔堵塞孔口，防止砂浆流失。锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满须拔出锚杆重新注浆。
当成孔困难时，采用管式中空锚杆。（1）中空注浆锚杆安装前，检查锚杆体和钻头的水孔是否畅通，若有异物堵塞，应及时清理。（2）锚杆体装入设计深度后，应用水和空气洗孔，直至孔口返水或返气。（3）注浆材料采用纯水泥浆或1:1水泥砂浆，水灰比宜为0.4～0.5。采用水泥砂浆时砂子粒径不应大于1.0mm。（4）注浆料应由杆体孔灌入，上仰孔设置止浆塞和排气孔。
3.3钢拱架支护
在0+700处采用18工字钢架进行支护。工字钢架在洞外按设计加工成型，在洞内用螺栓连成整体。洞内安装在初喷混凝土之后进行与定位系筋焊接。钢架间设纵向连接筋，钢架间以喷混凝土填平。（1）为保证钢架置于稳固的地基上，施工中在钢架基脚部位预留0.15～0.2m原地基，架立钢架时挖槽就位，软弱地段在钢架基脚处设槽钢以增加基底承载力。（2）钢架平面垂直于隧道中线，其倾角度不大于2°。钢架的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。（3）为增强钢架的整体稳定性，将钢架与锚杆焊接在一起。沿钢架设置直径为φ22mm的纵向连接钢筋，环向间距1.0m，内外侧交错布置。并在拱脚及边墙处按45°角设置φ22锁脚锚杆。（4）为使钢架准确定位，钢架架设前均需预先打设定位系筋。系筋一端与钢架焊接在一起，另一端锚入围岩中0.5～1m，并用砂浆锚固，当钢架架设处有锚杆时尽量利用锚杆定位。（5）钢拱架架立后尽快喷射混凝土，并将钢架全部覆盖，使钢架与喷混凝土共同受力，喷射混凝土分层进行，每层厚度5～6cm左右，先从拱脚或墙脚处向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚（墙脚）不密实，造成强度不够，拱脚（墙脚）失稳。
3.4挂网喷护
为有效地控制围岩变形，提高支护的安全可靠性本工程采用锚网喷联合支护，挂网喷混凝土厚度10cm，混凝土强度等级C20，选用单层双向钢筋网片，采用φ12螺纹钢，间距150×150×150mm，钢筋网要求点焊，并与锚杆焊接牢固，每部工作面的网片筋预留与下一步工作面网片筋搭接长度，搭接长度不小于一个网格边长使喷射网连成一个整体。钢筋网片紧贴岩面，保持平整。 钢筋网喷射混凝土作业时，应先埋设好喷厚的标钉，以控制喷层厚度。喷射时，适当缩小喷头与受喷面间的距离，调节喷射角度，确保钢筋和围岩表面混凝土的密实性，钢筋网被混凝土覆盖后，再适当加大喷头到喷面的距离，保证平整度，其余操作与一般喷射混凝土同样施工。
3.5导流洞回填及固结灌浆
隧洞灌浆工程:本着“先回填,后固结”的原则。先进行洞顶回填灌浆施工,待回填灌浆施工结束后,再进行该部位的固结灌浆施工。在导流洞拱形一周布置固结灌浆孔,孔排、距为3.0m×3.0m;孔深深入基岩4m,矩形布置。灌浆采用孔口循环、孔内纯压式的方法进行全孔一次性灌浆法，固结灌浆采用0.3～0.5MPa。
固结灌浆检查孔在各单元灌浆结束3～7d后进行 ,检查孔的孔数不低于灌浆孔总数的5%。采用单点法常规压水试验,并辅以岩体声波测试,检查孔压水试验透水率值应不大于3Lu。4.小结
为保障施工安全，施工前对方案进行了研究探讨，在工程的施工过程中我们始终坚持：在进度与质量发生矛盾时，先质量后进度，质量与安全发生矛盾时，先安全后质量的原则。经过通水检验后，我们认为利用以上方案进行导流洞加固处理是成功的和可行的。
参考文献：
1.锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）［M］.北京：计划出版社，2001.
2.周爱国.隧道工程现场施工技术［M］.北京：人民交通出版社，2004.
3.潘家铮.水工隧洞.科学卫生出版社,1958,(1)
关键词：尕曲水电站；导流洞；塌方原因；处理措施
1.概述
尕曲水电站位于青海省兴海县境内的曲什安河上，工程以发电为主，尕曲水电站大坝为钢筋砼面板堆石坝，最大坝高132m，总库容为9675.43×104m3，总装机容量为8万千瓦，安装2台水轮发电机组 ，导流洞位于大坝左岸，总长786m，断面尺寸为7.0×9.5米,导流流量403m3/s。
2 塌方情况及原因分析
2.1塌方情况
2011年6月20日上游来水量较大，21日凌晨导流洞发生较大规模塌方，导流洞被完全堵塞，导致围堰过水被冲毁的严重后果。事后根据现场测量统计，塌方总长度约合400m，塌方总方量近2万m3左右，导流洞上部山体出现沉陷，山体开裂，临近冒顶。出口处淤积洞渣较多，出口被淤积洞渣封堵，可见扭曲变形的钢拱架及散落的挂网钢筋，可见洞内塌方非常严重。
2.2导流洞塌方原因分析
经多次现场调查分析后认为导流洞塌方主要由地质因素和施工质量存在问题等原因引起的。
2.2.1地质因素：导流洞进口出分布第四系全新统坡积碎石土，碎石颗粒以片状为主（多为板岩碎块），结构松散，一般厚度小于5m.
导流洞围岩岩性为中生界三叠系中上统（T1-2ch2）池塘组2段黑色薄层状泥碳质板岩，灰黑色中层状砂质板岩，灰～灰紫色中厚层状变质砂岩，强风化层6m左右。
导流洞出口分布第四系全新统坡积（部分崩积）块石、碎石土，结构松散，具有架空结构，一般厚度小于6m。
导流洞地质构造发育，主要断层结构有F3、F7、F8、F9、F10等，断层破碎带很宽而且断层带内产物主要是断层泥和断层压碎岩混合物，有地下水活动,加速断层带泥化，无抗滑抗变形能力,其周边洞室围岩塌方严重，很不稳定。
地质勘察资料不详：开挖前对必要的地质勘探工作没有做到位，缺乏隧洞所在地段的地质和水文地质资料，情况不明，致使水工设计人员进行隧洞设计时，将隧洞轴线选在了不良的地质区域，没有避开不良地层，施工缺少详细的地质勘察资料，不能用于指导施工，盲目掘进，至断裂、褶皱带；节理、裂隙发育带对可能出现的塌方，没有可靠的预防处理技术措施。施工人员一旦遇到软弱、破碎带地层，往往措手不及造成塌方，而且对塌方处二次支护未作可靠处理。
2.2.2施工质量
施工质量存在问题是塌方的重要原因之一。主要表现为以下几点：
（1）二次支护：导流洞开挖贯通后未进行二次支护，只简单作喷射砼封闭围岩，且喷砼厚度不足，不能有效的形成支撑力，对开挖过程中出现的塌方，膨胀等不良地质地段未作加强支护，遗留重大隐患。导流洞进口和出口对断层的处理未引起足够重视，对不良地质地段的隧洞衬砌厚度不够，不能满足承载力要求，不能承受可能出现的山岩压力，通水后结构遭到破坏，进而引起塌方。
（2）导流洞底板建基面清渣不彻底：在开挖过程中，底板往往堆积很多弃渣，设计一般Ⅱ、Ⅲ类围岩底板砼在20cm左右，底板砼建基面清除到完整新鲜基岩，即上部浮渣全部清除。理论上来说，底板砼在运行过程中承受的是水流的脉动压力，水流速度越快，压力越大。当日恰逢洪水，流量大，流速快。洞底建基面清渣不彻底，砼底板和基岩未能紧密连接，存在易被冲刷掏空的软弱夹层，隧洞砼底板被整体掀起，钢支撑两边拱角架空失稳，造成钢支撑整体垮塌，引起塌方。
（3）钢支撑结构不合理，焊接质量差构件强度低：从导流洞出口塌方处被压垮的钢拱架观察，拼接焊缝受力断开。钢拱架拼接方式不合理，拼接焊缝设在拱顶（焊缝应设在两边垂直段），焊接质量较差，拼接处未焊接加强肋板，钢拱架不能起到应有的支撑力，是钢拱架压垮的重要原因之一。
（4）固结灌浆质量：对水工隧洞，常在衬砌后进行岩体固结灌浆。为保证灌浆质量，需在岩基表面有一定厚度的混凝土后进行固结灌浆。导流洞只简单作喷射砼封闭围岩，且喷砼厚度不足。因此导流洞仅进行了浅层固结灌浆，对固结效果未进行详细检查。未做钻检查孔进行压水试验或岩心检查，未进行弹性波速和弹性模量的测定。
（5）导流洞进口0+120处对于塌方处支护钢拱架，因塌方空间较大，施工难度大，地处危险，工人的人身安全无法保证，所以多处钢拱架后未用石块填实，仍遗留了较大空间。用灌浆填实难度大，且经济投入较大。此空间未作处理，遗留较大隐患。
3 塌方处理措施
3.1超前小导管
导流洞进口0+700处断层塌方，碎石堆积至洞顶，如全部挖除，必然引起洞顶更大的塌方，采取超前小导管是隧道塌方段掘进的主要方法，超前小导管采用直径50cm的无缝钢管制作，在导管前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径8cm钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20～30cm梅花形布设直径6cm的溢浆孔，钢管长5m，钢管钻设注浆孔间距为15cm，钢管沿拱的环向布置间距为300～500cm，钢管沿隧洞纵向的搭接长度不小于1m，导管安装前将工作面封闭严密、牢固，清理干净，并侧放出钻设位置后施工，采用小导管加固时，为保证工作面稳定和掘进安全，应保证小导管安装位置正确和足够的有效长度，严格控制好小导管的钻设角度。小导管注浆采用M20水泥浆，为保证浆液充满裂隙及周围空隙，注浆量和注浆压力事前由试验确定。
3.2锚杆支护
锚杆采用HRB335级Φ22钢筋，长度从2.5米。锚杆的间距和排距为1.5m，为防止塌孔，在锚杆孔钻完后及时安装锚杆杆体。
锚杆注浆安装前做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，注浆材料使用普通硅酸盐42.5水泥，粒徑小于2.5mm的砂子，并过筛，水灰比为0.38～0.45，砂浆标号不小于M20。先将拌制好的砂浆倒入泵内，将注浆管插入锚杆孔底，缓慢打开阀门注浆。在气压推动下砂浆不断压入孔底，注浆管慢慢退出锚杆孔，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免砂浆中出现空洞，将注浆管全部拔出后，立即把锚杆插入，然后用木楔堵塞孔口，防止砂浆流失。锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满须拔出锚杆重新注浆。
当成孔困难时，采用管式中空锚杆。（1）中空注浆锚杆安装前，检查锚杆体和钻头的水孔是否畅通，若有异物堵塞，应及时清理。（2）锚杆体装入设计深度后，应用水和空气洗孔，直至孔口返水或返气。（3）注浆材料采用纯水泥浆或1:1水泥砂浆，水灰比宜为0.4～0.5。采用水泥砂浆时砂子粒径不应大于1.0mm。（4）注浆料应由杆体孔灌入，上仰孔设置止浆塞和排气孔。
3.3钢拱架支护
在0+700处采用18工字钢架进行支护。工字钢架在洞外按设计加工成型，在洞内用螺栓连成整体。洞内安装在初喷混凝土之后进行与定位系筋焊接。钢架间设纵向连接筋，钢架间以喷混凝土填平。（1）为保证钢架置于稳固的地基上，施工中在钢架基脚部位预留0.15～0.2m原地基，架立钢架时挖槽就位，软弱地段在钢架基脚处设槽钢以增加基底承载力。（2）钢架平面垂直于隧道中线，其倾角度不大于2°。钢架的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。（3）为增强钢架的整体稳定性，将钢架与锚杆焊接在一起。沿钢架设置直径为φ22mm的纵向连接钢筋，环向间距1.0m，内外侧交错布置。并在拱脚及边墙处按45°角设置φ22锁脚锚杆。（4）为使钢架准确定位，钢架架设前均需预先打设定位系筋。系筋一端与钢架焊接在一起，另一端锚入围岩中0.5～1m，并用砂浆锚固，当钢架架设处有锚杆时尽量利用锚杆定位。（5）钢拱架架立后尽快喷射混凝土，并将钢架全部覆盖，使钢架与喷混凝土共同受力，喷射混凝土分层进行，每层厚度5～6cm左右，先从拱脚或墙脚处向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚（墙脚）不密实，造成强度不够，拱脚（墙脚）失稳。
3.4挂网喷护
为有效地控制围岩变形，提高支护的安全可靠性本工程采用锚网喷联合支护，挂网喷混凝土厚度10cm，混凝土强度等级C20，选用单层双向钢筋网片，采用φ12螺纹钢，间距150×150×150mm，钢筋网要求点焊，并与锚杆焊接牢固，每部工作面的网片筋预留与下一步工作面网片筋搭接长度，搭接长度不小于一个网格边长使喷射网连成一个整体。钢筋网片紧贴岩面，保持平整。 钢筋网喷射混凝土作业时，应先埋设好喷厚的标钉，以控制喷层厚度。喷射时，适当缩小喷头与受喷面间的距离，调节喷射角度，确保钢筋和围岩表面混凝土的密实性，钢筋网被混凝土覆盖后，再适当加大喷头到喷面的距离，保证平整度，其余操作与一般喷射混凝土同样施工。
3.5导流洞回填及固结灌浆
隧洞灌浆工程:本着“先回填,后固结”的原则。先进行洞顶回填灌浆施工,待回填灌浆施工结束后,再进行该部位的固结灌浆施工。在导流洞拱形一周布置固结灌浆孔,孔排、距为3.0m×3.0m;孔深深入基岩4m,矩形布置。灌浆采用孔口循环、孔内纯压式的方法进行全孔一次性灌浆法，固结灌浆采用0.3～0.5MPa。
固结灌浆检查孔在各单元灌浆结束3～7d后进行 ,检查孔的孔数不低于灌浆孔总数的5%。采用单点法常规压水试验,并辅以岩体声波测试,检查孔压水试验透水率值应不大于3Lu。4.小结
为保障施工安全，施工前对方案进行了研究探讨，在工程的施工过程中我们始终坚持：在进度与质量发生矛盾时，先质量后进度，质量与安全发生矛盾时，先安全后质量的原则。经过通水检验后，我们认为利用以上方案进行导流洞加固处理是成功的和可行的。
参考文献：
1.锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）［M］.北京：计划出版社，2001.
2.周爱国.隧道工程现场施工技术［M］.北京：人民交通出版社，2004.
3.潘家铮.水工隧洞.科学卫生出版社,1958,(1)