某水利枢纽引水洞塌方段的处理设计计算

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某水利枢纽引水洞塌方段的处理设计计算

1、工程概况

枢纽主要建筑物由挡水坝、岸坡式溢洪道、引水隧洞、发电厂房及开关站等组成，为二等大

（2 Ⅵ ）型工程，地震基本烈度为度。引水隧洞全长约 7km，建筑物级别为 3级。

2、隧洞塌方段情况简介

该隧洞在施工过程中产生局部塌方，塌方段长度 13.5 m，塌方空腔最大高度约 40 m，隧洞中心

线垂直向上最大高度约 31.5 m，塌方最大宽度约 25 m，塌方堆渣体上部净空最高约 12 m。从

纵剖面上看，塌腔中心线偏向洞轴线右侧，两者夹角约 16°，从最大塌方横剖面上看，塌方偏

向洞中心线右侧（面向上游），基本位于左顶拱至右腰线之间 90°的范围内。根据实测的塌方

空腔形状和塌方空腔估算，塌方量 4 300 m3 左右。

3、塌方段工程地质条件

围岩为二叠系下统吴家坪组（P2w）下部和二叠系上统茅口组（P1m）的上部地层。吴家坪组

（P2w）岩性含燧石结核灰岩夹白云质灰岩、泥灰岩、炭质灰岩，深灰色，细～微晶结构，中

厚层状构造；底部发育有透镜状厚度 0～3.0 m，由破碎黑色泥灰岩、页岩夹中薄层碳质页岩构

成的软岩夹层，属软质岩，其中炭质页岩岩块投入水中仅几分钟就崩解为细颗粒状和粉土的混

Ⅳ合物，围岩类别为类，自稳能力差。

茅口组（P1m）含沥青质燧石结核灰岩偶夹炭质页岩和泥灰岩：深灰色，细～微晶结构，中厚

层状构造。中厚层状含燧石结核灰岩夹白云质灰岩、含沥青质燧石结核灰岩均为硬质岩，岩石

Ⅱ呈微风化状态，围岩自稳能力强；洞壁干燥为主，局部潮湿，围岩类别为类。

隧洞塌方段附近在两侧边墙各见有节理，走向为 N50°～60°E，倾向 NW 和SE，倾角 85°左

右，断续长度约 50.0 m，宽度 0～2 mm，方解石充填，节理面起伏光滑，节理间距 5～22 m，

节理切割层理，腰线以上存在不利围岩稳定的结构面组合。

吴家坪组（P2w）底部发育的透镜状厚度 0～3.0m（由破碎黑色泥灰岩、页岩夹中薄层碳质页

岩构成的软岩夹层），自身为工程地质缺陷，炭质页岩岩层受洞内水的浸蚀不断的软化变形，

崩解的细颗粒状和粉土的混合物沿破裂的喷射混凝裂缝溢出形成小塌腔，小塌腔与不利围岩稳

定的结构面组合联合作用不断扩大塌腔酿成较大规模塌方。

4、塌方处理设计计算

4.1 处理方案拟定

由于塌方段围岩破碎，塌腔上部情况无法探明，若盲目处理会导致围岩继续失稳，造成二次塌

方，根据以往类似处理经验，结合塌方体实际情况，决定对该塌方段采取管棚、超前小导管注

浆配合工字钢架支撑，对塌方地段灌注水泥液浆的处理方法通过，管棚以上堆渣不再进行清

理。

根据塌方段的施工方案，结合引水隧洞实际受力情况，拟定了钢筋混凝土衬砌方案进行处理。

根据实测的塌方空腔形状，空腔上大下小，体积约4 300 m3，空腔若全部采用混凝土回填处理

的话，回填量大、投资高、施工困难，因此设计对该方案进行了大量计算和设计优化。由于堆

渣体厚度较大，对顶拱以上一定厚度范围内的堆渣体进行固结灌浆处理，使其灌后达到一定的

强度，根据洞子实际受力，采用有限元法对灌浆处理厚度进行敏感性分析，最终在满足设计安

全可靠要求的前提下优选出该参数。同时根据固结灌浆后的堆渣体所能达到的弹性模量计算衬

砌所需要的合理配筋。

4.2 有限元法结构计算

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某水利枢纽引水洞塌方段的处理设计计算1、工程概况枢纽主要建筑物由挡水坝、岸坡式溢洪道、引水隧洞、发电厂房及开关站等组成，为二等大（2Ⅵ）型工程，地震基本烈度为度。引水隧洞全长约7km，建筑物级别为3级。2、隧洞塌方段情况简介该隧洞在施工过程中产生局部塌方，塌方段长度13.5m，塌方空腔最大高度约40m，隧洞中心线垂直向上最大高度约31.5m，塌方最大宽度约25m，塌方堆渣体上部净空最高约12m。从纵剖面上看，塌腔中心线偏向洞轴线右侧，两者夹角约16°，从最大塌方横剖面上看，塌方偏向洞中心线右侧（面向上游），基本位于左顶拱至右腰线之间90°的范围内。根据实测的塌方空腔形状和塌方空腔估算，塌方量4...

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