某水电站泄洪隧洞塌方原因分析及教训.docx

科研与管理水利规划与设计2010年第2期

·52·

某水电站泄洪隧洞塌方原因分析及教训

王正哲赵云

(中国水利水电科学研究院北京100048)

【摘要】影响围岩稳定性的主要因素有围岩本身的结构特征、顶部块体的自重应力、工程力(爆破震动力、支护力)、地下水作用等。正是这些因素的共同作用造成了某水电站泄洪隧洞进口段较大的塌方事故。区域性大断裂带是工程区不良地质条件的控制性因素；隧洞洞轴线岩体的水文地质和工程地质条件是造成围岩体不稳定并导致此次大塌方事故的内因；人为的未能按照相关技术规范要求进行的爆破活动是导致最终塌方的直接诱因；而施工方支护措施有效性不足使得岩体失去了最后的一道屏障并最终导致塌方。从该事故中取得的教训是：要重视前期选址时地质勘探工作；施工中做好超前预报工作；严格按相关技术规范施工。

【关键词】隧洞塌方围岩体稳定性工程力教训

【中图分类号】TV698.2【文献标识码】B【文章编号】1672-2469(2010)02-0052-03

1工程及塌方事件概述

某水电站是以发电为主的水电水利枢纽工程，工程等级为Ⅱ等大(2)型工程。水电站装机容量3×60MW,正常蓄水位以下库容3.0亿m3。工程主要建筑物有泄洪(兼导流)洞、心墙堆石坝、溢洪道、引水隧洞、厂区枢纽、开关站等。其中泄洪洞洞身段全长700m,断面形状为圆形，内径为10.0m。

在施工过程中，尽管已经进行了锚喷等临时支护措施，泄洪洞进口段仍然发生了一次较大的塌方事故，塌落最大高度约24m,总塌方量约5000m3左右。塌方使得整个水电站工程工期滞后了3个多月，造成了一定的经济损失。

2影响洞室围岩稳定性的一般性因素

洞室围岩的稳定是一个相对概念。它是指在一定的时间内，在一定的地质力和工程力作用下，洞室岩体不产生破坏性的剪切滑动。所以，影响围岩

稳定性的主要因素有围岩本身的结构特征、顶部块体的自重应力、工程力(爆破震动力、支护力)、地下水作用等。

(1)结构特征。岩体由于受层面和裂隙等结构面的切割在顶拱形成不稳定结构体。开挖后，顶部岩体处于极限平衡状态，在没有采取及时有效地支护措施的情况下，一旦改变任何稳定边界条件，譬如受到自然外力和人为扰动，顶部大面积岩体在自重应力的作用下都有塌落的可能。

(2)爆破振动力。由于对岩体实施的正常爆破，其振动荷载对空间回弹较大，具有一定的弹性效应，在岩体内产生了法向(拉压和切向剪)应力波，具有颤动和振荡特性，叠加振动效应将导致岩体裂隙面剪断贯通，更使得如炭质泥岩等软弱面上重要稳定指标黏聚力C值减小，内摩擦角φ减小。也就是说，由于爆破振动力导致C和φ值的减小，从而使得本来处于极限平衡状态的围岩失稳。

作者简介：王正哲(1977年一),男，工程师。

科研与管理水利规划与设计2010年第2期

·53·

(3)地下水活动。此外，地下水的渗入也潜在的软化和破坏岩体的结构面，进一步使得其抗剪强度降低，减小软弱结构面上的C和φ值。故此地下水活动也是造成围岩体不稳定的因素

之一。

(4)支护力。根据新奥法，如果锚喷等支护不与围岩紧贴在一起，就不能够充分发挥和利用围岩的“自承”作用，支护对围岩就不起什么作用，抵抗不了围岩的变形，起不到“以柔克刚”的作用，这样也容易使得围岩失稳而塌方。

3本次塌方事故原因分析

根据此次塌方段所揭露的具体的工程地质条件和水文地质条件，在塌方前所采取的临时支护措施，以及是否有爆破等人为活动，从区域地质特征、围岩体地质及结构特征、地下水特征等内因方面及爆破活动和支护措施等外因方面对造成此次塌方事故的原因进行了分析。

(1)区域构造地质情况分析。在工程区通过一条区域性的大断裂带，走向基本上沿隧洞北东方向延伸，断裂带内及附近的岩层发生褶皱、断层，致使工程区地质构造复杂，各级结构面均比较发育，地貌形态多样，岩石软弱破碎。这种地质构造对工程施工非常不利，在工程造价和工程进度上都具有重大的影响，如果前期准备工作不充分或者勘探工作不够深入，就会增加工程的不可预见性风险。

(2)塌方段围岩体地质及结构特征分析。从泄洪洞塌方段揭露的地质条件来看，围岩岩性为三叠系上统火把冲组下段第三层粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、深灰色长石石英砂岩，其中多为灰质粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层，局部夹杂中厚层状长石石英砂岩及炭质泥岩。泥岩、砂岩具有很强的水解、软化特