1、工程概況
樞紐主要建筑物由擋水壩、岸坡式溢洪道、引水隧洞、發電廠房及開關站等組成，為二等大（2）型工程，地震基本烈度為Ⅵ度。引水隧洞全長約 7km，建筑物級別為3級。
2、隧洞塌方段情況簡介
該隧洞在施工過程中產生局部塌方，塌方段長度13.5 m，塌方空腔最大高度約40 m，隧洞中心線垂直向上最大高度約31.5 m，塌方最大寬度約25 m，塌方堆渣體上部凈空最高約12 m。從縱剖面上看，塌腔中心線偏向洞軸線右側，兩者夾角約16°，從最大塌方橫剖面上看，塌方偏向洞中心線右側（面向上游），基本位于左頂拱至右腰線之間90°的范圍內。根據實測的塌方空腔形狀和塌方空腔估算，塌方量4 300 m3左右。
3、塌方段工程地質條件
圍巖為二疊系下統吳家坪組（P2w）下部和二疊系上統茅口組（P1m）的上部地層。吳家坪組（P2w）巖性含燧石結核灰巖夾白云質灰巖、泥灰巖、炭質灰巖，深灰色，細～微晶結構，中厚層狀構造；底部發育有透鏡狀厚度0～3.0 m，由破碎黑色泥灰巖、頁巖夾中薄層碳質頁巖構成的軟巖夾層，屬軟質巖，其中炭質頁巖巖塊投入水中僅幾分鐘就崩解為細顆粒狀和粉土的混合物，圍巖類別為Ⅳ類，自穩能力差。
茅口組（P1m）含瀝青質燧石結核灰巖偶夾炭質頁巖和泥灰巖：深灰色，細～微晶結構，中厚層狀構造。中厚層狀含燧石結核灰巖夾白云質灰巖、含瀝青質燧石結核灰巖均為硬質巖，巖石呈微風化狀態，圍巖自穩能力強；洞壁干燥為主，局部潮濕，圍巖類別為Ⅱ類。
隧洞塌方段附近在兩側邊墻各見有節理，走向為N50°～60°E，傾向NW和SE，傾角85°左右，斷續長度約50.0 m，寬度0～2 mm，方解石充填，節理面起伏光滑，節理間距5～22 m，節理切割層理，腰線以上存在不利圍巖穩定的結構面組合。
吳家坪組（P2w）底部發育的透鏡狀厚度0～3.0m（由破碎黑色泥灰巖、頁巖夾中薄層碳質頁巖構成的軟巖夾層），自身為工程地質缺陷，炭質頁巖巖層受洞內水的浸蝕不斷的軟化變形，崩解的細顆粒狀和粉土的混合物沿破裂的噴射混凝裂縫溢出形成小塌腔，小塌腔與不利圍巖穩定的結構面組合聯合作用不斷擴大塌腔釀成較大規模塌方。
4、塌方處理設計計算
4.1處理方案擬定
由于塌方段圍巖破碎，塌腔上部情況無法探明，若盲目處理會導致圍巖繼續失穩，造成二次塌方，根據以往類似處理經驗，結合塌方體實際情況，決定對該塌方段采取管棚、超前小導管注漿配合工字鋼架支撐，對塌方地段灌注水泥液漿的處理方法通過，管棚以上堆渣不再進行清理。
根據塌方段的施工方案，結合引水隧洞實際受力情況，擬定了鋼筋混凝土襯砌方案進行處理。根據實測的塌方空腔形狀，空腔上大下小，體積約4 300 m3，空腔若全部采用混凝土回填處理的話，回填量大、投資高、施工困難，因此設計對該方案進行了大量計算和設計優化。由于堆渣體厚度較大，對頂拱以上一定厚度范圍內的堆渣體進行固結灌漿處理，使其灌后達到一定的強度，根據洞子實際受力，采用有限元法對灌漿處理厚度進行敏感性分析，最終在滿足設計安全可靠要求的前提下優選出該參數。同時根據固結灌漿后的堆渣體所能達到的彈性模量計算襯砌所需要的合理配筋。
4.2有限元法結構計算
根據正常蓄水位與下游調壓井最高涌浪高程，以及引水洞總長計算出隧洞塌方段中心線處內水壓力為100.1 m。根據地質縱剖面圖地下水位線顯示，外水壓力約120 m。隧洞襯砌后設計洞徑6.0 m，施工臨時管棚在洞中心線4 m以外布設，鋼筋混凝土襯砌厚度采用1.0 m。
由于此處理方式下塌方段隧洞已非埋藏洞或明洞，結構屬于非桿件體系，因此采用了平面有限元法選擇最不利塌方斷面進行分析計算。按照正常運行及檢修兩種工況，根據隧洞最小內徑、襯砌厚度、實際受力等按照有限元法進行結構及配筋驗算?；炷?、巖石、灌漿后堆渣體的物理力學參數見表1。
經計算分析，結構安全由正常運行工況控制，以此工況下灌漿堆渣體頂部水平向應力具有不小于0.1 MPa的壓應力為控制條件，對堆渣體固結灌漿處理厚度進行敏感性分析，計算結果表明，最小處理厚度介于16~18 m之間，按大值18 m計。根據計算結果，由于灌漿堆渣體和巖石模量相差較大，襯砌受力非常不均勻，其最大拉應力位于巖石和灌漿體交界處（軟硬介質交界部位），最大拉應力約2.7 MPa，超過混凝土抗拉強度標準值且均勻貫穿襯砌整個厚度。
提取襯砌典型部位應力進行積分合成內力，根據SL191-2008《水工鋼筋混凝土結構設計規范》非桿件體系配筋計算原則，按照承載能力極限狀態以及正常使用極限狀態分別進行配筋量計算。計算結果表明，襯砌最終配筋由正常使用極限狀態控制（裂縫控制驗算）。
正常使用極限狀態結構裂縫控制驗算，可通過限制鋼筋應力間接控制裂縫寬度。標準組合下的受拉鋼筋應力σsk符合規定：σsk≤αsfyk。其中：σsk為在標準組合下受拉鋼筋應力；fyk為鋼筋強度標準值；αs為考慮環境影響的鋼筋應力限制系數。
配筋量計算公式為：
式中：Tk———為標準組合下有鋼筋承擔的拉力；As———需要的鋼筋截面面積。計算結果：頂拱12 857 mm2，右邊拱6 848 mm2，底拱5 528 mm2，左邊拱6 867 mm2。每米長度配筋20根準30，由于襯砌厚度內全斷面受拉，為軸心受拉構件，配筋襯砌內外圈均分，均為10根，間距10 cm，鋼筋凈距7 cm。
4.3質量檢查要求
待鋼筋混凝土襯砌施工完畢之后必須對堆渣進行固結灌漿，綜合考慮固結后堆渣單位彈抗與襯砌配筋關系、堆渣固結灌漿的施工難度、固結灌漿效果以及灌漿效果檢測等因素，確定堆渣固結灌漿的最終效果采用固結后堆渣的單位彈抗K0來衡量，并且要求K0不小于0.8 GPa/m。但考慮到后期彈抗的檢測方法非常繁瑣且比較昂貴，根據圍巖類別與彈抗和波速的對應關系，后期可以通過物探聲波檢測、鉆孔壓水試驗來間接評價灌漿效果，要求固結后堆渣的檢測波速v不小于3 000m/s，同時要求其壓水試驗透水率不大于0.05 L/\\(min·m·m）。
為了保證固結灌漿效果，建議事先進行現場灌漿試驗，推薦合理的灌漿程序、灌漿方法、灌漿工藝、合宜的灌漿材料、漿液配比及灌漿參數。
5、結 語
該工程隧洞受力條件及處理方案，對其進行了有限元法結構計算，最終確定了堆渣體灌漿處理厚度和襯砌的結構配筋。該工程現已發電一年有余，經隧洞放空檢查，塌方處理段無任何異?，F象。說明設計方案和計算方法合理，同時積累了隧洞塌方處理及設計計算的相關經驗，并為類似工程的處理提供了借鑒。
參考文獻：
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