论文部分内容阅读
摘要：为节约工程投资，小型水电站的压力隧洞一般都不衬砌或少衬砌，在运行过程中，个别电站会出现压力隧洞漏水现象，在山体外形成集中漏水出口，冲走山坡覆盖层，从而造成山体滑坡等灾害。本文结合自己参与的两座水电站漏水处理的设计，对压力隧洞漏水处理方案进行分析探讨，以供同行参考。
关键词：小型水电站 压力隧洞 漏水 处理方法
基本情况
1临安市桐坑水电站
该电站为高水头混合式水电站，装机规模为2×500kw，设计水头为313m，利用调节水库水头约8m，发电引用流量为0.42m3/s。电站调节水庫控制集雨面积为4.85km2，调节库容为0.9万m3，为日调节水库。水库正常高水位为833.26m，最大坝高17.42m，死水位为829.0m，死库容为0.55万方，校核洪水位835.51m，相应总库容为2.1万方。为充分利用调节水库的水头，设计时将引水隧洞设计为压力隧洞，隧洞断面为城门洞形，底宽1.5m，矢高0.75m，共长2132m，底坡坡降为1/1000，隧洞末端接490.66m长压力钢管至发电厂。
工程于2005年11月8日投入运行，运行约20天后，压力隧洞桩号K1+776.0--K1+785段山体发生透水事故，漏水点共2处，最高漏水点高程为829.3m，低于正常蓄水位833.26m约4m，最低漏水点高程为824.0m，漏水流量约0.1-0.2m3/s，冲毁山体表层1.0m~1.5m厚覆盖层，冲塌区面积共计约160m2，渗漏位置处为强风化基岩，但现场没有发现明显渗漏通道。如下照片所示
桐坑电站隧洞漏水塌方
2临安市东关一级水电站
该电站也为混合式水电站，装机规模为1×500kw，设计水头为50.0m，利用调节水库水头8.5m，引用发电流量为1.33m3/s。调节水库控制集雨面积为17.3km2，调节库容为2.62万m3，为日调节水库。水库正常高水位为433.0m，最大坝高17.4m，坝顶高程为437.40m。死水位428.0m，死库容为0.81万方。校核洪水位436.72m，相应总库容为6.64万方。为减少征地难度并充分利用调节水库的水头，将引水系统设计为有压引水隧洞，断面为圆形，直径为1.8m，共长1138.8m，K0+000~K0+600段隧道底坡坡降为2/100，K0+600~K1+138.8段隧道底坡坡降为6.25/100。设计进出口分别采用C20砼衬砌50m长，隧洞出口20m（桩号K1+118.8~K1+138.8段）为压力钢管（D=1000mm）衬砌段,后接电站厂房。
电站于2004年12月建成后一直运行正常， 2008年2月18日在隧洞桩号K1+108.8-K1+118.8段(钢管衬砌前约10m段)发生山体漏水从断层破碎带薄弱处漏出，把隧洞左右侧山坡的覆盖层均冲塌滑坡，滑坡量约200-300m3。最高渗漏点高程为390m，低于正常蓄水位433m约13m，漏水流量约0.5~0.6 m3/s。如下照片所示。
东关一级电站隧洞漏水塌方 东关一级电站隧洞漏水点近照
渗漏原因分析
1桐坑电站
在规划该电站时，隧洞洞线很长，全长2km多，业主为节省勘测费用，未对洞线全程进行实际测量，仅根据万分之一图上山脉的走向，大致布置了洞线走向，致使局部隧洞围岩偏薄，围岩最薄处（即渗漏点）仅6m厚，且包括围岩外1~1.5m覆盖层的厚度。
漏水位置隧洞底高程为823.8m，最大水压力(水库为正常蓄水位时)约9.5m。K1+300-K2+132米隧洞围岩为寒武系下统荷塘组（ε1h）条带状灰岩夹炭质、硅质页岩，强风化层节理发育。根据现场探勘，在漏水点隧洞内外均没有找到漏水通道，无孔洞及明显的裂隙。分析渗漏原因为围岩过于单薄且围岩节理发育，多处渗漏细微裂隙集中至薄弱山体处形成渗漏现象。
2东关一级水电站
经现场踏勘洞内情况，发现洞内桩号K1+108.8-K1+118.8段顶部的石块大量坍塌，而在钢管衬砌前25m范围内存在小的断层，在洞内未过水前裂隙中均被粘土所填充，隧洞施工中未予以足够的重视。电站运行以后，隧洞长期处于高压水流的作用下，裂隙中的粘土被慢慢地冲洗掉，高压水不断地填充裂隙，直至从地质薄弱处渗出并扩大通道，而形成山体滑坡等灾害，并迫使电站停止运行进行检修。
处理方案
1桐坑电站
根据压力隧洞的的围岩地质情况，对桩号K1+766.0~ K1+809.9段隧洞进行全断面钢筋砼衬砌，并对衬砌段进行回填灌浆，在渗漏点位置多钻孔加强灌浆。考虑到整段隧洞水压力最大为10m水头，相对压力较小，衬砌断面形状仍选为城门洞形。考虑到施工便利，由最低漏水点处开挖临时支洞，作为建筑材料、机械的运输通道，此处隧洞围岩风化较为严重，且围岩厚度最薄仅4-5m，距渗漏位置最短，实施起来也最为经济合理。引水隧洞衬砌、回填灌浆完成后，对支洞全长进行封堵。
2东关一级水电站
根据桩号1+118以前的隧洞围岩整体性良好，仅围岩局部村庄小的夹泥断层的实际情况，采取钢管衬砌30m长，以钢管来承受洞内水压力，防止洞内断层渗漏、滑塌。新增隧洞衬砌钢管直径为1.0m，壁厚为6mm，钢管外与洞壁间用C20混凝土填充密实。砼及钢材等器材均由电站前钢管进人孔送入，水平运输距离约40m，运输、安装及砼浇筑均十分不方便，也使处理周期变长，造成电站间接损失增加。
处理效果
1桐坑水电站
经洞内钢筋砼衬砌并回填灌浆后再次进行洞内充水实验，发现原渗漏位置不在有渗漏现象。运行至今已有4年多，未发生渗漏现象，原漏水点位置已无渗漏现象。
2东关一级水电站
经钢管砼衬砌后，投产运行3年多以来，塌方区不再发生渗漏现象，原渗漏位置也无渗漏迹象。
结语
(1)小型水电站的压力隧洞围岩虽无明显渗漏通道，如岩石裂隙发育，在压力的作用下，也会导致集中渗漏现象发生，从而引起山体滑坡、泥石流等灾害。
(2) 对隧洞渗漏的处理方案主要选用“内堵”的方式进行处理，具体方法为对渗漏段隧洞进行洞内钢筋砼衬砌或洞内钢管衬砌等。
(3)小型水电站的压力隧洞为节省工程投资，压力隧洞一般不衬砌或少衬砌，对隧洞裂隙渗漏等重视程度不够，宁愿等到渗漏现象发生时再进行处理，从而造成了较大的滑坡直接经济损失和处理期间的发电间接损失。
（4）建议小型水电站压力隧洞在实施阶段加强地质勘测工作，及时发现隧洞薄弱环节，并进行衬砌处理，就能以较少费用获得较大的经济效益及社会效益。
关键词：小型水电站 压力隧洞 漏水 处理方法
基本情况
1临安市桐坑水电站
该电站为高水头混合式水电站，装机规模为2×500kw，设计水头为313m，利用调节水库水头约8m，发电引用流量为0.42m3/s。电站调节水庫控制集雨面积为4.85km2，调节库容为0.9万m3，为日调节水库。水库正常高水位为833.26m，最大坝高17.42m，死水位为829.0m，死库容为0.55万方，校核洪水位835.51m，相应总库容为2.1万方。为充分利用调节水库的水头，设计时将引水隧洞设计为压力隧洞，隧洞断面为城门洞形，底宽1.5m，矢高0.75m，共长2132m，底坡坡降为1/1000，隧洞末端接490.66m长压力钢管至发电厂。
工程于2005年11月8日投入运行，运行约20天后，压力隧洞桩号K1+776.0--K1+785段山体发生透水事故，漏水点共2处，最高漏水点高程为829.3m，低于正常蓄水位833.26m约4m，最低漏水点高程为824.0m，漏水流量约0.1-0.2m3/s，冲毁山体表层1.0m~1.5m厚覆盖层，冲塌区面积共计约160m2，渗漏位置处为强风化基岩，但现场没有发现明显渗漏通道。如下照片所示
桐坑电站隧洞漏水塌方
2临安市东关一级水电站
该电站也为混合式水电站，装机规模为1×500kw，设计水头为50.0m，利用调节水库水头8.5m，引用发电流量为1.33m3/s。调节水库控制集雨面积为17.3km2，调节库容为2.62万m3，为日调节水库。水库正常高水位为433.0m，最大坝高17.4m，坝顶高程为437.40m。死水位428.0m，死库容为0.81万方。校核洪水位436.72m，相应总库容为6.64万方。为减少征地难度并充分利用调节水库的水头，将引水系统设计为有压引水隧洞，断面为圆形，直径为1.8m，共长1138.8m，K0+000~K0+600段隧道底坡坡降为2/100，K0+600~K1+138.8段隧道底坡坡降为6.25/100。设计进出口分别采用C20砼衬砌50m长，隧洞出口20m（桩号K1+118.8~K1+138.8段）为压力钢管（D=1000mm）衬砌段,后接电站厂房。
电站于2004年12月建成后一直运行正常， 2008年2月18日在隧洞桩号K1+108.8-K1+118.8段(钢管衬砌前约10m段)发生山体漏水从断层破碎带薄弱处漏出，把隧洞左右侧山坡的覆盖层均冲塌滑坡，滑坡量约200-300m3。最高渗漏点高程为390m，低于正常蓄水位433m约13m，漏水流量约0.5~0.6 m3/s。如下照片所示。
东关一级电站隧洞漏水塌方 东关一级电站隧洞漏水点近照
渗漏原因分析
1桐坑电站
在规划该电站时，隧洞洞线很长，全长2km多，业主为节省勘测费用，未对洞线全程进行实际测量，仅根据万分之一图上山脉的走向，大致布置了洞线走向，致使局部隧洞围岩偏薄，围岩最薄处（即渗漏点）仅6m厚，且包括围岩外1~1.5m覆盖层的厚度。
漏水位置隧洞底高程为823.8m，最大水压力(水库为正常蓄水位时)约9.5m。K1+300-K2+132米隧洞围岩为寒武系下统荷塘组（ε1h）条带状灰岩夹炭质、硅质页岩，强风化层节理发育。根据现场探勘，在漏水点隧洞内外均没有找到漏水通道，无孔洞及明显的裂隙。分析渗漏原因为围岩过于单薄且围岩节理发育，多处渗漏细微裂隙集中至薄弱山体处形成渗漏现象。
2东关一级水电站
经现场踏勘洞内情况，发现洞内桩号K1+108.8-K1+118.8段顶部的石块大量坍塌，而在钢管衬砌前25m范围内存在小的断层，在洞内未过水前裂隙中均被粘土所填充，隧洞施工中未予以足够的重视。电站运行以后，隧洞长期处于高压水流的作用下，裂隙中的粘土被慢慢地冲洗掉，高压水不断地填充裂隙，直至从地质薄弱处渗出并扩大通道，而形成山体滑坡等灾害，并迫使电站停止运行进行检修。
处理方案
1桐坑电站
根据压力隧洞的的围岩地质情况，对桩号K1+766.0~ K1+809.9段隧洞进行全断面钢筋砼衬砌，并对衬砌段进行回填灌浆，在渗漏点位置多钻孔加强灌浆。考虑到整段隧洞水压力最大为10m水头，相对压力较小，衬砌断面形状仍选为城门洞形。考虑到施工便利，由最低漏水点处开挖临时支洞，作为建筑材料、机械的运输通道，此处隧洞围岩风化较为严重，且围岩厚度最薄仅4-5m，距渗漏位置最短，实施起来也最为经济合理。引水隧洞衬砌、回填灌浆完成后，对支洞全长进行封堵。
2东关一级水电站
根据桩号1+118以前的隧洞围岩整体性良好，仅围岩局部村庄小的夹泥断层的实际情况，采取钢管衬砌30m长，以钢管来承受洞内水压力，防止洞内断层渗漏、滑塌。新增隧洞衬砌钢管直径为1.0m，壁厚为6mm，钢管外与洞壁间用C20混凝土填充密实。砼及钢材等器材均由电站前钢管进人孔送入，水平运输距离约40m，运输、安装及砼浇筑均十分不方便，也使处理周期变长，造成电站间接损失增加。
处理效果
1桐坑水电站
经洞内钢筋砼衬砌并回填灌浆后再次进行洞内充水实验，发现原渗漏位置不在有渗漏现象。运行至今已有4年多，未发生渗漏现象，原漏水点位置已无渗漏现象。
2东关一级水电站
经钢管砼衬砌后，投产运行3年多以来，塌方区不再发生渗漏现象，原渗漏位置也无渗漏迹象。
结语
(1)小型水电站的压力隧洞围岩虽无明显渗漏通道，如岩石裂隙发育，在压力的作用下，也会导致集中渗漏现象发生，从而引起山体滑坡、泥石流等灾害。
(2) 对隧洞渗漏的处理方案主要选用“内堵”的方式进行处理，具体方法为对渗漏段隧洞进行洞内钢筋砼衬砌或洞内钢管衬砌等。
(3)小型水电站的压力隧洞为节省工程投资，压力隧洞一般不衬砌或少衬砌，对隧洞裂隙渗漏等重视程度不够，宁愿等到渗漏现象发生时再进行处理，从而造成了较大的滑坡直接经济损失和处理期间的发电间接损失。
（4）建议小型水电站压力隧洞在实施阶段加强地质勘测工作，及时发现隧洞薄弱环节，并进行衬砌处理，就能以较少费用获得较大的经济效益及社会效益。