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抽水蓄能電站引水隧洞鋼拱架變形原(成)因分析及處理措施

文檔作者：劉鵬劉林元張娟國高魯文檔來源：中國水利水電第三工程局有限公司		更新日期： 2026年04月03日	點擊數：
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水利資源與建設區域治理
抽水蓄能電站引水隧洞鋼拱架變形原(成)因分析及
處理措施
劉鵬劉林元張娟國高魯
中國水利水電第三工程局有限公司，陜西西安71_0000
摘要：本文著重介紹抽水電站引水隧洞在貫通一定時段后出現的大面積已支護鋼拱架變形，針對隧洞鋼拱架變形采取的一系列處
理技術措施，確保了鋼拱架變形處理工作安全有效的進行。本文通過對抽水蓄能電站鋼拱架變形處理全過程的簡要描述，供在今后施
工中遇到類似情況作為借鑒和參考。
關鍵詞：抽水蓄能電站引水隧洞；鋼拱架變形；原(成)因分析；處理技術措施
一、概況
抽水蓄能電站引水隧洞4撐、5#、
6#三條引水隧洞平行布置，洞線走
向NE56。一NE49。，洞軸線間距為
27．22m一36m．引水隧洞穿越巖性不整
合界面。以巖性不整合界面上游40m處
為界，隧洞開挖為馬蹄形斷面，開挖直
徑8．8m、底部寬度4．6m，引水隧洞單條
長度為954m。隧洞分上、下半洞開挖，
隧洞巖性為弱風化火山巖(凝灰熔巖、熔
凝灰巖、凝灰巖)。主要發育①NW310—
350 o NE／SW[50-80 o、(a NEl0-
70 o SE／NW L 50—70”、③NW271—
280。SW￡60—800三組裂隙。此段洞
室地表為一沖溝，上覆巖體相對較薄，且
位于地下水位以下，圍巖受風化及地下
水影響較大，巖體完整性較差。圍巖類
別為偏差，穩定性差。其中4#引水隧洞
$40+389．035m一$40+479．035m段IV類
巖體段發生鋼拱架變形。開挖時段2016
年8月13日一2018年3月30日。
二、群引水隧洞S40+439．8一
S40+389．0m段鋼拱架變形事件描述
4樣引水隧洞于2018年3月30日完
成全部開挖支護工作，轉入基巖面清理和
臺車安裝，6月25日臺車安裝完成，具
備首倉混凝土襯砌施工條件．因與相鄰標
段進口段引水隧洞即將貫通交叉影響，決
定暫停1 O天待相鄰標段與工作面貫通后
再進行襯砌施工，因此將4號引水隧洞調
整為建基面面清理及墊層混凝土施工。此
部位在施工期臨時監測均無任何變形。
6月28日白班基巖面采用SY65C
小型液壓挖掘機清理至$40+440，00m，
夜班出渣至22：00時，未見異常，6月
29日6：30分作業人員到達現場后發現
$40+439．80m至小樁號順水流左側邊墻
鋼拱架被圍巖擠出變形，安排進行監測。
11點35分時項目部完成臨時監測點布
置并獲取初始值，發現局部最大位移達
70cm，6月30日8時進行第一次測設、
7月1日8時進行第二次測設均有不同程
度變形。
三、鋼拱架變形原因分析
(1)經勘查。變形段實際樁號為
S40+389．0一S4+439．8m段左側墻體，該
段開挖支護階段根據2017年11月份地
質月報中描述，此段巖性為弱風化火山
巖(凝灰熔巖、熔凝灰巖、凝灰巖)。
主要發育①NW310—350NE／SW[50—
80。、②NEIO一70。SE，NW￡50一
70+、③NW271—280。SW[60—80。
三組裂隙。此段洞室地表為一沖溝，上覆
巖體相對較薄，且位于地下水位以下，圍
巖受風化及地下水影響較大，巖體完整性
較差。
(2)此部位開挖支護階段根據現場
實際揭露圍巖情況，巖體較為松散，且滲
水嚴重。聯合設計、外部專家進行現場查
看，后要求進行鋼拱架加強支護，鋼拱架
間距調整為75cm，局部滲水部位布設排
水孔。
(3)日前進行基巖面清理時，底板
揭露圍巖為凝灰熔巖。其洞室頂部表面有
沖溝。加之近期降雨量較大、底板有大量
水流出，并在底板形成積水，凝灰熔巖特
性遇水弱化系數降低，為典型的IV類圍巖，
導致巖體不穩，邊墻巖體變形。
(4)此部位地下水位升高，巖體的
重量增加，導致邊墻巖體變形。
(5)此部位正好處于洞室轉彎段，
巖體受力分布不均，亦可導致軟弱巖體部
位發生變形。
(6)鎖腳錨桿長度為4．5m，邊墻凝
灰熔巖范圍較大，鎖腳錨桿未深入到巖性
較好的巖石中．錨桿未能起到鎖定鋼拱架
的作用，導致邊墻巖體變形。
四、施工方案
1應急處理方案
1．1觀測點布設
以現場施工情況．布設觀測點危險性
較大。利用現有系統錨桿、鋼拱架作為觀
測點，首次應連續觀測兩次，并取平均值
作為初始值，觀測點必須加密，每天進行
觀測，觀測次數不少于3次，檢測后若發
現邊墻較大變形時，重新制定處理方案。
1．2壓腳施工
壓腳施工共計50．8m，每8m進行分
段壓腳施工，利用液壓反鏟先鋪設50cm
厚中石進行壓腳，后進行石渣壓腳，中石
及石渣運至施工現場．液壓反鏟在安全區
域向洞內鋪設。保證填鋪面在縱向和橫向
平順均勻，以保證渣體對變形部位均勻壓
住，保證邊墻不再發生變形，確保達到壓
腳效果。
壓腳采用中石及石渣進行鋪設。底
層采用中石鋪設透水層，高度為50cm，
上層采用洞挖石渣壓腳，壓腳高度，拱腳
部位埋深為100cm，防止繼續變形，從
$40+439．8m段開始向$40+389．Om段分
段進行壓腳．采用邊壓邊觀察的方法，每
段壓腳完成后必須進行觀測，確保無變形
后再進行下一段壓腳施工。
首段壓腳完成后，且檢測無變形后．
需進行$4+439．8m段渣體進行清理，便
于上游排水，清理完成后再進行下一段壓
腳施工。
2、處理方案
4#引水隧洞$40+439．80一
$40+389m段后續處理措施必須在壓腳施
工完成后，經監測無變形后方可進行下一
步處理施工，具體施工方案如下：
(1)$40+439．80一S40+389m
段已開裂及變形部位掛網(掛網鋼筋
由8@20X20cm)，掛網完成后采用C20
噴混凝土封閉。
(2 J$40+439．80一$40+389m段
右側拱肩往下未變形部位鋼拱架之間布
設C25，L=4與m系統錨桿加強支護。布
置間距1．50m；右側每榀拱架增加一組
C25，L=4．5m鎖腰及鎖腳錨桿加強支護，
安裝完成后對安裝部位原有噴混凝土鑿除
至露出鋼拱架，與拱架進行焊接加固。
(3)$40+439．80一$40+449．8m段
及$40+389．0一$40+379．Om段鋼拱架之
間布設C25。L=4．5m系統錨桿加強支護，
布置間距1．5m。
(4)$40+439．80一$40+389m段進
行鉆孔固結灌漿，固結灌漿孔深5m。孔
徑由50。布置間距1．5m，排距1．5m，
具體點位根據現場情況布設，由于此段
圍巖熔凝灰巖、凝灰熔巖、凝灰巖為主。
巖體較破碎。可能存在固結灌漿孑L塌孔
現象，當固結灌漿孔無法成孔時．采用
巾25．L=3m自進式錨桿鉆孔，鉆孔完
成后自進式錨桿作為灌漿7L使用。根據
現場實際情況。采用Y一28手風鉆造孔完
成后，逐孔由里向外(從$40+389m段
向$40+439 80m段)、自下而上的原則
進行灌漿。灌入量以實際發生量進行計量
控制測量收方．單次灌漿量較大時．間
·245·
圇囝l翟水利資源與建設
歇12小時后再次灌漿。直至注滿為止，
灌漿水灰比為0 5：1。灌漿壓力不大于
0．1Mpa。
(5)固結灌漿完成3d后，對變形部
位監測后。若無變形采用液壓反鏟裝破碎
錘從(從$40+439．80m段向$40+389m
段)由變形節點處破拆鋼拱架，為防止拆
除工作對圍巖造成大的擾動影響。每拆除
一榀補立一榀并采用鋼拱架鎖腳錨桿進行
鎖拱(鎖腳錨桿C28，L=6．Om，每榀拱
架布置6根，分別在鋼拱架節點、拱腰、
拱底各布置兩根)，補立鋼拱架必須與未
拆除鋼拱架通過連接鋼筋多層焊接牢固，
每榀鋼拱架破拆前對變形節點以上點增加
一組C28。L=6．Om鎖拱錨桿。與未拆除
鋼拱架進行焊接補強。拆除后對影響體型
的松動巖體進行清理，清理至滿足體型且
無松動巖體，每3榀一段進行分層掛網
(0 8@20’20cm)及C20噴混凝土支護，
噴射混凝土必須噴平，破拆后的鋼拱架禁
止再次使用，續接鋼拱架需重新加工。具
體見后附圖紙。
一f㈣彳么夕℃ ——鋪產—一
N ? 粼吣s{掣世—-—氣劉’‘-：===二．H
備注：右側未變形區域2組錨桿及左
側4組中靠近拱頂的1組錨桿必須在
鋼拱架破拆之前安裝。左側另外3組
錨桿在鋼拱架續接完成后安裝
五、建議及結論
(1)抽水蓄能電站平洞施工若分上、
下半洞開挖。在下層半洞完成后，建議增
加臨時監測儀器，防止硐室完成后的應力
釋放產生鋼支撐變形事件。
(2)隧洞分上、下半洞開挖時，下
半洞開挖完成后，鋼支撐需銜接時必須每
個節點增加4根鎖腳錨桿。鋼拱架采用鋼
板打孔螺栓連接。切勿點焊等方式進行。
(3)變形段壓腳施工完成后處理完
成后，應對未變形部位增加系統錨噴支護。
變形區應采用固結灌漿方式對巖體進行加
固。
(4)變形區域裂縫延伸曲線位置應
采取噴砼掛網封閉，增加錨桿，固結灌漿
穩住圍巖，防止鋼拱架繼續進一步變形。
(5)隧洞鋼拱架變形區應在監測數
據無變化情況下進行，切勿盲目施工。觀
察期應做好警示標牌，嚴禁人員、設備進
入。
參考文獻：
[1]胡宗云，姬俊虎，陳潔．新疆吉林
臺抽水蓄能電站引水隧洞線路工程地質條
件遙感解譯評價Ⅱ】《資源環境與工程》
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【2]羅立娜，謝卓雄，趙金銳．石牙山
隧道塌方事故處理方案及計算分析[A】，中
國土木工程學會第十二屆年會暨隧道及地
下工程分會第十四屆年會論文集fc】．2006
年．
(上接第224頁)
打磨廓形應符合設計要求。并采用
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j，／一?L—＼、
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㈠． 一j
j ‘，。
模板或廓形儀進行打磨廓形檢查和驗收。
廓形驗收范圍為鋼軌軌頭橫向一25mm至
32mm。鋼軌打磨軌頭廓形驗收標準如表
1所示(表中+、一分別表示所測廓形高
于和低于目標廓形的量值)
表1 軌打磨軌頭廓形驗收標準如
軌頭橫軌頭橫向
設計行車速向一25mm一25mm至
度(km／h) +25mm范圍內32mm范圍
(mm) 內(mm)
≥200 +O 2／一0 2 +O 2／-06
打磨后鋼軌頂面平直度應不大于
0 2mm門m，焊接接頭軌頂面垂直方向平
直度應不大于0．2mm門m。同時應使用便
攜式粗糙度檢測儀檢測粗糙度，在10mm
范圍內同一個鋼軌打磨面上，沿與鋼軌打
磨痕跡垂直方向進行表面粗糙度測量，至
少連續測量6個點，打磨面粗糙度不大于
8 um。打磨后接觸光帶應居中，且寬度
為20一30mm。鋼軌打磨面應無連續發藍
帶。
六、實例分析
以滬寧城際線南翔北1號道岔為例進
行分析，該處道岔日常晃車較頻繁。現場
檢查道岔直股鋼軌表面光帶較寬，且存在
雙光帶現象。打磨前測點測試數據如表2
所示。
為消除晃車現象，分析現場測量數據
后決定本組道岔采用的打磨方式為：先修
理mp5、6點內側輪廓(起終點視現場廓
形測量來定，把25。一45。修至0．3mm
左右，)，再將岔前外股內側打磨O．2mm
左右，最后兩股所有角度對稱覆蓋通打一
表3安亭北站打磨后測量數據
遍。消除寬光帶。
打磨后經測量，現場數據如表3所示。
七、結論與建議
提高道岔線路設備質量，減少養修工
作量及維修成本，應科學分析設備變化規
律，隨著高速鐵路的迅速發，越來越多的
旅客乘坐高鐵出行，隨之而來的對線路的
維護保養壓力越來越大。道岔及線路鋼軌
的磨耗和疲勞傷損等病害呈上升趨勢。道
岔鋼軌打磨作為解決道岔區段鋼軌表面缺
陷、控制輪軌接觸位置和控制鋼軌外形的
手段。越來越受到重視。不管是對于除去
鋼軌表面缺陷還是保持鋼軌合適的外形輪
廓、保證行車穩定性來，道岔鋼軌打磨都
是經濟和實用的技術。
參考文獻：
『11寇東華高速鐵路鋼軌大機打磨
作業標準化、程式化初探fAl．鐵路／道
路．2010
[2】張志剛【大機經驗】基于輪軌關
系制定鋼軌合理打磨方案
站名道岔編號打磨點位一5。5。15。25。45。
岔前內股0．15 0 08 —0．03 —0．15 009
岔前外股0 09 -0．09 —0．14 一O 04 O．3
mpl 0．03 0．15 —0．08 —0．13 -0 05
mp2 0 06 0．04 -0．26 -0．3 ～0．07
rap3 O．18 O．13 0 13 0 17 0．23
南翔北站1#
rap4 0 21 0．02 —0．44 —0．46 -0 25
rap5 02 O 15 0 12 O 21 041
mp6 O．08 —0．13 —0．24 一O 08 0．35
岔后內股O．17 0．10 0．22 O．27 0 28
岔后外股0 12 -0．02 一024 —0．11 O 25
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