水利工程论文-索风营水电站地下厂房主要工程地质问题评价.doc

水利工程论文-索风营水电站地下厂房主要工程地质问题评价摘要：索风营水电站地下厂房自2002年10月下旬大规模开挖以来，各部位地质条件得到了不同程度的揭露及验证，据目前地质情况分析，整体围岩稳定，但存在局部结构岩体的变形破坏、岩溶涌水、河水倒灌等工程地质问题，需根据各类情况作进一步的加强处理。关键词：索风营水电站地下厂房工程地质问题工程处理0前言索风营水电站地下厂房系统，布置于右岸，包括引水隧洞、厂房、主变洞、尾水隧洞，为3洞3机形式，总装机容量600MW，受断层、岩溶、层间错动等影响，地质条件较复杂，加上交通洞、施工支洞的布置，地下洞室纵横交错，工程地质问题较多。其中地下厂房跨度24m，长135.5m，高60.405m，其自2002年10月下旬大规模开挖以来，上、下部位的地质条件得到了不同程度的揭露与验证，据此，在工程地质条件重新分析及与前期资料对比的基础上，现将主要工程地质问题评价介绍如下。1基本地质条件1.1地形地貌索风营坝址区为峡谷地形，两岸由两层高大雄伟的顺河陡崖组成，在两陡崖间为T1y3泥岩形成的缓坡台地，T1y3台地沿层面倾向上游。河谷呈基本对称的“U”型河谷，其以强烈的崩塌及溶蚀作用为主，漫滩分布零星且窄小，阶地残缺不全，共3级阶地隐约可见。坝址区河流流向N710E，枯期河水位高程758-762m，河水面宽5475m，水深510m。1.2地层岩性岩层倾向上游，从上而下，洞室围岩岩性依次为T1y2-3厚层至巨厚层块状灰岩，T1y2-2-2中厚层灰岩，T1y2-2-1薄层灰岩，T1y2-1-3极薄-薄层灰岩。从上至下，岩层单层厚度逐渐变薄，层间炭质薄膜逐渐增多，薄、极薄层灰岩夹层及层间错动极其发育，局部兼有揉皱现象。岩层产状略有变化，近河岸N7080W，SW2035，靠山内N6580E，SE2025。1.3构造右岸地下洞室涉及的主要断层有f2断层，该断层及两侧与之平行的结构面主要对引水隧洞进口段有较大影响。其余地段层间错动、夹层极其发育，如目前揭示的fj2fj6，及fpd2-4-1等。T1y2-3内仅见裂隙发育，局部层面偶有泥膜；fj2，为T1y2-3/T1y2-2-2分界面，厚度变化较大，性状时好时差；T1y2-2-2内主要有fj5及小断层fpd2-4-1，均较连续，厚度大，泥质充填，性状差，并局部岩溶；fpd2-4-1倾角陡于岩层。fj6，为T1y2-2-2/T1y2-2-1分界面，性状其本同fj5；T1y2-2-1、T1y2-1-3岩层均薄，层间夹层及层间错动极其发育，厚度大于1cm的间距在0.7-1m左右，连续，多有软化现象，fj3、fj4仅为其中的略具代表性的两条，fj4厚度达1030cm，一般层面则多有炭质薄膜。厚层、中厚层灰岩中裂隙少量发育，以NNE、NEE两组陡倾裂隙为主，厂房区除少数较大裂隙充填有泥质，局部并有溶蚀现象外，一般裂隙以方解石充填为主，面平直粗糙，宽小于0.5cm，连通率小于30%，主变洞或近地表多有夹泥现象。薄、极薄层灰岩，方解石脉及隐节理发育，间距小于0.1m。1.4岩溶水文地质据前期钻孔勘察，地下水位近岸边为761762m，靠山内为763m左右，一般高于河水位13m，水力比降12%，为地下水补给河水动力类型，地下水低平带宽大于230m。岩溶主要沿断层、裂隙及顺层发育。最大岩溶为K11岩溶管道。经前期勘探，其在PD2-2底板下分布长达70余米，最低高程在762m左右，主要沿N70E裂隙发育，呈一缝状岩溶管道，宽度12m，下部顺层发展（fj5及fpd2-4-1），形成倾向河流的带状岩溶管道，其主要出口可能有多个，Sb4、Sb6等。2主要工程地质问题分析与评价2.1围岩分类及稳定性分析从开挖揭露的情况来，前期预测的地层岩性和主要结构面同开挖后的情况是一致的，主要差别在于分界线、结构面的具体位置，产状及性状略有差异。（1）围岩分类及整体稳定性围岩基本分类同前，为II-IV类。顶拱以II-III1类为主，根据开挖揭露情况展示图统计，T1y2-3（厚层灰岩）占56%，T1y2-2-2（中厚层灰岩）占44%。T1y2-3厚层灰岩，层面不发育，稳定性较好，为II类围岩；T1y2-2-2中厚层灰岩，结构面发育一般，稳定性稍差，为III1类围岩。边墙，以III1-IV类为主。上部为T1y2-2-2中厚层灰岩，属III1类围岩；中部为T1y2-2-1薄层灰岩属III2类围岩，下部为T1y2-1-3薄、极薄层灰岩，岩体较破碎，层间夹层发育，稳定性差，属IV类围岩。综上所述，厂房区无大型断裂，且均为灰岩，岩层层厚成为影响围岩分类的主要因素，其虽II至IV类围岩均有，但影响洞室围岩稳定的关键部位顶拱为II、III1类围岩，对洞室稳定有利，厂房的围岩整体稳定。岩体的物理力学参数如表1。表1地下厂房各层岩体力学参数建议值表地层岩性风化容重变模湿抗压泊松比抗剪岩体综合抗剪断围岩分类单位弹抗系数Ko(GPa)(KN/m3)(MPa)ffC(MPa)（MPa/m)T1y2-3厚层灰岩，块状结构。微新27.01212650.250.701.21.2II6000T1y2-2-2中厚夹薄层灰岩。层状结构。微新27.08.06.5450.300.651.01.0III14000T1y2-2-1薄层灰岩，薄层状结构微新27.06.04.0420.320.550.80.6III23200T1y2-1-3极薄、薄层层灰岩岩，夹炭质层。极薄层状结构。微新27.05.03.0400.320.550.70.5IV2500（1）以上参数未考虑溶洞影响。（2）岩体综合抗剪强度指完整岩体强度，层面及裂隙方向强度不能用此表。（2）局部结构岩体稳定分析顶拱：同前期分析，层间错动fj2、fj5与N70E，NW70-80及N0-20E，SE80两组陡倾裂隙组合，以层间错动面为顶剥离面，裂隙为侧向切割面，形成上游薄下游厚的楔形锥体。fj5性状差，其在顶拱形成的塌落体，顶部沿面完全分离，稳定性较差，但影响范围小，据统计面积为271m2，占7.4%，锥体顶尖位于安装间NE下游角，最厚6m左右。fj2影响范围较大，面积为1627m，占厂房顶拱面积的44%，锥体顶尖亦位于安装间NE下游角，最厚为13m左右，其面性状比前预测稍好，局部尚有c值维系，稳定性相对较好。由于上述结构岩体的形成，并受裂隙的发育程度影响，而目前揭露的情况，大裂隙发育较少，一般裂隙连通率小于30%，岩体完整性较好，结构岩体尚能自稳。从目前开挖的情况，厂房顶拱T1y2-3厚层灰岩基本无掉块现象，开挖面较完整，而T1y2-2-2中厚层灰岩地段则主要在fj2、fj5及层面夹泥多的地段沿层间错动或层面剥离有小掉块，开挖面相对破碎，表现出叠板状，在下游拱座部位，由于fj5、fpd241、岩溶的发育，及平行洞轴线方向的反倾裂隙较多，稳定性较差。边墙下游边墙属顺向边墙，对于中厚层及薄层灰岩，夹层与层间错动发育，受裂隙切割后易产生顺层滑移块体，稳定性较差。T1y2-2-2中厚层灰岩中构成不利底滑面的结构面有fj5、fpd241、fj6。其中fpd241切倾角陡于层面，倾角40，两侧受裂隙切割，顶部以fj5为界，形成楔形体，稳定性较差。T1y2-2-1薄层灰岩及T1y2-1-3薄、极薄层灰岩中因夹层极发育，不利底滑面密集，其以fj3、fj4为代表，间距15m不等。就现岩壁吊车部位上段开挖揭露的情况来看，此类岩体破坏型式普遍存在，由于应力调整，岩壁产生卸荷松动，产生多处岩体后缘以平行洞轴线的陡倾直立裂隙为切割面，底面顺夹层、层间错动向外滑移，最大位移量达到7-8cm。上游边墙属逆向边墙，整体稳定，局部将因N70E反倾陡倾裂隙切割，产生小规模不稳定块体。就目前上段开挖揭露的情况来看，此类岩体破坏型式不多，仅局部存在。NE、SW边墙均为横向坡，整体稳定，局部因裂隙切割有不稳定块体。根据上述条件，各结构面抗剪强度建议如表2。表2厂房结构面抗剪强度建议值表结构面名称结构面倾角（）抗剪强度备注f(f)c(c)（MPa）NNE、NEE、NNW裂隙综合抗剪断（含岩桥）70900.650.5T1y2-3、T1y2-2-2中连通率30%0.600.45T1y2-2-1中连通率30-40%0.550.15T1y2-1-3中隐节理发育。fj20.400.01综合fj3fj6等层间错动及fPD2-4-10.250不含溶洞段T1y2-2-2一般层面0.550.1不含泥质，间距40-50cm。T1y2-2-2有泥膜层面0.450.02集中于fj2fj5之间，间距20-30cm。T1y2-2-1中炭质及黄色泥质夹层0.280.002间距5-6m。T1y2-2-1中一般层面0.450.02间距10-20cm。T1y2-1中炭质夹层0.300.005间距0.71m。T1y2-1中一般层面（含炭质薄膜）0.350.01间距0.1m。2.2厂房涌水涌泥预测（1）K11岩溶管道的涌水，因其地表积汇水面积有限，估计一般流量20L/s，汛期最大涌水200L/s。（2）河水位以下开挖时，厂房基坑涌水除受K11岩溶管道的岩溶水补给外，尚接受河水倒灌，其进口主要沿岸坡顺层小溶洞、溶蚀裂隙及零星的小管道等。河水倒灌是地下厂房基坑涌水的主要形式及来源。（3）沿fj5、fpd2-4-1发育的溶洞中有黄色粘土及块石等洞室充填物，其下游侧揭露出口倾向厂房内汛期地下水活动加强，充填物将向厂房滑落，形成涌泥、涌水等不利地质现象，影响施工安全。2.3处理建议（1）T1y2-3厚层灰岩，为II类围岩，围岩基本稳定，支护措施需考虑局部因裂隙切割而可能产生的掉块、风化及施工爆破影响，其主要分布于顶拱，建议喷锚支护；T1y2-2-2中厚层灰岩，为III1类围岩，围岩稳定性稍差，顶拱建议喷锚加钢筋网，边墙喷锚支护；T1y2-2-1及T1y2-1-3薄、极薄层灰岩，为III2-IV类围岩，围岩稳定性差，其分布在边墙部位，建议喷锚加钢筋网。目前开挖揭露的顶拱，设计方面主要进行喷锚支护，锚杆长度有9m、6m两种，间距2.4m，喷钢纤维砼或聚丙烯砼（C25）15cm。（2）对局部结构块体加强支护，宜采用长预应力锚杆为永久性加固措施，顶部锚固深度最深应切穿fj2，到达厚层灰岩一定深度，顶拱下游侧及下游边墙锚杆方向应尽量切穿并垂直fj5、fpd241、fj6等结构面，并采用快速监测方法对块体稳定进行监测。T1y2-2-1及T1y2-1-3层位建议加系统长锚杆。目前设计方面对岩壁吊车梁位置布置了预应力锚索，但顶拱的围岩未作加强处理，安全度可能不够，应密切关注变形监测情况，同时需对下游边墙已出现的变形破坏，采用物探手段了解变形松动圈厚度，尽快加强监测，清除已严重变形破坏的岩体，采取预应力锚杆、锚索等加强支护等措施。（3）对岩溶管道水宜采取抽排，对河水倒灌以堵为主的处理措施。岩溶管道水处理重点在于K11岩溶系统；河水倒灌处理则主要是对靠河侧岩溶管道进行封堵，同时对周边一定范围内进行帷幕灌浆，对尾水洞未能作帷幕灌浆的地段应在岩体表层作砼喷护。（4）对开挖揭露的岩溶管道、溶蚀带、断层等需局部深挖回填或灌浆处理。安装间上游边墙的K11溶洞，在开挖过程中为处理之重点，宜在开挖之