（岩土工程专业论文）大型地下厂房开挖施工中的关键技术问题研究.pdf

摘要 随着我国国民经济的发展，水电、铁路、公路、国防建设都有了很大的发展，地 下洞室工程的应用也越来越多。近年来，我国在地下洞室工程理论研究、设计、施工、 监测等方面有了较大的发展。目前我国建设抽水蓄能电站方兴末艾。在西部大开发及 抽水蓄能电站建设项目上，将越来越多地要建设大型地下厂房洞室工程。 大型地下厂房洞室工程具有跨度大、边墙高度高、需分层开挖施工、与相邻洞室 并列或纵横交错形成洞室群、洞室交岔口多等特点，有一些关键的技术问题，需要在 设计和开挖施工中加以重点研究和突破。 本文通过现场实际试验，研究预裂爆破技术在地下厂房中的应用，提出了在无限 抗抵线条件下预裂爆破的最优化技术参数。通过振动测试技术和回归分析计算，研究 在一道、二道预裂缝减震隔衰条件下的爆破地震波传播规律，据此制定在型地下厂房 洞室工程开挖施工的爆破振动控制方案，并应用于工程实践。 大型地下厂房洞室开挖以后，因应力重分布和开挖爆破的影响，在洞室周围形成 松动圈。松动圈可通过优化合理的施工技术措旌进行有效控制。适时进行松动圈厚度 测试，据此评价围岩的稳定性、设计支护参数和施工方案的合理性，对指导下一阶段 的设计与施工意义重大。本文通过研究松动圈控制措施，并在工程中实施，使桐柏地 下厂房围岩的松动圈的范围得到了有效的控制。 通过研究工程监测技术在地下厂房设计施工中的应用，利用地下厂房洞室围岩变 形实际监测成果，分析、评价开挖过程中围岩的总体安全性和稳定性，评价施工步骤、 程序、方法的合理性，以及所采用的支护结构的适宜性，为优化设计和施工提供信息 化指导。 大型地下厂房洞室围岩具有张性破坏的特点，通过对围岩地层应力分布特点、硬 岩破坏特性、围岩稳定安全判断准则研究，提出影响围岩安全稳定的张性破坏判断准 则，分析、评价开挖过程中围岩局部稳定性，用于工程实践，指导设计和施工，达到 围岩安全稳定的目的。 本课题的成果应用于桐柏抽水蓄能电站地下厂房施工，并推广应用于湖南黑麇峰 抽水蓄能电站地下厂房，取得了较好的效果，具有较好推广应用前景和工程的现实意 义。 关键词：大型地下厂房，爆破振动规律，松动圈控制，稳定性评价，张性破坏准则 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m i c ，t h eh y d r o e l e c t r i cp o w e re n 百n e e r i n g ， r a i l r o a d ， h i 曲w a ya n dn a t i o n 甜d e f e i l s ec o n s t m c 缸o ne n 西n e e r i n gh a v em a d ea 伊e a t p r o 伊e s si nc l l i n a ，a n dt h ea p p l i c a t i o no f 啪d e r g r o u n dp 嘲e c tb e c o m e sm o r e a n dm o r c i i l t h er e c e n ty e a r s ，t h e o 巧r e s e a r c h ，d e s i g n ，c o n s t n j c t i o n ，m o n i t o r i n ge t c i nu i l d e r g r o m l d p r o j e c th a v eg o tag r e a td e v c l o p m e n t ，i n c l u d i n gp 啪p e d - 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s t o r a g eh y d r o e l e c t r i cp o w e re n 西n e e r i n g s t u d yt h e m o n i t o rt e c t l i l i q u e a p p l i c 砒i o n i nt h e d e s i 萨 a n dc o n s t m c t i o no f u n d e r g r o u n dp o w e r t l o u s e ，t h e 删：t h o do ff o r e c a s tt h ec a v ed e f 0 n n a t i o n m a k eu s e o ft h e a c t u 乏l lm o i l i t o rr c s u l t so fr o c kd e f o m a t i o n ， e v a l u a t ea n da n a l y z et h et o t a ls a f e 够a n d s 协b i l i t i e so fr o c kw a ui nt h ee x c 孙，a t i o np r o c e s s 锄de v a l u a t et h ee f f c c t i v e n e s so ft h e s u p p o r tl i n i n g i i i h er o c ka r o m l dt h eu i l d e r 邸u n dp o w e r h o u s eh a st h e c h a r a c t e n s t l c0 ft e i l s i o n b r e a k t h f o u 曲s t u d y i n gt h ec h a r a c t e f i s t i c so ft h ee a r t hs t r e s sd i s t r i b u t i o n ， t h eh a r dr o c k b r e a k ，a n dt h er o c ks 乜l b i l 时a n ds a f e 够j u d g m e n ts t 柚d a r d ，t h i sd i s s en a _ t i o ns u n m a r i z e s t h et e n s i o nb r e a kj u d g m e n ts t a n ( 1 a r dt h a ti i l f l u e n c et h er o c ks a f i e t ) ra n ds t a b i l i t ) ，a 1 1 a l y s e a n de v a l u a t et h ep a n i a ls 蕊帮a n ds t a b i l i t yo fr o c ki nt l l ee x c a v a t i o n t h ea p p l i c a t i o no f t h i ss t a n d a r di nt h ee n 西n c e r i n gd e s i g i la n dc o n s 仃u c t i o n ，t h cp 唧o s eo fr o c ks 拣埘a n d s t a b i l i 够、i l lb e9 0 t t h er e s u l t so ft h i sd i s s e r t a 6 0 nw e r e 印p l i e di i lt o b ap u m p e d - s t o m g eh y d r o e l e c t r i c p o w e re n 舀n e e r i n gs u c c e s s m l l y ， 觚dm e p o p u l 撕z a t i o n t 0h u r 姗 h e i m i f e n g p 啪p e d s t o r a g eh y d r o e l e c t r i cp 0 、e re n 百n e e m gi sa l s om a d cs u c c e s s m l l y s oi th a sg o o d f o r e g m u i l do fa p p l i c a t i o ni ne n 西n e e r i n g k e y w o r d ：h u g e 吼d e r g 舢dp o 、砌l o u s e ；b l a s t i l l gv i h 砒i o nr u l e ；r e l a x a t i o n z o n ec o n 打o l ； s t a b i l 时e v a 】瑚t j o n ； t e n s i o nb r e a l ( s 伽1 d a r d n i 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6 第l 章绪论 第l 章绪论 1 1 地下洞室在水电工程中的地位 随着我国国民经济的发展，水电、铁路、公路、国防建设都有了很大的发展，地 下洞室工程的应也越来越多。近年来，我国在地下洞室工程理论研究、设计、施工、 监测等方面的水平有了较大的发展。水电工程建设中常会遇到地下洞室工程，如在引 水式水电站中的引水隧洞、调压井、地下厂房、泄洪隧洞、导流隧洞等。我国大多数 的水能资源都处于高山峡谷地区，尤其是西部地区，河谷峡窄，洪水流量较大，建设 水电站采用地下厂房往往是最佳方案。目前在西部大开发的进程中，水电建设方兴末 艾，有大量的规模很大的地下洞室工程正在或即将开工建设。如刚刚开工的金沙江溪 洛度水电站，其地下厂房洞室群规模位居世界第一，地下洞室工程开挖总量约1 0 0 0 万立方米。 在华北、华东及东南沿海地区，水电资源相对较少，这些地区的电网中主要以火 电、核电为主，调峰能力差，电网运行不经济。建设抽水蓄能电站是解决问题的最好 办法。目前我国建设抽水蓄能电站方兴末艾，在北京、河北、山东、江苏、浙江、广 东、湖南、安徽、山西、河南等地都已开工建设抽水蓄能电站，还有一批抽水蓄能电 站即将开工建设。我国现已建成抽水蓄能电站装机容量近6 0 0 万千瓦，仅占全国总装 机比例的1 ，7 ，到2 0 2 0 年，抽水蓄能电站装机容量将达到4 0 0 0 万千瓦。到2 0 0 2 年 止世界抽水蓄能电站约4 0 0 余座，总容量约1 0 亿k w 以上。目前国外抽水蓄能的发 展十分迅猛，如日本、美国、西欧等科技经济发达的国家，水电资源开发得比较充分， 并已建造了许多核电站，为配合核电站运行，近年来已建造了许多抽水蓄能电站，美 国、日本抽水蓄能电站总装机容量己超过2 0 0 0 万k w ，今后还要不断增加抽水蓄能 电站的容量。 这些抽水蓄能电站中，大多数建成地下式，水头较高，地下洞室群规模庞大，为 其土建工程的主体。地下洞室群主要包括：引水隧洞、闸门井、地下厂房、母线洞、 主变洞、尾调洞、尾水隧洞、排水洞、交通洞、通风洞等。 1 2 水电站地下厂房的特点 地下厂房与水电工程其它洞室除了有许多共同之处，在设计施工中有以下一些特 点： ( 1 ) 地下厂房跨度大。一般地下厂房跨度可达2 0 m 3 0 m 。 ( 2 ) 地下厂房高度高，分层开挖施工。一般地下厂房高度可达5 0 m 7 0 m ，一般分5 l 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6 第1 章绪论 7 层开挖施工，多的分8 9 层，每个开挖层，受施工设备能力限制，经济层高不 超过1 0 m 。 ( 3 ) 与相邻洞室并列或纵横交错、洞室交岔口多。水电站地下厂房上游墙上一般有引 水隧洞与之相连，下游墙上一般有母线洞、尾水隧洞与之相接，主变洞、尾调洞 与之并列中部有交通洞通至发电机层。 ( 4 1 地下厂房洞室群的埋深一般不超过4 0 0 5 0 0 m ，地应力一般不是很高。 ( 5 ) 地下厂房洞室一般选择在地质条件较好之处，投入用行后一般不会再增加很大的 荷载，围岩若不具有显著的蠕变性质， 全稳定。因此，采取必要的技术措施， 定最为至关重要。 只要施工完成投入使用后围岩能够长久安 控制旖工期间的变形、保证施工期安全稳 1 3 地下厂房设计施工中需加以研究的关键技术问题 随着地下厂房等大型洞室在各领域中的应用越来越多，国内外在地下洞室工程理 论研究、设计、施工、监测等方面的水平有了较大的发展，尤其是在设计理论研究、 三维非线性有限元仿真计算、变形及应力预测等方面有较为深入的研究。但在施工过 程中对一些关键技术问题的研究尚不够系统和深入。光面爆破技术在地下洞室中的应 用较多，但预裂爆破技术大型地下厂房开挖、爆破控制中应用较少，工程施工缺少系 统的理论指导。松动圈控制方面在理论上已有一定的研究，在实际旌工中很少从控制 松动圈的厚度角度去研究施工技术方案。大型地下厂房洞室的稳定与安全，是工程成 败的关键，对重要的工程一般是在工程正式开始施工前，从理论上进行分析计算，对 总体稳定性作出评价，但更重要的是需要在工程施工阶段，根据原位观测结果，反过 来分析评价围岩的总体稳定性、支护方案的合理性、施工技术方案的适宜性，进行信 息化旌工指导，并利用原位观测数据分阶段地进行围岩的局部稳定性评价，对其局部 的稳定变形发展趋势作出判断，以必要时采取相应的技术措施，确保其局部稳定，这 是大型地下工程设计和施工技术发展的趋势。在工程施工阶段，需要提出一套理论， 作为指导围岩局部稳定性评价的依据。 由于地下厂房洞室具有跨度大、边墙高、相邻洞室纵横交错、洞室交岔口多等特 点，在地下厂房的设计和开挖施工过程中，需重点研究下列关键技术问题，以控制大 型洞室在开挖施工过程中的振动破坏和过大的变形保证施工期间洞室的安全稳定及 投入使用以后的长久安全稳定。 1 3 1 爆破振动波的传播规律及振动控制问题 地下厂房各层在开挖施工过程中，爆破产生的强大的冲击波以应力波的形式向外 传播，引起介质中质点的振动。介质中质点的振动以质点振动速度表示，当质点振动 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6 第l 章绪论 速度超过一定极限值时，将导致结构的破坏，如混凝土结构、喷锚支护结构的开裂、 脱落，洞室围岩松动圈加大，塑性变形范围扩大，影响围岩的稳定性等。尤其是在地 下厂房的中上部，为减少洞室的跨度，节省工程投资，一般采用岩壁吊车梁的结构， 将起重量达数百吨的重型吊车梁，用锚杆悬挂锚固在上下游岩壁上，因高度关系及施 工条件，一般岩壁吊车梁混凝土结构在第二层开挖后第三层开挖前，就己施工完成， 第三层及其以下各层的开挖爆破，与岩壁吊车梁距离很近，爆破振动影响很大，而且 岩壁吊车梁对爆破振动波的敏感性也很大。为此，必须研究在地下厂房开挖施工过程 中，爆破振动波的传播规律，据此来制定地下厂房开挖爆破控制措施。 1 3 2 预裂爆破技术在地下厂房施工中应用 地下厂房开挖，一般均采用光面爆破技术，使开挖轮廓面形成完好平整。但光面 爆破技术对地下厂房的爆破振动，不能起到有效的削减，不能起到隔震减衰的作用， 对岩壁吊车梁等重要结构的振动控制不利。所以。在地下厂房开挖施工过程中，应重 点研究、引进预裂爆破技术。 在桐柏抽水蓄能电站项目地下厂房第二、三层的上下游边线上，以及在第二层以 下各层在距上下游边线5 米或2 米处，首次引进应用预裂爆破技术，在主体区域开挖 爆破之前，提前形成结构缝面，阻隔振动波的传播，削减振动波的能量，使传到洞室 围岩中及岩壁吊车梁等重要结构上的振动得到衰减，这样，既能使开挖轮廓面形成完 好平整，又能使围岩、喷锚支护结构、岩壁吊车梁得到振动防护，有利于振动控制。 地下厂房中的预裂爆破，不象一般地面一般岩土中的预裂爆破，存在自由面，地 下厂房中的预裂爆破属于无限抵抗线条件下的预裂爆破，没有自由面，难度较大，需 通过爆破试验研究确定最优化的技术参数，确保预裂爆破质量，使隔震减衰达到应有 预定的效果。 应用爆破振动测试技术，研究在有预裂面作为隔震减衰重要措施情况下的爆破振 动规律，也是预裂爆破技术在地下厂房施工中推广应用的重要课题，其研究成果可直 接应用于地下厂房的开挖爆破控制。 1 3 3 围岩松动圈及其控制问题 大型地下洞室开挖以后，围岩的应力将经历重分布的过程，重分布的结果，某些 部位有可能进入塑性受力状态，导致地层松动，在洞室周围形成一定厚度的松动圈。 开挖爆破引起的地震波的振动，也能引起地层松动，产生松动圈。 松动圈的范围，既与洞室的形体尺寸、地层材料性态参数如弹性模量、泊松比、 抗压强度以及地层地质条件有关，又与施工方案、开挖爆破方式有关，如爆破方式、 炮孔布置的孔排距、爆破的规模与单响药量、是否预留保护层等。其中前者是客观存 在的，后者是可以通过一定的技术措施控制的。 围岩松动圈内，岩体地层松动，或进入塑性受力状态，岩体强度和弹性模量降低， 1 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6 第l 章绪论 导致承载能力下降。如松动圈的的范围过大，将导致岩体变形加大，影响围岩的稳定 与安全。 此外，围岩松动圈的范围大小，又是锚杆支护深度的重要依据，如果松动圈的范 围过大，超出设计估计值，将使锚杆支护深度不足，引起较大的设计变更，给设计旖 工带来不利。 通过围岩松动圈厚度测试，可评价锚杆支护结构设计与施工方案是否合理。 通过研究对围岩松动圈的范围起决定作用的因素，采取相应的技术措施，控制松 动圈的厚度，是大型地下厂房洞室群施工中必须高度重的技术问题之一。 1 3 4 洞室围岩稳定性评价 地下厂房洞室开挖施工中，随着洞室中岩体的开挖，洞室围岩各质点原有的应力 平衡状态发生了变化，围岩内的应力大小和主应力方向发生改变，产生围岩应力的重 分布。因此有必要对围岩的稳定性进行分析。 基于地下厂房洞室跨度较大( 一般地下厂房跨度可达2 0 m 3 0 m ) ，洞室边墙高 度高( 一般高度可达5 0 m 7 0 m ) ，需分层开挖施工的特点，在地下厂房洞室开挖施 工过程中，为保证洞室施工期的安全稳定，面临着以下关键技术问题必须解决：( 1 ) 如何预测围岩岩体的变形与位移的发展，以采取必要技术控制措施，以确保安全? ( 2 ) 围岩岩体的力学参数如何确定? 使计算分析结果更好地符合实际。( 3 ) 施工步骤、程 序、方法以及所采用的支护结构的是否合理、适宜? 洞室围岩在总体上是否稳定? 局 部稳定性又如何? 通过原位监测，根据动态监测结果，评价洞室围岩的稳定性，以此指导开挖施工 和支护结构设计，是现代地下工程设计和施工中的一大关键技术问题。监测的主要目 的是收集反映施工及运行过程中围岩的动态信息，可据此来判断围岩的稳定性、施工 步骤、程序、方法的合理性，以及所采用的支护结构的适宜性。 在现代地下工程设计和施工中，监测信息可应用于：通过反演计算确定围岩岩体 的力学参数、位移预测、分析评价开挖过程中围岩的总体安全性和稳定性、为优化设 计和施工提供信息化指导，并利用监测信息对运行期围岩的长期稳定性进行监测和评 价。 围岩的变形可通过三维问题非线性有限元进行模拟分析计算，进行预测预报。根 据围岩变形监测成果，将围岩变形的实测值与预报值( 计算值) 进行比较和分析，若 围岩变形实测值小于预测值，说明岩石地质条件较好，开挖施工分层合理，爆破控制 措施适宜，可以判断围岩处于稳定状态，并可考虑对支护项目进行设计优化，节省工 程投资。反之，如围岩变形实测值远远大于预测值，说明岩石地质条件较差，围岩稳 定状态异常，需分析原因，进行加强支护设计，采取增加锚杆的数量，缩小排间距， 增加支护深度，并调整开挖施工方案，及相应爆破控制措施等。 4 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6第l 章绪论 对于大跨度地下厂房洞室，除了总体稳定问题外，也存在局部稳定问题。大型地 下厂房洞室具有张性破坏的特点，当在垂直于洞壁方向上的张应变接近或超过极限 值，平行于洞壁表面方向上将出现张性裂缝，严重时会导致出现张性破坏，使局部塌 坍、失稳。 所以在工程施工过程中，除了要关注围岩的总体稳定外，还要关注围岩的局部稳 定，要根据监测信息，对围岩在垂直于洞壁方向上的张应变是否接近或超过了极限值 进行分析、判断，评价洞室围岩的局部稳定性。当出现局部变形较大，存在局部失稳 的可能时，及时采取有效的工程措施进行加强支护，确保洞室的稳定围岩的局部稳定 性。 1 3 5 最优化的开挖施工方案 通过对大型地下厂房开挖施工中的上述关键技术问题的研究，根据研究成果，制 定最优化的开挖旌工方案，应用于工程实践，实现工程旄工的优质、高效，总结经验， 提炼形成科技成果，并在同类工程中推广应用，提高地下工程设计和施工的技术水平， 是地下厂房开挖施工需要解决的首要任务，是本课题研究的主要目的。 1 4 本课题研究的主要内容 ( 1 ) 通过研究大型地下厂房洞室所处的地形、地质条件，研究引进预裂爆破技 术在地下厂房施工中的应用，提出预裂爆破技术参数及线装药密度的计算公式，用于 指导爆破设计及同类工程施工。 ( 2 ) 研究地下厂房开挖爆破振动波的传播规律，通过对在一道或二道预裂缝隔 震减衰的情况下爆破振动规律研究，提出地下厂房开挖爆破的控制措施，应用于工程 实践，确保岩壁吊车梁等重要结构、喷锚支护结构、洞室围岩等在开挖施工过程中的 安全，不受振动破坏。 ( 3 ) 研究洞室围岩松动圈的成因、测试方法、控制措施。 通过制定围岩松动圈的控制措旌，对围岩松动圈进行测试，评价锚杆支护设计和 施工方法的合理性，达到控制松动圈厚度的目的。 ( 4 ) 研究工程监测技术在地下厂房设计施工中的应用，洞室变形位移的预测预 报方法，通过地下厂房洞室围岩变形监测的成果，分析、评价开挖过程中围岩的总体 安全性和稳定性，施工步骤、程序、方法的合理性，以及所采用的支护结构的适宜性， 为优化设计和施工提供信息化指导。 ( 5 ) 通过对围岩地层应力分布特点、硬岩破坏特性、围岩稳定安全判断准则研 究，提出影响围岩安全稳定的张性破坏判断准则，分析、评价开挖过程中围岩局部稳 定性，用于工程实践，指导设计和施工，达到围岩安全稳定的目的。 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6 第2 章桐柏抽水蓄能电站地下厂房及其工程地质 第2 章桐柏抽水蓄能电站地下厂房及其工程地质 2 1 工程概况 2 1 1 工程总体概况 桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县城关镇，距天台县城关7 公里，距杭州 市约1 9 0 公里，是一座日调节纯抽水蓄能电站，共安装4 台立轴单级混流可逆式 水泵水轮机组，单机容量3 0 0 m w ，总装机容量1 2 0 0 m w 。电站供电范围为华东 电网，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。电站建成后， 以二回5 0 0 k v 出线接入华东电网。 电站的枢纽建筑物由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞群、开关站及 相应的地面建筑物等组成。 上水库利用已建的桐柏电站水库，经局部加固处理后改建为桐柏抽水蓄能电 站上水库。 下水库位于三茅溪支流百丈溪中游。主坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，溢洪 道为开敞式自由溢流：下库右岸布置了导流泄放洞。 输水系统和厂房位于上下水库之问的山体内，采用一洞二机斜井尾部方案。 上库进出水口选用岸坡竖井式进水口，底板高程3 6 0 m 。两条输水道的中心间距 为4 8 m ，洞径9 m ，斜井斜长3 9 0 2 m 。钢筋混凝土岔管将主管分为二条支管，支 管赢径5 5 3 1 m ，钢衬长度1 0 7 6 m 1 4 1 9 m 。从上库进出水口到机组中心线输 水管道的长度是8 8 7 7 0 m 9 1 0 6 0 m 。尾水隧洞采用单机单管，从厂房机组中心 线至下库进出水口长3 9 3 1 m ，洞径7 m ，尾水管钢衬长度7 2 8 5 m ，其余为钢筋混 凝土衬砌。下平段通过5 0 0 的斜井与下库进出水口相接。下库4 个进出水口平行 布置，底板高程9 3 5 m 。 地下厂房洞群包括地下厂房( 含主厂房、副厂房、安装间) 、母线洞、主变 洞、5 0 0 k v 出线洞、进厂交通洞、排水系统洞室、排风排烟系统洞室、排风交 通电缆竖井、旆工支洞等。 发电电动机与主变压器的组合方式采用联合单元接线方式。4 台5 0 0 k v 、 3 6 0 m l ，a 的变压器布置在地下主变洞内。主变洞与主厂房洞平行布置，间距3 8 m ， 主变洞长1 6 2 3 m ，宽1 8 m ，高2 0 7 m 2 4 8 m ，主变洞内分两层、局部为三层布 置。5 0 0 k v 开关站位于下库进出水口上游约1 3 0 m 处，高程1 5 4 ，o m 。5 0 0 k v 高压 电缆经出线斜井至开关站，场内设二回5 0 0 k v 架空出线。开关站侧设有中控楼， 6 浙江大学硕士研究嫩学位论文2 0 0 6第2 常桐柏抽水篙能电站地下_ r 席及其工程地质 布置计算机监控蒸统主机、远动、避信、控制设备等【删。 本魄蛄蜃在区域主要分蠢舂豫罗系上绞突出碎滔豢、熔者瑟爨麓系上缝沉积 者。燕由晚期第兰次侵入酾花禽者肇澍基状产出。 工稷区为区域构造稳定区。本区地震基本烈度小于6 度，但对予电站设施按 鼹拳琴瓤速度+ g 设羹。 本工程第1 由机组发电工期为4 年6 个月，总工期为5 年9 个周 3 9 1 。 该工程褪缀布嚣冕强2 1 i 嗣。 图2 。1 1 桐枘抽水蓄能电站枢纽布嚣图 地下工程立谢及总体醐见下图2 1 ，2 、2 1 3 。 塑兰三丕堂堡兰! 堑塞生鲎堡丝兰! ! ! ! 苎! 皇塑塑垫查董丝皇堂些! 生墨茎三翟些堕 图2 1 2 地下工程立面图 图2 1 3 桐柏抽水蓄能电站鸟瞰图 8 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6第2 章桐柏抽水蓄能电站地下厂房及其工程地质 2 1 2 地下厂房 地下厂房位于下水库左岸山体内，全长1 8 27 0 m ，最大洞高5 7 2 5 m ，吊车梁 以上开挖宽2 5 9 0 m ，吊车梁以下开挖宽2 4 5 0 m 。安装场、机组段、副厂房呈 “一”字型布置，自右向左分别为副厂房、l # 4 # 机主厂房、安装问，其中 副厂房长2 0 m ，1 # 4 # 机主厂房长“o - 3 0 m ( 端机组段长2 9 3 0 m ，其余机组 段长2 7 m ) ，安装间长5 2 4 0 m 。主厂房内安装四台3 0 0 m w 可逆式水泵水轮机 组，共有四层，分别为发电机层、中间层、水轮机层和球阀层。 在地下厂房上下游侧墙v 8 2 ，6 m v 8 3 8 5 m 高程之间布置有屋顶吊顶小牛 腿，全长1 5 0 3 0 m ；v 7 5 2 m v 7 8 1 m 高程之间布置有岩壁吊车梁，全长1 6 2 7 m 。 地下厂房四周洞室之间纵横交错、相互贯通，分岔口多，其中： 主变洞位于厂房下游，全长1 6 2 o m ，宽1 8 o m ，其中心线桩号为厂下 o + 0 5 8 o o m ，与地下厂房之间净间距为3 8 0 0 m 。地下厂房与主变变洞之间布置有 4 条母线洞( 位于v 6 0 3 m 高程) 。 l 群施工支洞( 厂顶施工支洞，后期改建为排风交通电缆洞) ，从厂房北端墙 ( 右端墙) 通至副厂房顶部v 8 2 o o m 高程。进厂交通洞从厂房南端墙( 左端墙) v 6 6 4 5 m 高程进入安装场发电机层。3 拌施工支洞( 厂房进风洞) 从厂房南端v 4 5 ，8 0 m 高程进入主厂房4 # 机。 厂房上游侧墙v 5 2 0 0 m 高程有4 条引水高压支管与主厂房相通，v 6 6 9 m 高 程有副厂房进风道连接副厂房与下层排水廊道。厂房安装场下游侧墙上v 6 6 5 0 m 高程有主变运输洞连接安装场与主变洞，下游侧墙右端v 6 6 ，9 m 高程有交通电缆 道连接副厂房与主交洞。此外，厂房底部有4 条尾水洞与厂房4 台机组的尾水管 扩散段相连：厂房南端顶部v 8 6 3 m 高程有排水管通道连接安装场与自流排水洞 等。 地下厂房布置见图2 1 4 、图2 1 5 ( 剖面图) 。 9 尊hh*g+自目*自$hi* *t茁誊*口日*喜11目杆h*日 匿h盘丰白盛*畔嚣曲辞盛_f船蔫j矗苗圄 *宣h*冀嚣oom 肆时*萋譬沫蓄嚣壁罱1簪器量刖*娜 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6 第2 章桐柏抽水蓄能电站地下厂房及其工程地质 2 2 地下厂房工程地质 2 2 1 地形地貌及地层情况 桐柏抽水蓄能电站位于浙江天台山区中部，华顶山西南麓，属灵江流域。上 水库建于始丰溪主要支流三茅溪支流百丈溪左侧古剥夷面的山间谷地中，下 水库位于百丈溪上。 本工程区系“天台盆地”的北东边缘地带，地层中以中生界陆相火山沉积 岩为主。侏罗系上统( j 3 ) 的高坞组( j 3 。) 流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，岩石致密坚硬， 抗风化能力强，分布于上水库及下水库左岸进出水口：燕山晚期第三次侵入花岗 岩，水磨岭龙皇堂花岗岩体( y 5 3 ) ，岩石致密坚硬，抗风化能力强，分布于输 水系统、地下厂房洞群、上下水库部分库岸，呈岩基状产出。在熔结凝灰岩和花 岗岩岩体中有闪长玢岩和辉绿岩脉零星分布，岩脉宽度l 2 m ，与围岩接触较好， 1 局部为断层接触的。岩脉岩体新鲜、致密、完整性好一“。 2 2 2 地下厂房洞群工程地质条件 地下厂房及主变室位于下水库左岸山体内，上覆岩体厚度约1 4 0 1 8 0 m 。洞 室围岩为燕山晚期花岗岩( y5 3 ) 。以微风化新鲜岩石为主，局部构造带部位 为弱风化，岩石完整系数大于0 7 5 ，地震纵波速4 5 0 0 5 5 0 0 i i l s ，r q d 指标大于 9 0 ，洞室围岩以整体块状结构( i i 类围岩) 为主，次块状结构( i i 类围岩) 次之。厂房、主变室及附近结构面主要为n 、 懈，和n e 向两组，均为陡倾角。地 下厂房附近主要分布f 2 、f 9 、f 1 0 、f 1 2 、f 1 3 、f 4 5 、f 4 6 等7 条断层，其中f 2 、 f 1 2 、f 1 3 从厂房边墙外侧通过，f 1 0 贯穿厂房，宽0 0 5 o 2 m ，发育角砾岩， 两侧岩石较新鲜完整，无影响带。此外级、级结构面较发育，主要集中在厂 左0 + 0 3 6 o o m 附近及厂左0 + 0 5 4 0 0 m 厂左o + 0 9 6 o o m 范围内，在厂房项拱及下 游侧墙局部相互切割，形成破碎区。其余边墙无不利结构面。 厂房洞室群主要断层及分级结构面特征见表2 2 1 。 上述结构面中n e 向断层具张性特征，导水性较好，n w w 向断层具压扭性 特征，发育糜棱岩，断层泥，导水性较差。地下水位埋藏高程约2 2 5 m ，厂房围 岩微弱透水，渗透系数o 0 0 3 2 m d 。最大涌水量1 8 3 9 l 甜d 。f 1 0 在厂房上游面 a 1 排水廊道揭露时，f l o 断层内无水，但下游侧平行f l o 的张性节理流水，刚揭 露时喷流量为2 l ，s ，3 天后减少为o 1 l ，s ”“。 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6第2 章桐拍抽水蓄能电站地下厂房及其工程地质 厂房洞室群主要断层及分级结构面特征表表2 2 1 结构面编 产状 宽度 性质破碎带特征 出露位置 分级号( m ) n 6 0 。6 5 。w s w 么 片状岩、糜棱岩、角砾岩。主变进风洞，与主 f 2 o1 3压扭性 8 0 0 8 5 。 洞内宽o 1 - 0 3 m 。变室相距1 0 5 m 。 n 6 0 。w n e ( s w ) z 角砾岩、麋棱岩。洞内宽主变进风洞，与主 f 9 0 1 l5压扭性 8 5 。o 1 一1 o m 。 变室相距2 0 m 。 n 5 0 4 叫5 0 0e n w 么 角砾岩、压碎岩，断层泥。主变洞厂左o 十6 3 、 f l o o 1 o3 张扭性 8 5 。 9 1 0 。洞内宽01 o 2 m 。厂房厂左o + 0 5 4 n 6 5 。7 5 。e n w 么 角砾岩、碎块岩，断层泥。 i f 1 2 l 3 张扭性a 4 排水廊道。 8 7 。 洞内宽1 2 m 。 n 5 5 。6 0 。e n w 么碎块岩，张开。洞内宽 f 1 3 0 1 o5 张扭性a 4 排水廊道。 8 5 。 9 0 。0 1 _ 0 3 m 。 n 5 5 。6 5 。e s e 么 f 4 5 o 8 ll 张扭性碎块岩、片状岩，渗水。a s 排水廊道。 7 5 。8 0 。 n 5 0 。es e z 7 5 。 f 4 6 o 2 l0 张扭性角砾岩、压碎岩。a ，排水廊道。 8 0 。 主变洞厂左o + 0 1 0 、 f ( 3 6 ) n 5 0 。en w z 8 5 。 0 1 o5 张扭性碎块岩、片状岩。 厂房厂左o 枷5 n 5 5 。6 0 4w n e 么 岛7 0 0 舡0 2 5张扭性角砾岩、碎块岩、糜棱岩。主变洞厂左o + 1 2 7 8 3 。8 7 。 丘3 0 n 5 5 。w n e z 8 2 。 0 0 5 0 1 5张扭性 角砾岩、碎块岩、糜棱岩。主变洞厂左o + 1 2 3 i i 8 5 。 如l n 5 5 。w n e z 8 5 。o 0 5 o l张扭性 片状岩、碎块岩、糜棱岩。主变洞厂左o + 1 2 0 l n 4 8 。wn e 么8 4 。o 1 5 加2 5 张扭性片状岩、碎块岩、糜棱岩。主变洞厂左o + 1 1 8 n 5 5 。叫5 0 。w s w 么 主变洞厂左o + 0 6 4 、 f 2 7 l 0 0 5 o l 压扭性片状岩及灰白色断层泥。 8 5 0 厂房厂左。十1 1 0 n 5 5 。叫5 0 0w n e 么 糜棱岩、角砾岩，沿面渗主变洞厂左o + 0 2 6 、 勃8 o 0 5 o ，4 压扭性 8 4 0 水。厂房厂左叶0 8 8 n 5 0 。 5 5 。w s w主变洞厂左叶0 4 6 o 0 0 8 毋2 5 压扭性 糜棱岩、片状岩、断层泥。 ( n e ) 么8 5 0厂房厂左o + 1 0 9 糜棱岩、角砾岩沿面局 ，1 n 7 5 。wn e z 6 8 。 00 5 0 0 8压扭性 主变洞厂左0 十0 2 8 部滴水。 6 5 2 n 5 0 。一5 5 。w n e 么 0 0 5 0 0 8张扭性 角砾岩、碎块岩、糜棱岩。主变洞厂左o + 1 2 5 8 0 。8 5 。 2 2 3 地下厂房洞室围岩 ( 一) 工程地质条件 地下厂房开挖后，出露厂房结构面全部揭露，i 级结构面仅有f 1 0 一条，i i 级结构面有f t 抑、f f 2 7 0 ) 、f t 2 7 8 ，等计3 条，延伸长的i i i 级结构面主要有f t ”1 ，、jc 5 ，、 j ( 8 ) 、j ( 1 2 ) 、j 1 4 ) 、j ( 2 i ) 、j ( 2 7 ) 、j ( 3 1 ) 、j ( 3 4 、j ( 3 7 ) 、j ( 4 2 ) 、j ( 4 5 ) 、j ( 5 2 ) 、j ( 9 4 ) 、j ( 1 0 9 ) 、 j ( 1 5 0 ) 、j ( 2 5 7 ) 、j ( 2 5 8 ) 、j ( 2 6 9 ) 、j ( 2 8 1 ) 、j ( 2 船) 、j ( 2 3 7 ) 、j 2 蛳等。上述结构面均为高 陡倾角，n w w 向结构面有糜棱岩或泥钙质充填，切层性及延展性好，其走向与 浙江大学硕士研究生学位论文2 0 0 6第2 章桐柏抽水蓄能电站地下厂房及其工程地质 厂房轴线交角小，均造成了边墙不同程度的塌块。n e 向结构面其走向与厂房轴 线交角大。没有较大的不利结构面组合，但从洞室整体诸结构面切割、组合分析， 局部存在i i i 、或v 级结构面不利组合，各部位结构面发育程度均有差异，按厂 房的布