索風(fēng)營水電站地下廠房主要工程地質(zhì)問題評價(jià)

1、<p>　　索風(fēng)營水電站地下廠房主要工程地質(zhì)問題評價(jià)</p><p>　　摘要：索風(fēng)營水電站地下廠房自2002年10月下旬大規(guī)模開挖以來，各部位地質(zhì)條件得到了不同程度的揭露及驗(yàn)證，據(jù)目前地質(zhì)情況分析，整體圍巖穩(wěn)定，但存在局部結(jié)構(gòu)巖體的變形破壞、巖溶涌水、河水倒灌等工程地質(zhì)問題，需根據(jù)各類情況作進(jìn)一步的加強(qiáng)處理。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：索風(fēng)營水電站 地下廠房 工程地質(zhì)問題

2、工程處理 </p><p><b>　　0 前言 </b></p><p>　　索風(fēng)營水電站地下廠房系統(tǒng)，布置于右岸，包括引水隧洞、廠房、主變洞、尾水隧洞，為3洞3機(jī)形式，總裝機(jī)容量600MW，受斷層、巖溶、層間錯動等影響，地質(zhì)條件較復(fù)雜，加上交通洞、施工支洞的布置，地下洞室縱橫交錯，工程地質(zhì)問題較多。其中地下廠房跨度24m，長135.5m，高60.405m，其自20

3、02年10月下旬大規(guī)模開挖以來，上、下部位的地質(zhì)條件得到了不同程度的揭露與驗(yàn)證，據(jù)此，在工程地質(zhì)條件重新分析及與前期資料對比的基礎(chǔ)上，現(xiàn)將主要工程地質(zhì)問題評價(jià)介紹如下。</p><p><b>　　1基本地質(zhì)條件</b></p><p><b>　　1.1地形地貌</b></p><p>　　索風(fēng)營壩址區(qū)為峽谷地形，兩岸由

4、兩層高大雄偉的順河陡崖組成，在兩陡崖間為T1y3泥巖形成的緩坡臺地，T1y3臺地沿層面傾向上游。河谷呈基本對稱的“U”型河谷，其以強(qiáng)烈的崩塌及溶蝕作用為主，漫灘分布零星且窄小，階地殘缺不全，共3級階地隱約可見。壩址區(qū)河流流向N7~10° E，枯期河水位高程758-762m，河水面寬54~75m，水深5~10m。</p><p><b>　　1.2地層巖性</b></p>

5、<p>　　巖層傾向上游，從上而下，洞室圍巖巖性依次為T1y2-3厚層至巨厚層塊狀灰?guī)r，T1y2-2-2中厚層灰?guī)r，T1y2-2-1薄層灰?guī)r，T1y2-1-3極薄-薄層灰?guī)r。從上至下，巖層單層厚度逐漸變薄，層間炭質(zhì)薄膜逐漸增多，薄、極薄層灰?guī)r夾層及層間錯動極其發(fā)育，局部兼有揉皺現(xiàn)象。巖層產(chǎn)狀略有變化，近河岸N70~80°W，SW&ETH;20~35°，靠山內(nèi)N65~80°E，SE&am

6、p;ETH;20~25°。</p><p><b>　　1.3構(gòu)造</b></p><p>　　右岸地下洞室涉及的主要斷層有f2斷層，該斷層及兩側(cè)與之平行的結(jié)構(gòu)面主要對引水隧洞進(jìn)口段有較大影響。其余地段層間錯動、夾層極其發(fā)育，如目前揭示的fj2~fj6，及fpd2-4-1等。T1y2-3內(nèi)僅見裂隙發(fā)育，局部層面偶有泥膜；fj2，為T1y2-3/T1y2-2-

7、2分界面，厚度變化較大，性狀時(shí)好時(shí)差；T1y2-2-2內(nèi)主要有fj5及小斷層fpd2-4-1，均較連續(xù)，厚度大，泥質(zhì)充填，性狀差，并局部巖溶；fpd2-4-1傾角陡于巖層。fj6，為T1y2-2-2/T1y2-2-1分界面，性狀其本同fj5；T1y2-2-1、T1y2-1-3巖層均薄，層間夾層及層間錯動極其發(fā)育，厚度大于1cm的間距在0.7-1m左右，連續(xù)，多有軟化現(xiàn)象，fj3、fj4僅為其中的略具代表性的兩條，fj4厚度達(dá)10~30c

8、m，一般層面則多有炭質(zhì)薄膜。</p><p>　　厚層、中厚層灰?guī)r中裂隙少量發(fā)育，以NNE、NEE兩組陡傾裂隙為主，廠房區(qū)除少數(shù)較大裂隙充填有泥質(zhì)，局部并有溶蝕現(xiàn)象外，一般裂隙以方解石充填為主，面平直粗糙，寬小于0.5cm，連通率小于30%，主變洞或近地表多有夾泥現(xiàn)象。薄、極薄層灰?guī)r，方解石脈及隱節(jié)理發(fā)育，間距小于0.1m。</p><p><b>　　1.4巖溶水文地質(zhì)<

9、/b></p><p>　　據(jù)前期鉆孔勘察，地下水位近岸邊為761~762m，靠山內(nèi)為763m左右，一般高于河水位1~3m，水力比降1~2%，為地下水補(bǔ)給河水動力類型，地下水低平帶寬大于230m。</p><p>　　巖溶主要沿?cái)鄬?、裂隙及順層發(fā)育。最大巖溶為K11巖溶管道。經(jīng)前期勘探，其在PD2-2底板下分布長達(dá)70余米，最低高程在762m左右，主要沿N70°E裂隙發(fā)育，

10、呈一縫狀巖溶管道，寬度1~2m，下部順層發(fā)展（fj5及fpd2-4-1），形成傾向河流的帶狀巖溶管道，其主要出口可能有多個，Sb4、Sb6等。</p><p>　　2主要工程地質(zhì)問題分析與評價(jià)</p><p>　　2.1圍巖分類及穩(wěn)定性分析</p><p>　　從開挖揭露的情況來，前期預(yù)測的地層巖性和主要結(jié)構(gòu)面同開挖后的情況是一致的，主要差別在于分界線、結(jié)構(gòu)面的具體

11、位置，產(chǎn)狀及性狀略有差異。</p><p>　　（1）圍巖分類及整體穩(wěn)定性</p><p>　　圍巖基本分類同前，為II-IV類。</p><p>　　頂拱以II-III1類為主，根據(jù)開挖揭露情況展示圖統(tǒng)計(jì)，T1y2-3（厚層灰?guī)r）占56%，T1y2-2-2（中厚層灰?guī)r）占44%。T1y2-3厚層灰?guī)r，層面不發(fā)育，穩(wěn)定性較好，為II類圍巖；T1y2-2-2中厚層灰?guī)r

12、，結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般，穩(wěn)定性稍差，為III1類圍巖。</p><p>　　邊墻，以III1-IV類為主。上部為T1y2-2-2中厚層灰?guī)r，屬III1類圍巖；中部為T1y2-2-1薄層灰?guī)r屬III2類圍巖，下部為T1y2-1-3薄、極薄層灰?guī)r，巖體較破碎，層間夾層發(fā)育，穩(wěn)定性差，屬IV類圍巖。</p><p>　　綜上所述，廠房區(qū)無大型斷裂，且均為灰?guī)r，巖層層厚成為影響圍巖分類的主要因素，其雖I

13、I至IV類圍巖均有，但影響洞室圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵部位頂拱為II、III1類圍巖，對洞室穩(wěn)定有利，廠房的圍巖整體穩(wěn)定。</p><p>　　巖體的物理力學(xué)參數(shù)如表1。</p><p>　　表1 地下廠房各層巖體力學(xué)參數(shù)建議值表</p><p><b>　　地層</b></p><p&

14、gt;<b>　　巖性</b></p><p><b>　　風(fēng)</b></p><p><b>　　化</b></p><p><b>　　容重</b></p><p><b>　　變模</b></p><p>

15、;<b>　　濕抗壓</b></p><p><b>　　泊</b></p><p><b>　　松</b></p><p><b>　　比</b></p><p><b>　　抗剪</b></p><p>&

16、lt;b>　　巖體綜合</b></p><p><b>　　抗剪斷</b></p><p><b>　　圍巖</b></p><p><b>　　分類</b></p><p><b>　　單位</b></p><p&g

17、t;<b>　　彈抗系數(shù)</b></p><p><b>　　Ko</b></p><p><b>　　(GPa)</b></p><p><b>　　(KN/m3)</b></p><p><b>　　∥</b></p>

18、<p><b>　　⊥</b></p><p><b>　　(MPa)</b></p><p><b>　　f</b></p><p><b>　　f’</b></p><p><b>　　C’(MPa)</b><

19、/p><p><b>　　（MPa/m)</b></p><p><b>　　T1y2-3</b></p><p>　　厚層灰?guī)r，塊狀結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　微新</b></p><p><b>　　27.0</b><

20、/p><p><b>　　12</b></p><p><b>　　12</b></p><p><b>　　65</b></p><p><b>　　0.25</b></p><p><b>　　0.70</b>

21、</p><p><b>　　1.2</b></p><p><b>　　1.2</b></p><p><b>　　II</b></p><p><b>　　6000</b></p><p><b>　　T1y2-2-2

22、</b></p><p>　　中厚夾薄層灰?guī)r。層狀結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　微新</b></p><p><b>　　27.0</b></p><p><b>　　8.0</b></p><p><b>　　6.5<

23、/b></p><p><b>　　45</b></p><p><b>　　0.30</b></p><p><b>　　0.65</b></p><p><b>　　1.0</b></p><p><b>　　1

24、.0</b></p><p><b>　　III1</b></p><p><b>　　4000</b></p><p><b>　　T1y2-2-1</b></p><p>　　薄層灰?guī)r，薄層狀結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　微

25、新</b></p><p><b>　　27.0</b></p><p><b>　　6.0</b></p><p><b>　　4.0</b></p><p><b>　　42</b></p><p><b>

26、;　　0.32</b></p><p><b>　　0.55</b></p><p><b>　　0.8</b></p><p><b>　　0.6</b></p><p><b>　　III2</b></p><p>

27、<b>　　3200</b></p><p><b>　　T1y2-1-3</b></p><p>　　極薄、薄層層灰?guī)r巖，夾炭質(zhì)層。極薄層狀結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　微新</b></p><p><b>　　27.0</b></p>

28、<p><b>　　5.0</b></p><p><b>　　3.0</b></p><p><b>　　40</b></p><p><b>　　0.32</b></p><p><b>　　0.55</b><

29、/p><p><b>　　0.7</b></p><p><b>　　0.5</b></p><p><b>　　IV</b></p><p><b>　　2500</b></p><p>　　（1）以上參數(shù)未考慮溶洞影響。</p

30、><p>　?。?）巖體綜合抗剪強(qiáng)度指完整巖體強(qiáng)度，層面及裂隙方向強(qiáng)度不能用此表。</p><p>　　（2）局部結(jié)構(gòu)巖體穩(wěn)定分析</p><p><b>　?、夙敼埃?lt;/b></p><p>　　同前期分析，層間錯動fj2、fj5與N70°E，NW&ETH;70-80°及N0-20°E

31、，SE&ETH;80°兩組陡傾裂隙組合，以層間錯動面為頂剝離面，裂隙為側(cè)向切割面，形成上游薄下游厚的楔形錐體。</p><p>　　fj5性狀差，其在頂拱形成的塌落體，頂部沿面完全分離，穩(wěn)定性較差，但影響范圍小，據(jù)統(tǒng)計(jì)面積為271m2，占7.4%，錐體頂尖位于安裝間NE下游角，最厚6m左右。</p><p>　　fj2影響范圍較大，面積為1627m，占廠房頂拱面積的44%

32、，錐體頂尖亦位于安裝間NE下游角，最厚為13m左右，其面性狀比前預(yù)測稍好，局部尚有c值維系，穩(wěn)定性相對較好。</p><p>　　由于上述結(jié)構(gòu)巖體的形成，并受裂隙的發(fā)育程度影響，而目前揭露的情況，大裂隙發(fā)育較少，一般裂隙連通率小于&lt;30%，巖體完整性較好，結(jié)構(gòu)巖體尚能自穩(wěn)。</p><p>　　從目前開挖的情況，廠房頂拱T1y2-3厚層灰?guī)r基本無掉塊現(xiàn)象，開挖面較完整，而T1

33、y2-2-2中厚層灰?guī)r地段則主要在fj2、fj5及層面夾泥多的地段沿層間錯動或?qū)用鎰冸x有小掉塊，開挖面相對破碎，表現(xiàn)出疊板狀，在下游拱座部位，由于fj5、fpd2－4－1、巖溶的發(fā)育，及平行洞軸線方向的反傾裂隙較多，穩(wěn)定性較差。</p><p><b>　　②邊墻</b></p><p>　　下游邊墻屬順向邊墻，對于中厚層及薄層灰?guī)r，夾層與層間錯動發(fā)育，受裂隙切割后易

34、產(chǎn)生順層滑移塊體，穩(wěn)定性較差。T1y2-2-2中厚層灰?guī)r中構(gòu)成不利底滑面的結(jié)構(gòu)面有fj5、fpd2－4－1、fj6。其中fpd2－4－1切傾角陡于層面，傾角40°，兩側(cè)受裂隙切割，頂部以fj5為界，形成楔形體，穩(wěn)定性較差。T1y2-2-1薄層灰?guī)r及T1y2-1-3薄、極薄層灰?guī)r中因夾層極發(fā)育，不利底滑面密集，其以fj3、fj4為代表，間距1~5m不等。就現(xiàn)巖壁吊車部位上段開挖揭露的情況來看，此類巖體破壞型式普遍存在，由于應(yīng)力調(diào)

35、整，巖壁產(chǎn)生卸荷松動，產(chǎn)生多處巖體后緣以平行洞軸線的陡傾直立裂隙為切割面，底面順夾層、層間錯動向外滑移，最大位移量達(dá)到7-8cm。</p><p>　　上游邊墻屬逆向邊墻，整體穩(wěn)定，局部將因N70°E反傾陡傾裂隙切割，產(chǎn)生小規(guī)模不穩(wěn)定塊體。就目前上段開挖揭露的情況來看，此類巖體破壞型式不多，僅局部存在。</p><p>　　NE、SW邊墻均為橫向坡，整體穩(wěn)定，局部因裂隙切割有不穩(wěn)

36、定塊體。</p><p>　　根據(jù)上述條件，各結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度建議如表2。</p><p>　　表2 廠房結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度建議值表</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)面名稱</b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)面</b></p>&

37、lt;p><b>　　傾角</b></p><p><b>　　（°）</b></p><p><b>　　抗剪強(qiáng)度</b></p><p><b>　　備注</b></p><p><b>　　f(f’)</b>&l

38、t;/p><p>　　c(c’)（MPa）</p><p>　　NNE、NEE、NNW裂隙綜合抗剪斷（含巖橋）</p><p><b>　　70~90</b></p><p><b>　　0.65</b></p><p><b>　　0.5</b></

39、p><p>　　T1y2-3、T1y2-2-2中連通率&lt;30%</p><p><b>　　0.60</b></p><p><b>　　0.45</b></p><p>　　T1y2-2-1中連通率30-40%</p><p><b>　　0.55<

40、;/b></p><p><b>　　0.15</b></p><p>　　T1y2-1-3中隱節(jié)理發(fā)育。</p><p><b>　　fj2</b></p><p><b>　　0.40</b></p><p><b>　　0.01&l

41、t;/b></p><p><b>　　綜合</b></p><p>　　fj3~fj6等層間錯動及fPD2-4-1</p><p><b>　　0.25</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　不含溶

42、洞段</b></p><p>　　T1y2-2-2一般層面</p><p><b>　　0.55</b></p><p><b>　　0.1</b></p><p>　　不含泥質(zhì)，間距40-50cm。</p><p>　　T1y2-2-2有泥膜層面</p&g

43、t;<p><b>　　0.45</b></p><p><b>　　0.02</b></p><p>　　集中于fj2~fj5之間，間距20-30cm。</p><p>　　T1y2-2-1中炭質(zhì)及黃色泥質(zhì)夾層</p><p><b>　　0.28</b><

44、;/p><p><b>　　0.002</b></p><p><b>　　間距5-6m。 </b></p><p>　　T1y2-2-1中一般層面</p><p><b>　　0.45</b></p><p><b>　　0.02</b&g

45、t;</p><p>　　間距10-20cm。</p><p>　　T1y2-1中炭質(zhì)夾層</p><p><b>　　0.30</b></p><p><b>　　0.005</b></p><p><b>　　間距0.7~1m。</b></p&

46、gt;<p>　　T1y2-1中一般層面（含炭質(zhì)薄膜）</p><p><b>　　0.35</b></p><p><b>　　0.01</b></p><p>　　間距&lt;0.1m。</p><p>　　2.2廠房涌水涌泥預(yù)測</p><p>　

47、?。?）K11巖溶管道的涌水，因其地表積匯水面積有限，估計(jì)一般流量&lt;20L/s，汛期最大涌水200L/s。</p><p>　　（2）河水位以下開挖時(shí)，廠房基坑涌水除受K11巖溶管道的巖溶水補(bǔ)給外，尚接受河水倒灌，其進(jìn)口主要沿岸坡順層小溶洞、溶蝕裂隙及零星的小管道等。河水倒灌是地下廠房基坑涌水的主要形式及來源。</p><p>　?。?）沿fj5、fpd2-4-1發(fā)育的溶洞中

48、有黃色粘土及塊石等洞室充填物，其下游側(cè)揭露出口傾向廠房內(nèi)汛期地下水活動加強(qiáng)，充填物將向廠房滑落，形成涌泥、涌水等不利地質(zhì)現(xiàn)象，影響施工安全。</p><p><b>　　2.3處理建議</b></p><p>　?。?）T1y2-3厚層灰?guī)r，為II類圍巖，圍巖基本穩(wěn)定，支護(hù)措施需考慮局部因裂隙切割而可能產(chǎn)生的掉塊、風(fēng)化及施工爆破影響，其主要分布于頂拱，建議噴錨支護(hù)；T

49、1y2-2-2中厚層灰?guī)r，為III1類圍巖，圍巖穩(wěn)定性稍差，頂拱建議噴錨加鋼筋網(wǎng)，邊墻噴錨支護(hù)；T1y2-2-1及T1y2-1-3薄、極薄層灰?guī)r，為III2-IV類圍巖，圍巖穩(wěn)定性差，其分布在邊墻部位，建議噴錨加鋼筋網(wǎng)。目前開挖揭露的頂拱，設(shè)計(jì)方面主要進(jìn)行噴錨支護(hù)，錨桿長度有9m、6m兩種，間距2.4m，噴鋼纖維砼或聚丙烯砼（C25）15cm。</p><p>　?。?）對局部結(jié)構(gòu)塊體加強(qiáng)支護(hù)，宜采用長預(yù)應(yīng)力錨桿

50、為永久性加固措施，頂部錨固深度最深應(yīng)切穿fj2，到達(dá)厚層灰?guī)r一定深度，頂拱下游側(cè)及下游邊墻錨桿方向應(yīng)盡量切穿并垂直fj5、fpd2－4－1、fj6等結(jié)構(gòu)面，并采用快速監(jiān)測方法對塊體穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)測。T1y2-2-1及T1y2-1-3層位建議加系統(tǒng)長錨桿。目前設(shè)計(jì)方面對巖壁吊車梁位置布置了預(yù)應(yīng)力錨索，但頂拱的圍巖未作加強(qiáng)處理，安全度可能不夠，應(yīng)密切關(guān)注變形監(jiān)測情況，同時(shí)需對下游邊墻已出現(xiàn)的變形破壞，采用物探手段了解變形松動圈厚度，盡快加強(qiáng)監(jiān)測

51、，清除已嚴(yán)重變形破壞的巖體，采取預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索等加強(qiáng)支護(hù)等措施。</p><p>　　（3）對巖溶管道水宜采取抽排，對河水倒灌以堵為主的處理措施。巖溶管道水處理重點(diǎn)在于K11巖溶系統(tǒng)；河水倒灌處理則主要是對靠河側(cè)巖溶管道進(jìn)行封堵，同時(shí)對周邊一定范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕灌漿，對尾水洞未能作帷幕灌漿的地段應(yīng)在巖體表層作砼噴護(hù)。</p><p>　?。?）對開挖揭露的巖溶管道、溶蝕帶、斷層等需局部深挖回

52、填或灌漿處理。安裝間上游邊墻的K11溶洞，在開挖過程中為處理之重點(diǎn)，宜在開挖之前，在廠房區(qū)外對巖溶管道水進(jìn)行引排后，對其進(jìn)行灌漿充填，并用長錨桿加固。目前廠房內(nèi)揭露的溶洞主要是沿fj5、fPD2-4-1發(fā)育，廠房頂拱下游側(cè)的溶洞在作好引、排水管后已進(jìn)行了混凝土回填與封堵，安裝間778-772m開挖時(shí)上游邊墻揭露的K11溶洞在清泥處理處理后將混凝土回填與封堵，因該溶洞在上游側(cè)尚沿平行廠軸線方向的陡裂直立裂隙發(fā)育，長達(dá)70余m，與邊墻距離僅