花岗岩蚀变带硐室施工支护方案

2012-03-15黄超群薛东旭张振鸾

湖南水利水电 2012年5期

黄超群薛东旭张振鸾

（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院长沙市 410014）（山东鲁泰煤业有限公司济宁市 272000）

花岗岩蚀变带岩体是指原岩在晚期侵入的花岗岩热液作用下经蚀变后形成的岩体。花岗岩蚀变带岩体强度低，其中蒙脱石化蚀变岩中的蒙脱石具有吸水膨胀特点，可使结构紧密的蚀变岩松裂崩解。加之后期花岗岩侵入蚀变带内，受多次构造作用及岩浆侵入影响，岩体节理裂隙发育、岩体破碎，岩体多呈松散碎石角砾、粉砂土状，稳定性极差。

我国幅员辽阔、地形复杂、地质多变，花岗岩侵蚀蚀变问题十分常见，尤其是在我国南方地区分布很广，江西、福建、广东、湖南、湖北、安徽、浙江及云南、广西、四川等省（区）均有分布。

蚀变花岗岩遇水软化膨胀导致岩体结构破坏，在这种条件下的蚀变花岗岩的力学性质参数明显降低，其变形模量、单轴饱和抗压强度及抗剪强度指标大致相当于强风化花岗岩体水平。蚀变现象不仅直接影响库岸边坡及地下洞室围岩的稳定性，而且影响支护结构的耐久性，因此，花岗岩蚀变带内硐室施工要采取积极的防护措施，保障施工安全，确保工程岩体支护结构的可靠性。

1 工程概况

平江抽水蓄能电站位于湖南省平江县福寿山镇境内，距省会长沙132km，距平江县城39km，距福寿山镇11km。电站上水库位于汨罗江福寿山国家级风景名胜区和福寿山省级森林公园内，下水库位于汨罗江福寿山国家级风景名胜区内，上、下水库坝址直线距离约3.0km，均有公路通过，且上、下水库之间有公路相连，交通方便。电站装机容量3200 MW，调节库容1311万m3，上下水库输水系统长3680m,可利用水头约700m。该电站建成后可以很好地承担系统调峰、调频、调相等任务，成功解决华中、湖南电网季不均衡负荷问题，保证电网安全运行，提高电网供电质量。

工程区隶属扬子准地台江南台背斜湘东断褶拗陷带，位于燕山早期连云山花岗岩体边缘地带，地质条件较为复杂，岩石以较坚硬～坚硬的块状二长花岗岩为主，弱风化及其以下岩石强度较高～高，岩体完整性一般较好，但岩体差异风化较明显（如球状风化、槽状风化等），岩体蚀变较普遍，岩体蚀变主要沿断裂结构面、流线流面及岩脉发育，主要表现为高岭土化、绿泥石化等蚀变现象，蚀变岩体卸荷裸露后具有膨胀、崩解特性。

工程区内布置勘探平硐4个，勘探平硐的主要工作量为洞室开挖2780m左右，其中上水库3条平硐（PD1：220m，PD2：280m，PD3：280m），下水库厂房平硐 PD4：2000m。上水库 3条平硐（PD1、PD2、PD3）拟定开挖断面为2m×2m（宽×高），呈拱门型。下水库厂房平硐PD4拟定开挖断面为2.8m× 3m（宽×高），呈拱门型。

2 勘探平硐蚀变段分布

根据工程物探地震剖面勘探资料统计（表1），工程区岩(土)体地震波波速(Vp)：下水库关门石坝址库底洪积物（650～1800）m/s，除关门石坝址库底洪积物外的覆盖层和全风化岩体（350～1200）m/s，强风化岩体（1500～2700）m/s，弱风化及其以下岩体一般大于4000m/s，断层带及岩体蚀变带(弱风化岩体内)一般介于（1600～3500）m/s之间。

我们对上水库进/出水口PD3勘探平洞已掘进洞段进行岩体地震波连续测试，测试成果整理见表2。从表2可看出，洞深（0～51）m的洞口段岩体风化、蚀变严重，岩体波速极低，但较稳定，纵、横波波速平均值分别517m/s和207m/s。洞深（51～98）m结构面及流线流面部位岩体波速低～较低，且中（高）、低波速或相间分布，其中洞深（51～86）m段波速较低，纵、横波波速平均值分别2050m/s和908m/s，结构面及流线流面部位纵波波速1500m/s左右；洞深（86～98）m段纵、横波波速平均值分别3300m/s和1612m/s，结构面及流线流面部位纵波波速3000m/s左右。

表1 工程区岩(土)体地震波波速统计表

表2 PD3平硐地震波测试成果表

3 蚀变段施工支护方案

根据现场实际情况和多年小洞室掘进经验，认为勘探平硐开挖中遇花岗岩蚀变带（如PD3）不良地质段时，开挖掘进视地层复杂程度应分别采用小导管预注浆、管棚支护、钢格栅支护、挂网喷混凝土施工方案进行（附图），以确保开挖安全、稳定。

附图勘探平硐花岗岩蚀变段开挖支护纵剖面图

方案具体内容如下：

（1）小导管预注浆。小导管采用Φ40mm钢管制作，导管前端加工成圆锥形并予以封焊严实；管身设若干溢浆孔，孔径Φ6～Φ12mm；孔距（20～30）cm，按梅花形排列；后端1m范围不设溢浆孔，管尾设一加固环，并保持管身顺直。

小导管预注浆施工工艺流程为：布孔→钻孔→插管→注浆。

① 布孔：小导管一般设计在洞腰线以上，间距（20～30）cm。

② 成孔：成孔采用手风钻成孔，钻孔直径 Φ46 mm。

③ 插管：对准钻孔插入小导管，必要时使用风动推进器将导管推入，导管尾端外露长度为30cm。

④ 注浆：注浆浆液采用0.5∶1～1∶1纯水泥浓浆或水泥——水玻璃双液浆；注浆压力为（0.3～0.5）MPa；注浆结束条件可根据灌入量来确定，其灌入量将根据导管密度和地层空隙率计算确定。

（2）管棚支护。管棚管采用长（6～8）m，直径（F89～F108）mm的地质钢管；采用地质坑道风动潜孔钻机钻孔，孔向沿洞壁周边造外插角为10°～12°，深（5～7）m。洞顶部位孔距为10 cm、两侧墙为50cm，外露1m。灌注水泥浓浆或砂浆，充满钢管及周围的空隙。支立好钢格栅，作为管棚的外侧支点。每次开挖进尺（0.8～1.5）m，两次开挖后，进行第二段管棚支护。

（3）钢格栅支护。每榀钢格栅由4根Φ25钢筋成正方形布置，中间点焊Φ50架管组成。钢格栅的纵向间距为0.1m；两榀钢格栅之间应设置直径25 mm的钢拉杆，间距为0.5m。钢格栅装设在设计断面以外，紧靠洞室围岩。

（4）施工过程中加强变形监测，在进行钢格栅支护后视情况再进行挂网喷混凝土支护。

此外，由于山体内水量丰富，为降低水压力，在漏水洞段两侧各布置两排L=1.5m排水孔，埋设PVC管。同时因为排水量大，洞底为花岗岩蚀变带，还在底板浇筑C15混凝土，设排水沟。