蒲石河抽水蓄能电站地下厂房围岩地质条件分析

2012-09-19田作印郑以宝杨宗玲王宝文

东北水利水电 2012年11期

田作印，郑以宝，杨宗玲，王宝文，李凯

（中水东北公司地质处,吉林长春 130021）

1 工程概况

蒲石河抽水蓄能电站为Ⅰ等工程，工程规模为大（1）型，枢纽中主要建筑物有上、下库坝、地下厂房及输水系统。地下厂房装机4×300 MW，主副厂房洞室开挖尺寸为173.3 m×25.7 m×54.6 m（长×宽×高），主变洞室开挖尺寸为132.6 m×20.4 m×24.4 m（长×宽×高），尾闸室开挖尺寸为96.2 m×12.9 m×22.3 m（长×宽×高），三者布置紧密，洞室纵横交错，构成了一个结构极为复杂的地下建筑群。

2 地质概况

地下厂房系统深埋于黄草沟右侧第一条NEE向支沟沟尾山体内，地面高程260～325 m，该段冲沟宽约30 m，切割深度50～70 m，两侧山坡坡度约30°～40°。厂房枢纽区基岩主要为新鲜混合花岗岩，穿插有闪长玢岩岩脉，岩石新鲜、坚硬，上覆岩体较厚。断层破碎带较发育，宽度多较小，倾角较陡，其走向多与厂轴交角较大。岩石节理局部较发育，多以陡倾角为主，其主要节理走向与厂轴交角亦较大，多呈闭合、微张或钙质胶结。厂房区地下水主要为赋存于基岩裂隙及断层破碎带内的裂隙水，主要受大气降水补给，以脉状或网状贮存于断层带及裂隙内。地下水位埋深约40～55 m。

3 洞室围岩稳定分析

影响地下洞室稳定性的因素主要分为三大类：第一类是通过围岩应力状态而影响地下洞室围岩稳定，第二类主要是岩体中地下水的赋存、活动条件，第三类是岩石的强度和结构面组合。蒲石河地下厂房属坚硬脆性岩体大跨度的地下工程，影响围岩稳定的破坏模式为结构面控制的三维块体破坏，结构面对围岩稳定性的影响，不仅决定于岩体结构面本身的特征，还与结构面的组合及其与周边洞室的方位有密切关系。

地下厂房枢纽地段，由新鲜、坚硬的混合花岗岩组成。顶拱全长173.3 m，桩号0-070.9～0+102.4 m。其中桩号0-070.9～0-010 m段节理较发育，有15条断层破碎带通过，为Ⅲ～Ⅳ类围岩，其中Fj34，fc16，fc4断层部位围岩稳定性差，开挖时发生塌方；桩号0-010～0+080 m段岩体较完整，节理局部较发育，为Ⅱ类围岩；桩号0+080～0+102.4 m段岩体完整，节理不发育，为Ⅰ类围岩。

上游边墙桩号0-070.9～0-050 m段，岩体较完整，节理不发育，为Ⅱ类围岩；桩号0-050～0+025 m段，节理、断层、岩脉发育，受断层、岩脉及节理切割影响，岩体完整性差，开挖多处掉块，为Ⅲ类围岩；桩号0+025～0+070 m段岩体一般较完整，局部节理发育，围岩整体稳定，为Ⅱ类围岩；桩号0+070～0+094.9 m段，局部节理发育，其中δπc3、δπc9走向与边墙夹角较小，在岩锚梁附近出露，围岩稳定性差，为Ⅲ类围岩。

下游边墙桩号0-070.9～0-050 m段，岩体较完整，节理、断层不发育，未见有不利于边坡稳定的结构面组合存在，为Ⅱ类围岩。桩号0-050～0+015 m段，该段分布有主变运输洞、1号母线洞、1号尾水支洞。此段围岩节理以陡倾角为主，部分微张，局部节理呈X型组合切割。

下游边墙桩号0+015～0+065 m段，岩体局部完整性差，节理较发育，见有8条闪长玢岩岩脉和9条断层破碎带，断层宽度多小于20 cm，其中Fj34-1宽30～50 cm，延伸较长在3号尾水支洞附近被fc50截断，fc50高程6 m以上宽度小于20 cm，高程6 m以下破碎宽度宽60～80 cm。虽未见有较大不利结构面组合存在，但是岩体完整性较差，桩0+020～0+030 m岩锚梁部位有δπc24岩脉与边墙平行切割，局部见有沿节理、岩脉掉块，对边墙稳定不利，为Ⅲ类围岩。

综上所述，厂房主机间顶拱岩体完整，未见有较大断层通过和不利软弱结构面组合体存在，为Ⅰ，Ⅱ类围岩，分别占12.93%和占51.93%，围岩稳定条件良好；而副厂房与安装间顶拱受Fj34，F16断层影响，围岩稳定性较差，主要为Ⅲ—Ⅳ类围岩，占35.14%。厂房上、下游边墙岩体节理发育，岩体欠完整，尤以下游边墙因受Fj34，F59等断层及与其平行的一组节理切割影响，岩体完整性差。上游边墙Ⅱ类围岩占39.75%，Ⅲ类占60.25%；下游边墙Ⅱ类围岩占30.64%，Ⅲ类占30.16%，Ⅳ类占39.2%。边墙经锚固后一般无较大的稳定问题。

3.1 地下厂房桩号0-30～0-50 m地段

该部位下游边墙布置有主变运输洞，见有Fj34，f16，f4，f26，f25，f45 等数条断层出露。顶拱开挖时沿断层渗水和塌方。对该部位绘制赤平投影图进行分析如下：

①取 Fj34，f26，f16，f4 组合（见图 1）进行分析，结构面在顶拱形成楔形体，组合块体在顶拱部位沿Fj34断层面滑动，块体不稳定。

图2 赤平投影图

②取 Fj34，f45，J33组合进行分析（见图 2），Fj34，f45，J33构造在主变运输洞顶构成三棱椎体，该块体沿节理J33向临空面方向滑动，故Fj34，f45，J33组合不稳定，在主变运输洞与厂房下游边墙交叉口塌方。

3.2 地下厂房桩号0-5～0+5 m地段

该部位下游边墙8～20 m高程布置有1号母线洞，下游边墙-8～-15 m高程布置有1号尾水支洞。厂房下游边墙走向N80°W，母线洞洞轴线为N10°E，尾水支洞洞轴线为N10°E。该部位发育有 f2，f20，f38，fj34-1 等断层。

1）1号母线洞与厂房下游边墙交叉部位取f2，f20，f38，Fj34-1组合分析（见图 3），结构面在顶拱形成形成楔形体，向临空面面滑动，对厂房与1号母线洞交叉口稳定不利。

2）1号尾水支洞与厂房下游边墙交叉部位取Fj34、J33、J14 组合分析（见图 4），结构面在顶拱形成向临空面滑动的三棱锥体，开挖时发生塌方。

4 建议支护措施

4.1 地下厂房桩号0-30～0-50 m为塌方地段

图3 赤平投影图

图4 赤平投影图

施工时建议对塌方段采取如下支护处理方案：

1）混凝土回填。对桩号0-25～0-50 m塌方区采用了回填混凝土。

2）预应力锚索。在主变运输洞桩号0-24.5～0-45.5 m段侧壁及顶拱共设置了10根预应力锚索加固，边墙锚索长23.9 m，顶拱长30 m。

3）对穿锚杆。在厂房安装间下游墙厂房桩号0-04.15～0-031.35段之间，对穿锚杆将厂房下游墙与主变搬运洞、主变洞间岩体对穿，共设置36根，长度分别为30.0～47.5 m。对穿锚杆设置高程为8.2～23.2 m。

4）强锚杆加固。锚杆长度12 m，锚深10.6 m。具体为厂房下游边墙桩号0-055.5～0-045.3 m布置24根，高程8.2～23.2 m；厂房下游边墙桩号0-045.3～0-020.55 m 布置 36根，高程 8.2～30.2 m；在主变运输洞右侧边墙布置45根。

5）工字钢钢拱架支护。对主变运输洞桩号0-25～0-50 m，采用B型钢拱架支护；对塌方段外0-7.6～0-25.0 m段采用A型钢拱架支护。

6）混凝土衬砌。对主变运输洞桩号0-7.6～0-50 m进行混凝土衬砌。

7）加厚贴壁混凝土墙：考虑到塌方对厂房拱角及岩锚梁有一定影响，在厂房桩号0-055.5～0-045.3 m、高程7.1～24 m段下游边墙扩挖0.85 m，加设贴壁混凝土墙；在厂房桩号0-045.3～0-020.55 m、高程7.1～22.6 m段下游边墙也扩挖0.85 m，将原0.8 m贴壁混凝土墙曾至1.65 m（含喷护15 cm）。

8）固结灌浆。对厂房桩号0-007～0-053 m间的下游边墙，在厂房上层排水廊道向下打孔进行固结灌浆。经过3年多的观察，处理后，该段塌方段处于稳定状态。

4.2 地下厂房桩号0-5～0+5地段

该部位下游边墙8～20 m高程，布置有1号母线洞，下游边墙-8～-15 m高程，布置有1号尾水支洞。厂房下游边墙走向N80°W，母线洞洞轴线为N10°E，尾水支洞洞轴线为N10°E。该部位发育有f2，f20，f38，fj34-1等断层。开挖时地质建议对此部位及时采取钢支撑和喷混凝土支护处理，经处理后在整个开挖过程未发生变形，围岩整体稳定。