乌东德水电站主厂房B类角砾岩工程地质特性及处理措施

肖云华, 黄孝泉, 刘冲平, 郝喜明, 施 炎, 方 宇

(长江三峡勘测研究院有限公司(武汉),湖北 武汉 430074)

乌东德水电站主厂房B类角砾岩工程地质特性及处理措施

肖云华, 黄孝泉, 刘冲平, 郝喜明, 施 炎, 方 宇

(长江三峡勘测研究院有限公司(武汉),湖北 武汉 430074)

乌东德水电站左岸主厂房5#、6#机组顶拱及岩锚梁附近分布有B类角砾岩,因其抗压强度与变形模量相对周围灰岩和白云岩较低,岩体变形相对周围岩体可能更突出,不利于围岩稳定。施工期间查明了该部位B类角砾岩空间分布及性状,为加强支护提供了详实的地质资料,监测结果表明,目前左岸主厂房B类角砾岩变形已收敛,其处理措施可为其他类似工程建设提供参考。

乌东德水电站;B类角砾岩;工程地质特性

乌东德水电站是金沙江下游河段4个梯级(乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝)最上一级,电站装机容量10 200 MW,多年平均发电量389.3亿kW·h,为一等大(Ⅰ)型工程。左岸地下电站三大洞室平行布置,轴线60°,主厂房长×宽×高为333 m×32.5 m(30.5 m)×89.8 m。

坝址区B类角砾岩是局部灰岩或白云岩受构造或其它因素影响先破碎成角砾,后在低温热液地质环境作用下主要由方解石胶结形成的一类特殊岩体[1]。左岸主厂房5#、6#机组顶拱及岩锚梁附近发育有该类岩体,因其抗压强度与变形模量相对周围灰岩或白云岩较低,变形相对周围岩体可能更突出[2]。为此在施工期进行了详细勘察,查明了B类角砾岩空间分布及性状,为设计和施工提供了详实的地质资料,确保了主厂房的围岩稳定。

1 左岸主厂房基本地质条件

左岸主厂房围岩从山内往山外依次为落雪组第二段第三亚段(Pt2l2-3),岩性为互层夹中厚层大理岩化白云岩,第三段第一亚段(Pt2l3-1),岩性以中厚层夹厚层及少量互层灰岩及大理岩为主,局部为厚层白云岩、B类角砾岩(位于5#、6#机组附近顶拱及岩锚梁),部分为第三段第二亚段(Pt2l3-2),岩性以中厚、厚层白云岩为主。岩层走向一般270°～280°,倾向S,倾角75°～85°。岩层走向与厂房轴线夹角以30°～40°为主,靠江侧局部夹角<30°,山内侧局部夹角40°～50°。围岩多为微新岩体,岩溶不发育,开挖过程中洞室干燥。最大水平主应力为低—中等地应力水平,一般6～12 MPa。围岩类别为Ⅱ类与Ⅲ类,分别占54%、46%。

2 B类角砾岩空间分布及性状

2.1 B类角砾岩空间分布

B类角砾岩空间形态总体上为团块状,以不规则形态嵌于围岩内,略呈长条形,长轴方向约为88°,大致与岩层走向一致,与厂房轴线夹角30°～40°;分布于5#、6#机组附近顶拱及岩锚梁附近,沿主厂房轴线长一般30～50 m,最长约56 m;垂直轴线宽一般15～26 m,最宽约33 m;高程约892～823 m。上游岩锚梁部位长9 m,水平埋深约1.5 m;下游岩锚梁部位长33 m,水平埋深约8～10 m。在主厂房顶拱B类角砾岩沿轴线方向具上大、下小的特征,这一特征有利于其在顶拱稳定,B类角砾岩于第Ⅳ层底部高程823 m尖灭(见图1-图3)。

2.2 B类角砾岩性状

B类角砾岩角砾成分为白云岩及灰岩,大小一般0.02～0.40 m,最大1.0～2.0 m,角砾含量一般约40%(图4),局部含量较高;角砾主要呈弱—微风化状,局部风化色变呈灰黄色。角砾岩中结构面少见,呈整体结构,角砾间多为方解石、局部为钙质胶结,胶结紧密;局部方解石溶蚀风化亦呈灰黄色,偶见加剧风化色变呈灰黄色似强风化状。与周边正常岩体没有明显接触面,接触关系似“熔融接触”(图5)。

图6 左岸主厂房B类角砾岩及灰岩声波曲线Fig.6 The acoustic curve of B breccia and limestone in left main powerhouse

图1 左岸主厂房B类角砾岩850 m高程工程地质平切图Fig.1 The engineering geological flat map of B breccia at 850m in left main powerhouse1.顶板9 m钻孔;2.顶板向上钻孔;3.水平钻孔;4.铅直向下钻孔;5.角砾岩范围;6.中导洞范围。

图2 B类角砾岩区域典型纵剖面Fig.2 The typical vertical section map in B breccia regional

图3 B类角砾岩区域典型横剖面Fig.3 The typical cross section map in B breccia regional

图4 B类角砾岩中的角砾影像图Fig.4 The breccia image map in B breccia regional

图5 B类角砾岩与周围岩体“熔融接触”Fig.5 The molten contact between B breccia regional and surrounding rock mass

施工期,布置19个声波测试孔,测试成果表明,B类角砾岩岩体声波值一般为3 800～4 800 m/s,平均值为4 350 m/s。较周围正常岩体声波值低约1 000 m/s(图6)。这表明B类角砾岩岩体质量相对周围正常灰岩和白云岩较差。

2.3 物理力学性状及岩体质量

可研阶段,在勘探平硐内对B类角砾岩进行了1组岩体现场原位变形试验和1组现场原位直剪试验;施工期,又取了4组钻孔岩芯样,进行室内岩石抗压强度等试验(图7)。根据现场原位试验和室内试验成果,经类比和综合分析后,B类角砾岩物理力学参数地质建议值见表1。

图7 B类角砾岩现场变形试验与室内试验照片Fig.7 The photos of field deformation test and laboratory test of B breccia

表1 B类角砾岩岩体物理力学参数建议值表Table 1 The suggested values of physical and mechanical parameters of B breccia

重度/(kN·m-3)岩石饱和抗压强度/MPa岩体变形参数/GPa变形模量弹性模量泊松比μ岩体抗剪断强度f'c'/MPa岩体抗拉强度/MPa26.830～506～1012～160.28～0.300.8～1.00.7～1.00.3～0.5

抗压试样结果表明,岩块均沿胶结物劈裂破坏,说明角砾强度大于角砾之间胶结强度,B类角砾岩强度主要取决于其胶结物及胶结程度。

根据《工程岩体分级标准》(GBT 50218—2014)[3],B类角砾岩岩体质量为Ⅲ2级。根据《水力发电工程地质勘察规范》(GB 50287—2016)[4]中洞室围岩详细分类的有关规定,B类角砾岩围岩属Ⅲ类围岩。

3 B类角砾岩开挖、支护与监测

B类角砾岩区域开挖过程中优化爆破参数:采用光面爆破、控制单响药量、减少炮孔间距、采用分段延时起爆。

为保证主厂房施工期及运营期安全,B类角砾岩均采取了加强锚固等处理措施,在顶拱布置了预应力锚索:长33～39 m,T=1 500 kN,间排距3 m×3 m,系统锚杆调整为T=50 kN,@1.0×1.0,L=9 m的张拉锚杆,且局部进行了灌浆处理,并进行喷砼支护;在边墙B类角砾岩部位系统锚索:长20～45 m不等,预应力T=2 000 kN,间排距一般3 m×4.5 m,系统锚杆调整为T=50 kN,@1.0×1.0,L=9 m,张拉锚杆,并进行喷砼支护。

为更进一步把握B类角砾岩区域围岩稳定性情

况,专门布置了多点位移计变形监测。目前的变形监测成果显示,左岸主厂房开挖完成后,顶拱多点位移计孔口总位移量<10 mm,B类角砾岩区域均已收敛。

4 结语

(1) 左岸主厂房B类角砾岩是灰岩或白云岩等岩体受构造或其它因素影响先破碎成角砾,后期在低温热液地质环境条件下又重新主要由方解石胶结在局部形成的一类特殊岩体,与周围正常岩体之间接触关系似“熔融接触”。

(2) B类角砾岩角砾成分为白云岩及灰岩,大小一般0.02～0.40 m,角砾含量一般约40%,B类角砾岩岩体声波值一般为3 800～4 800 m/s,岩石饱和抗压强度30～50 MPa,岩体变形模量6～10 GPa。B类角砾岩因其抗压强度与变形模量相对周围灰岩和白云岩较低,其围岩变形相对周围岩体变形更突出。

(3) 施工期勘察查明了该部位B类角砾岩空间分布和性状,为加强支护提供了详实的地质资料,监测结果表明,目前左岸主厂房B类角砾岩已收敛,这可为其他类似工程的建设提供宝贵经验。

[1] 满作武,陈又华,黄孝泉,等.金沙江乌东德水电站可行性研究报告第四篇工程地质[R].武汉:长江勘测规划设计研究有限责任公司,2015.

[2] 肖云华,黄孝泉,刘冲平,等.乌东德水电站地下厂房主要工程地质问题研究[J].人民长江,2015,46(14):1-4.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.工程岩体分级标准:GB/T 50218—2014[S].北京:中国计划出版社。

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.水力发电工程地质勘察规范:GB 50287—2016[S].北京:中国计划出版社,2016.

(责任编辑：陈姣霞)

Geological Characteristics and Treatment Measures of B Breccia Engineeringin the Main Powerhouse of Wudongde Hydropower Station

XIAO Yunhua, HUANG Xiaoquan, LIU Chongping, HAO Ximing, SHI Yan, FANG Yu

(ThreeGorgesGeotechnicalConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430074)

B breccia is distributed near the arch and rock anchor beams of 5#and 6#units in left main powerhouse of Wudongde Hydropower Station.The deformation of rock mass relative to surrounding limestone and dolomite may be more prominent,because the compressive strength and modulus of deformation lower than that of rock mass. Through the investigation in construction period,the spatial distribution and characteristics of B breccia in site are found out,and the detailed geological data are provided for strengthening the support. The monitoring results show that the deformation of B breccia in left main powerhouse has been convergent. It can provide valuable experience for other similar projects.

Wudongde Hydropower Station; main powerhouse; B breccia; engineering geological characteristics

2017-06-20;改回日期:2017-07-13

肖云华(1978-),男,高级工程师,博士,工程地质专业,从事水利水电工程地质勘察方面的生产和研究工作。E-mail:xiaoyunhua2016@qq.com

P64; TV223

A

1671-1211(2017)04-0395-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.009

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170623.0829.002.html 数字出版日期:2017-06-23 08:29