獅子坪水電站廠房交通洞覆蓋層成洞條件及處理措施

黎昌有，馮建明，鄧衛(wèi)東

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 概述

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)岷江右岸一級(jí)支流雜谷腦河上，為雜谷腦河梯級(jí)水電開發(fā)的龍頭水庫(kù)電站，主要由攔河大壩、放空洞(導(dǎo)流洞)、泄洪洞、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地下廠房等建筑物組成。正常蓄水位高程2 540 m，最大壩高136 m，總庫(kù)容1.327 億 m3，引水隧洞長(zhǎng)18 707.923 m，設(shè)計(jì)水頭390 m，引用流量61.4 m3/s，裝機(jī)容量195 MW。

廠區(qū)樞紐建筑物主要有主副廠房、主變及GIS室、尾水閘門室、尾水隧洞、尾水渠、交通洞、出線洞、排風(fēng)洞、排水廊道、出線場(chǎng)等。根據(jù)廠區(qū)地質(zhì)條件，采用主副廠房、主變及GIS室、尾水閘門室三大主洞室平行布置方案。

2 廠址區(qū)基本地質(zhì)條件

工程區(qū)位于北西向鮮水河斷裂帶和北東向龍門山斷裂帶所圍限的川青斷塊的小金～較場(chǎng)弧形構(gòu)造帶之西翼近頂端的次級(jí)構(gòu)造族郎帚狀構(gòu)造帶上，在大地構(gòu)造部位隸屬于松潘～甘孜地槽褶皺帶范疇，西側(cè)毗連巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，東鄰揚(yáng)子地臺(tái)西緣龍門山～大巴山臺(tái)緣拗陷帶，工程場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅶ度。

廠址區(qū)河谷形態(tài)為“U”形，雜谷腦河以S15°E流經(jīng)廠區(qū)，枯水期河面寬25 m，水面高程2 088 m。右岸I級(jí)階地寬20～60 m，階面平整，高出河水面6～7 m，階地后緣坡腳處發(fā)育串狀倒石堆。谷坡臨河坡高大于600 m，地形下陡上緩，平均自然坡度為40°～50°。

廠區(qū)地層為三疊系侏倭組(T3zh)淺變質(zhì)巖，巖層總體產(chǎn)狀為 N30°～70°E/NW(SE)∠70°～89°，走向與河流大角度相交，陡傾上游，局部?jī)A下游，巖性以變質(zhì)砂巖為主，少量為砂質(zhì)板巖，中厚層至巨厚層狀，巖石致密堅(jiān)硬。

勘探資料揭示，廠址區(qū)覆蓋層厚度大于48.07 m，其成因類型、層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度變化大。根據(jù)成因、物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征，覆蓋層由老到新可分為六層:

①含漂(塊)卵礫石層(Q3gl+fgl):冰川冰水堆積，分布于河床底部，下伏為基巖，厚度大于15.54 m，分布連續(xù)，往山內(nèi)側(cè)變薄并尖滅，頂板埋深44.55 m，對(duì)應(yīng)高程2 051.26 m，漂卵石成分主要為變質(zhì)砂巖、花崗巖，少量為砂質(zhì)板巖，粒徑一般為10～30 cm，次圓狀，結(jié)構(gòu)較緊密。

②粉細(xì)砂層(Q3l):堰塞湖相堆積，分布于河床下部，厚6.49 m，分布連續(xù)，往山內(nèi)側(cè)變薄并尖滅，頂板埋深 38.06 m，對(duì)應(yīng)高程 2 057.75 m，結(jié)構(gòu)較松散。

③含漂(塊)卵(碎)礫石層(Q4al):沖積堆積，分布于河床中部，下伏為②層，厚度27.91～30.67 m，分布連續(xù)，頂板埋深 10.15 ～17.40 m，對(duì)應(yīng)高程2 085.66 ～2 087.26 m，卵(碎)礫石成分以變質(zhì)砂巖為主，少量為砂質(zhì)板巖、花崗巖，卵礫石呈次圓狀，塊碎石以棱～次棱角狀為主，粒徑一般為3～8 cm，該層從下部到上部磨圓度由好變差，下部以卵礫石為主，上部以塊碎石為主。該層局部夾中細(xì)砂透鏡體。

④含礫粉質(zhì)壤土(Q4l):堰塞湖相堆積，分布于河床上部，厚3.40～6.05 m，分布連續(xù)，往山內(nèi)側(cè)變薄，頂板埋深4.1 ～14.0 m，對(duì)應(yīng)高程2 090.66～2 091.71 m，該層結(jié)構(gòu)較密實(shí)。

⑤漂卵礫石層(Q4al):現(xiàn)代河床沖積堆積，厚2.3 ～6.55 m，分布連續(xù)，往山內(nèi)側(cè)逐漸尖滅，頂板埋深1.8 ～7.45 m，對(duì)應(yīng)高程2 094.01 ～2 097.21 m，漂卵礫石成分以變質(zhì)砂巖為主，少量為花崗巖，粒徑一般為10～30 cm、3～8 cm，次磨圓至磨圓狀。該層結(jié)構(gòu)較松散，局部架空。

⑥塊碎石土層(Q4col+dl):表層崩坡積物堆積，厚 1.8 ～40.95 m，塊碎石結(jié)構(gòu)松散，廣泛分布于坡腳。

在地質(zhì)構(gòu)造上，廠區(qū)位于古爾溝倒轉(zhuǎn)背斜的東翼，為侏倭組(T3zh)地層構(gòu)成的單斜構(gòu)造。

廠區(qū)物理地質(zhì)作用主要表現(xiàn)為巖體的卸荷與崩塌，巖石風(fēng)化微弱。巖體表部卸荷作用強(qiáng)，加之裂隙不利組合切割，形成不穩(wěn)定巖塊崩塌墜落，在坡腳堆積形成倒石堆。倒石堆的堆腳相連成串。

廠區(qū)地下水類型為基巖裂隙水與第四系松散堆積層中的孔隙水。裂隙水賦存于谷坡巖體內(nèi)，由大氣降雨補(bǔ)給，向河流排泄?？紫端饕x存于I級(jí)階地堆積層內(nèi)，鉆孔揭示其較河水位低4.74 ～5.04 m。

3 廠房交通洞覆蓋層工程地質(zhì)條件

廠房交通洞長(zhǎng)229.18 m，其中覆蓋層洞段長(zhǎng)92.18 m，起點(diǎn)底板高程2 091.46 m，終點(diǎn)底板高程2 095 m，洞向 N85°34'53″E，洞徑7 m。覆蓋層洞段主要由⑥層崩坡積塊碎石土組成，塊碎石大小混雜，平均直徑一般為15～30 cm，大的直徑可達(dá)2～3 m，小的直徑一般為3～4 cm，土為砂質(zhì)粉土。該層顆粒大小懸殊，分布不均勻，局部粗細(xì)顆粒相對(duì)集中，具架空結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常松散，在坡腳形成大面積的倒石堆，倒石堆頂部高程為2 300～2 380 m，堆腳緊鄰Ⅰ級(jí)階地后緣，最大堆高可達(dá)200～280 m，堆寬約90～260 m，平均自然坡度為40°～50°。

4 廠房交通洞覆蓋層成洞主要問(wèn)題及處理措施

廠房交通洞覆蓋層洞段于2005年3月開始施工開挖，2005年6月完成施工開挖及支護(hù)。覆蓋層洞段由⑥層崩坡積塊碎石土組成，結(jié)構(gòu)非常松散、粘聚力極小且含大量孤石，具架空結(jié)構(gòu)，成洞條件極差。施工中采用先打超前小導(dǎo)管，分二級(jí)短臺(tái)階預(yù)留土心人工開挖方法進(jìn)洞，主要施工程序:打超前花管→預(yù)固結(jié)灌漿→人工開挖上臺(tái)階→架設(shè)上臺(tái)階拱支撐→下臺(tái)階開挖→架設(shè)豎向支撐→打鎖腳錨桿→焊接連接鋼筋→掛網(wǎng)噴混凝土。

4.1 大孤石處理

在廠房交通洞覆蓋層洞段開挖過(guò)程中遇到了大小不等的大孤石，通常采取以下處理措施:

采取將超前管棚直接穿越大孤石、沿永久結(jié)構(gòu)斷面外側(cè)打預(yù)裂爆破孔的方式對(duì)結(jié)構(gòu)斷面以內(nèi)的孤石體進(jìn)行松動(dòng)爆破，待結(jié)構(gòu)斷面以內(nèi)的孤石破碎后再按常規(guī)辦法繼續(xù)開挖。

4.2 塌方的處理

廠房交通洞覆蓋層洞段施工過(guò)程中曾遭遇不同程度的塌方，針對(duì)塌方高度的不同分別采取了不同的處理措施。

(1)小型塌方的處理:一般塌方空腔高度在0.5～3 m之間，該類塌方體方量小，處理較為容易，處理時(shí)間也較短，主要措施為:塌方后及時(shí)用碎石或木材等材料通過(guò)管棚塞滿塌落的空腔，給趨于穩(wěn)定的塌方體圍巖一個(gè)附加的支撐力，使圍巖得到一個(gè)較好的穩(wěn)定收斂效果，然后再采取加密鋼拱架、增加混凝土噴護(hù)厚度等措施對(duì)開挖中第一次的支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)處理。

(2)大型塌方的處理:一般塌方空腔高度在3～8 m之間，跨度為3～15 m，該類塌方體塌方量大，處理難度較高，處理時(shí)間也較長(zhǎng)，主要措施為:

①先在塌空區(qū)噴C20混凝土護(hù)壁，臨時(shí)穩(wěn)定塌方體的圍巖，然后在塌空區(qū)安裝鋼拱架并在拱背上用型鋼架設(shè)縱向梁，同時(shí)在縱向梁上用弧形鋼進(jìn)行加固處理;

②在塌空腔內(nèi)架設(shè)鋼管支架以穩(wěn)定整個(gè)圍巖，并順巖壁編管網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)，同時(shí)安裝好混凝土回填預(yù)埋管及排氣管;

③第二次在塌空區(qū)四周噴C20混凝土，進(jìn)一步增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性;

④清理土石方并對(duì)塌方損壞的第一次支護(hù)重新進(jìn)行施工支護(hù);

⑤完成塌方段的邊墻及頂拱永久混凝土支護(hù);

⑥用C15混凝土通過(guò)混凝土回填預(yù)埋管將塌空區(qū)回填滿，以增加洞室的穩(wěn)定性。

4.3 第一次支護(hù)失穩(wěn)處理

在廠房交通洞覆蓋層洞段施工中局部發(fā)生過(guò)第一次支護(hù)失穩(wěn)的情況，主要采取以下措施進(jìn)行處理:(1)通過(guò)變形觀測(cè)發(fā)現(xiàn)隧洞存在變形時(shí)，首先在拱腳部位采用I18工字鋼及時(shí)進(jìn)行縱向加固處理;(2)如果是豎向變形，則采用I18工字鋼在豎向進(jìn)行支撐，豎向加固之間則通過(guò)鋼筋或小型鋼連接，使豎向支撐能整體受力;(3)如果是橫向變形，則采用I18工字鋼在橫向進(jìn)行支撐，橫向加固之間通過(guò)鋼筋或小型鋼連接，使橫向支撐能整體受力。

5 廠房交通洞覆蓋層洞段的永久支護(hù)情況

交通洞覆蓋層洞段于2005年2月開始混凝土澆筑，2005年11月完成永久混凝土澆筑。永久支護(hù)采取了型鋼組合混凝土支護(hù)型式:型鋼及錨噴作為一期支護(hù)形成“骨架”，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與一期支護(hù)聯(lián)合作為支撐受力體，襯砌厚度為100 cm，襯砌完成后還進(jìn)行了固結(jié)和回填灌漿。永久支護(hù)處理后，經(jīng)過(guò)4年多時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，洞室穩(wěn)定性良好。

6 結(jié)語(yǔ)

獅子坪水電站廠房交通洞覆蓋層顆粒大小懸殊，分布不均勻，結(jié)構(gòu)松散、粘聚力小且含大量孤石，具架空結(jié)構(gòu)，成洞條件極差。施工中采取了打超前小導(dǎo)管，分二級(jí)短臺(tái)階預(yù)留土心人工開挖方法進(jìn)洞，為今后類似地質(zhì)條件的覆蓋層隧洞施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。