功果橋水電站主要工程地質(zhì)問題及對策

王林維，王 蕾

（中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院工程勘察研究分院，甘肅 蘭州 730050）

1 基本地質(zhì)條件

功果橋水電站壩址位于云南省云龍縣大栗樹西側(cè)，是瀾滄江中下游河段梯級規(guī)劃開發(fā)的最上游一級電站。壩址區(qū)位于原功果吊橋下游1.5～3.5 km河段上，瀾滄江以S71°E方向流經(jīng)壩址區(qū)，壩址區(qū)河道順直，兩岸地形基本對稱，河谷呈 “V”形橫向谷。邊坡走向N68°W，坡高500～1 200 m，兩岸邊坡坡度 35°～46°。

壩址主要出露白堊系下統(tǒng)景星組下段地層，巖性為青灰～灰綠色變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖夾灰白色變質(zhì)石英砂巖，巖層產(chǎn)狀為 N5°～15°W，SW∠60°～80°，巖層陡傾上游偏右岸。河床覆蓋層一般厚度為6～34 m，最大厚度為40 m。區(qū)內(nèi)斷裂結(jié)構(gòu)面多屬Ⅲ～Ⅴ級，屬巖屑型充填的硬性結(jié)構(gòu)面，以中～陡傾角為主，緩傾結(jié)構(gòu)面輕度發(fā)育。壩址區(qū)內(nèi)斷層主要有：①順層斷層及層間擠壓帶，規(guī)模較大的為F2、F25；②NNW向陡傾斷層；③EW向斷層。裂隙主要有：①N0°～25°W，SW～W∠55°～77°； ②N60°～80°W，NE∠20°～30°； ③N40°～60°E，NW（SE） ∠72°～77°。其中，①組為層面裂隙，廣泛分布于壩址區(qū)；②、③組裂隙主要分布于左、右岸邊坡，傾向下游的裂隙居多。區(qū)內(nèi)巖體風(fēng)化層相對較淺，強(qiáng)風(fēng)化帶水平深度一般為13～25 m。弱風(fēng)化帶水平深度一般為30～50 m，兩岸巖體普遍存在卸荷松動現(xiàn)象，且隨高程增加卸荷有加深的趨勢，不同部位卸荷深度亦不相同。

由于巖石具層狀結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性。當(dāng)壓力方向垂直層理時，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度最高達(dá)125 MPa；當(dāng)壓力方向與層理平行或夾角較小時僅20～27 MPa，抗拉強(qiáng)度值則相反。

壩基層狀巖體質(zhì)量除與巖體完整性、透水性及巖石強(qiáng)度有關(guān)外，還與層狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)狀效應(yīng)有較大的關(guān)系?？傮w上，壩基巖體為弱風(fēng)化變質(zhì)砂巖及砂質(zhì)板巖，巖體以Ⅲ1～Ⅲ2級為主；結(jié)構(gòu)面以順層發(fā)育為主，緩傾結(jié)構(gòu)面輕度發(fā)育，不存在壩基深層抗滑穩(wěn)定問題；巖體的承載、變形、抗剪等均滿足要求。

地下廠房三大洞室深埋于右岸山體中，初始應(yīng)力場是一個以自重為主體，受構(gòu)造影響的中低地應(yīng)力場。巖體的風(fēng)化、卸荷等淺表時效破壞作用對圍巖影響已不明顯。深部變質(zhì)砂巖、石英砂巖及砂質(zhì)板巖為微風(fēng)化～新鮮巖體，變質(zhì)砂巖與石英砂巖巖體抗剪 (斷)強(qiáng)度及變形模量等力學(xué)參數(shù)較高。斷裂結(jié)構(gòu)面以順層發(fā)育為主，地下水滲流場總體較弱，僅在較大構(gòu)造出露部位局部表現(xiàn)出滲～滴水現(xiàn)象。洞室圍巖總體上以 Ⅱ、Ⅲ類為主，Ⅳ類圍巖極少（約占 2%）。

2 主要工程地質(zhì)問題及處理措施

2.1 F25斷層破碎帶

F25斷層是壩基建基巖體中規(guī)模較大的一條斷層，屬Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，順層發(fā)育，為變質(zhì)砂巖與板巖接觸帶，其產(chǎn)狀為 N5°～15°W，SW∠60°～70°。該斷層在左岸壩軸線上游側(cè)出露，向下延伸至河床壩基高程1 205 m后進(jìn)入壩基范圍，斜穿整個河床壩基，破碎帶寬為1～1.4 m，兩側(cè)影響帶寬為4～6 m。受其影響，兩側(cè)巖體破碎，擠壓呈片狀結(jié)構(gòu)。由于該斷層位于左岸非溢流壩段的壩踵附近，施工期對大壩的穩(wěn)定性可能有一定影響，在河床溢流壩段，大壩局部產(chǎn)生不均勻沉降變形，對壩基的防滲也將有一定影響。

對該斷層采用人工清撬或小型機(jī)械清撬槽挖，在壩基內(nèi)開挖清除斷層破碎帶物質(zhì)后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)處理，處理深度不小于60 cm。在壩趾部位（壩下0+074.5）上、下游各5 m范圍內(nèi)開挖深度不小于120 cm，表層鋪設(shè)2層防裂鋼筋網(wǎng)。目前，大壩已基本澆筑至壩頂高程，受其影響部位基巖變位計測值變位均很小且基本平穩(wěn)。

2.2 風(fēng)化巖體

壩基開挖后，強(qiáng)風(fēng)化巖體主要集中在左岸壩基，主要有壩軸線上游側(cè)及壩線附近（壩下0+0～0+5）的 F25斷層破碎帶；壩下0+20～0+35高程 1 252～1 245 m的囊狀強(qiáng)風(fēng)化及高程1 245～1 233 m邊坡強(qiáng)風(fēng)化帶。

壩下 0+20～0+35 段由于 f1、 f2、 f12、 f13、 F39與 f6交匯，形成以f6影響帶和F39為上游側(cè)邊界的囊狀風(fēng)化，分布高程1 252～1 245 m，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，呈棕黃色，巖體破碎，呈鑲嵌碎裂-碎裂結(jié)構(gòu)。經(jīng)現(xiàn)場鉆孔復(fù)查，該區(qū)風(fēng)化帶水平深度2.6～5.7 m。巖體聲波測試表明：VP＜3 000 m/s水平分布深度為3.2～5.0 m，VP在 3 000～4 000 m/s 水平分布深度為 3.2～8.3 m。測試結(jié)果與鉆孔復(fù)查結(jié)果基本一致。將壩下0+016.6～0+038.4、 高程 1 262～1 243 m 段挖除置換后，巖體質(zhì)量基本滿足要求。

2.3 f15、F2斷層

洞室開挖后，對三大洞室圍巖穩(wěn)定影響最大的兩條斷層為貫穿各洞室的F2斷層和地下廠房出露的f15斷層。F2斷層在地下廠房三大洞室中均有出露：在主廠房的左端墻高程1 235～1 249 m出露并延伸至下游邊墻及1號機(jī)坑底板；在主變室下游拱角樁號廠右0+2出露延伸至下游邊墻的疏散交通洞右側(cè)并貫穿全洞；在尾調(diào)室廠右0+23頂拱出露并貫穿全洞。斷層帶總體產(chǎn)狀為 N0°～20°W，SW∠60°～78°，為順層發(fā)育斷層，破碎帶寬0.8～1 m，影響帶寬1～3 m，沿斷層帶多有滲、流水現(xiàn)象。受其影響，廠房左端墻中下部變形較大，特別是在開挖爆破作用下，巖體變位呈臺階式增長。主變室左端墻及下游邊墻的疏散交通洞右側(cè)巖體破碎，且變形較大。尾調(diào)室頂拱廠右0+20～0+66范圍巖體破碎，且多處有滲水現(xiàn)象。

在廠房左端墻F2斷層出露范圍（1 235～1 249 m高程）采用系統(tǒng)錨索支護(hù)。主變室左端墻高程1 261～1 270 m F2斷層出露兩側(cè)采用錨索錨固，對主變室下游墻疏散交通洞口右側(cè)破碎巖體進(jìn)行了固結(jié)灌漿處理。對尾調(diào)室廠右0+20～0+66頂拱采用系統(tǒng)錨索支護(hù)。通過上述對F2斷層有針對性的支護(hù)處理，保證了三大洞室開挖的順利進(jìn)行。多點(diǎn)位移計、錨桿應(yīng)力計及錨索測力計觀測結(jié)果表明，開挖前期巖體變形較大，后期量值變小并趨于穩(wěn)定。

f15斷層發(fā)育于主廠房的頂拱，在左側(cè)通風(fēng)機(jī)房頂拱出露，廠右0+90以后變窄為裂隙，底部在左端墻高程1 253 m變窄，在高程1 240 m消失。斷層總體產(chǎn)狀為 N57°E，NW∠75°～80°，走向與廠房軸線夾角較小，基本上沿廠房軸線展布。斷層破碎帶寬度15～20 cm，局部寬30 cm，下盤影響帶寬1～1.5 m，上盤影響帶寬3～4 m。廠右0+30～0+66段影響帶巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，呈棕黃色，碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，沿斷層面有少量的滲水，受其牽引，左側(cè)頂拱緩傾結(jié)構(gòu)面成組發(fā)育?？傮w上，f15斷層對地下廠房左側(cè)頂拱圍巖穩(wěn)定影響較大。廠右0+30～0+93段左側(cè)頂拱采用系統(tǒng)錨索支護(hù)，在廠左0-13～廠右0+84范圍斷層帶兩側(cè)采用9 m長150 kN級的預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行交叉縫合處理。

2.4 地下洞室拱角混凝土噴層剝落

本區(qū)巖體屬陡傾層狀結(jié)構(gòu)，其物理力學(xué)特性具有明顯的各向異性性，圍巖的變形特征與巖層的產(chǎn)狀密切相關(guān)。在巖層傾向的不同方向，巖體的破壞特性也各不相同，其破壞形式主要表現(xiàn)為拉裂破壞順層滑移和彎折傾倒變形。研究表明，洞室高邊墻的位移隨層面傾角先增大后減小，反傾向一側(cè)的位移在傾角為60°達(dá)到最大，順傾向側(cè)洞周位移要小于反傾向側(cè)的位移。監(jiān)測結(jié)果表明，三大洞室上游邊墻（反傾向一側(cè)）圍巖變形較下游側(cè)（順傾向一側(cè)）大。

三大洞室向下開挖后，上游側(cè)拱角及邊墻上部均不同程度地出現(xiàn)混凝土噴層剝落，主廠房廠右0+20～0+140段猶為嚴(yán)重。針對上述情況，對廠區(qū)三大洞室進(jìn)行了開挖后應(yīng)力與位移復(fù)核計算。計算結(jié)果表明，三大洞室開挖后應(yīng)力在頂拱與底板處較大，而兩側(cè)邊墻則相對較小；上游拱角及邊墻位移量較大，下游側(cè)拱角及邊墻則相對較小。變位趨勢與實(shí)際監(jiān)測情況基本相符。

經(jīng)檢查復(fù)核，噴層剝落部位未發(fā)現(xiàn)有規(guī)模較大的不穩(wěn)定塊體。綜合分析認(rèn)為，導(dǎo)致噴層剝落的主要影響因素為圍巖應(yīng)力與巖層產(chǎn)狀，隨著洞室向下開挖拱座處的徑向應(yīng)力在頂拱不斷集中且上游側(cè)拱角量值相對較大；該區(qū)巖層陡傾上游，開挖后上游側(cè)（反傾向一側(cè)）巖體變形較下游側(cè)大，從而導(dǎo)致上游側(cè)拱角及邊墻表面的混凝土噴層出現(xiàn)剝落。由于應(yīng)力調(diào)整需要一定時間，應(yīng)在大部分應(yīng)力釋放完成后再進(jìn)行處理。后期廠房全部開挖完成后，清除松動、開裂的噴層，補(bǔ)噴聚丙烯纖維混凝土，并掛主動防護(hù)網(wǎng)。目前，地下廠房4臺機(jī)組大部分安裝工程已完成，未發(fā)現(xiàn)有新的噴層開裂或掉塊現(xiàn)象。

2.5 主變室上游墻

主變室上游邊墻廠右0+25.5 m、高程1 280.7 m部位發(fā)育有產(chǎn)狀為N14°W，SW∠67°的f5陡傾斷層；產(chǎn)狀走向EW，傾N∠70°的 L20陡傾裂隙組和產(chǎn)狀為N22°W，NE∠62°的L51順層裂隙組等結(jié)構(gòu)面，并相互切割形成塊體。隨著地下洞室的人工開挖、施工爆破的影響，使該塊體產(chǎn)生卸荷位移，從而導(dǎo)致測點(diǎn)變位增大。增加3排1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索及兩排錨筋樁。其中，1 277 m高程的4根錨索調(diào)整為2 000 kN的對穿錨索。增加支護(hù)后，該部位的位移變化基本趨于平穩(wěn)。

3 結(jié)語

功果橋水電站樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，針對施工開挖過程中出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)問題，在現(xiàn)場勘測設(shè)計人員的及時預(yù)測分析下，施工過程中及時調(diào)整開挖及支護(hù)處理方案，保證了工程開挖的順利進(jìn)行，為后續(xù)各項施工奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。各項觀測資料初步表明，對主要工程地質(zhì)問題的分析與處理措施是正確的。

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［2］王啟耀，楊林德，趙法鎖.陡傾角層狀巖體中地下洞室圍巖的變形［J］.長安大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版，2006，26（5）:69-73.