荒溝抽水蓄能電站地質(zhì)探洞封堵方案

劉 洋，劉文斌，張 煜，劉 浩

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

荒溝抽水蓄能電站地質(zhì)探洞封堵方案

劉 洋，劉文斌，張 煜，劉 浩

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

荒溝抽水蓄能電站地質(zhì)探洞基本平行于尾水隧洞布置，位于兩尾水隧洞之間，洞間巖體較薄，斷層節(jié)理較發(fā)育，運行時可能沿斷層節(jié)理向探洞滲水。且地質(zhì)探洞與廠房頂拱巖體最薄部位僅為2 m，如果封堵處理不好，將會引起向廠房內(nèi)滲水，嚴重時地質(zhì)探洞與廠房連通，將會導致水淹廠房。文中介紹了荒溝抽水蓄能電站地質(zhì)探洞封堵方案的確定過程，為類似工程的設計提供借鑒。

地質(zhì)探洞；封堵；洞口封堵；內(nèi)部封堵；滲透穩(wěn)定

1 工程概況

荒溝抽水蓄能電站，位于黑龍江省海林市境內(nèi)，距牡丹江市145 km，下水庫為已建的蓮花水電站水庫，上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。工程以發(fā)電為主，總裝機1 200 MW。電站建成后在黑龍江省電網(wǎng)擔任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。

電站樞紐建筑物主要由上水庫主壩及副壩、輸水系統(tǒng)和地下廠房等組成。

輸水系統(tǒng)按發(fā)電工況分引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)，均為二洞四機布置。引水系統(tǒng)由上水庫進/出水口、引水隧洞、引水調(diào)壓井、引水岔管和引水壓力鋼管組成；尾水系統(tǒng)由尾水支洞、尾水岔管、尾水調(diào)壓井、尾水隧洞、下水庫進/出水口組成。

兩尾水隧洞中心線間距48 m，經(jīng)平面轉(zhuǎn)彎后變?yōu)?0 m，1號尾水隧洞全長1 069.46 m，2號尾水隧洞全長1 045.61 m，尾水隧洞內(nèi)徑6.70 m，全部采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚60 cm。

2 地質(zhì)探洞布置

地質(zhì)探洞主要由3部分組成，第一部分PD01，基本與尾水隧洞平行，位于兩尾水隧洞中間，主要目的是探查尾水隧洞以及廠房前的壓力管道及岔管的地質(zhì)條件，全長約1 331.4 m，高差16.405 m。第二部分PD04，PD05，為廠房地質(zhì)探洞，基本平行于廠房縱軸線布置，與PD01主探洞呈“十”字形交叉，PD04支洞長94 m，PD05支洞長95 m。第三部分為地質(zhì)探洞的施工支洞，支洞進口位于下水庫進/出水口下游側右岸的山坳里，與PD01探洞成約50度夾角，長約108.74 m，支洞高差約17.32 m，縱坡角度9.05度。地質(zhì)探洞斷面為城門洞型，斷面尺寸約為2×2 m。地質(zhì)探洞共有兩個進口，即PD01探洞進口和探洞施工支洞進口。

地質(zhì)探洞于1996年開挖完成并進行了封堵，PD01探洞進洞點高程為EL199.805 m,當時開挖后，因與下水庫進/出水口施工相干擾，對洞口部位45 m長范圍進行了封堵；地質(zhì)探洞支洞進洞點高程為EL215.00 m，洞口僅用土進行了回填。

2014年7月，從地質(zhì)探洞施工支洞洞口進入PD01探洞進行檢查，PD01探洞洞口封堵體滲水量較小，僅為0.6 L/S。

3 尾水隧洞與地質(zhì)探洞地質(zhì)條件分析

根據(jù)尾水隧洞和地質(zhì)探洞地質(zhì)條件，進行統(tǒng)計分析，尾水隧洞與地質(zhì)探洞之間巖體厚小于10 m的隧洞長約157 m，共發(fā)育斷層4條，斷層寬一般0.2～2.5 m，多由碎裂巖及巖屑夾泥組成，巖體節(jié)理發(fā)育，完整性較差，圍巖多為Ⅲ～IV；厚10～20 m的隧洞長約200 m，共發(fā)育斷層6條，斷層寬度一般0.2～0.3 m，其中f15寬0.8～1.1 m，多由碎裂巖、巖屑及灰白色斷層泥組成，巖體節(jié)理發(fā)育，局部巖體完整性較差，圍巖多為Ⅱ～Ⅲ；厚20～30 m的隧洞長約167 m，共發(fā)育斷層3條，斷層寬一般0.1～0.2 m，巖體節(jié)理較發(fā)育，以斜交或小角度交洞軸的陡傾角節(jié)理為主，斷續(xù)分布有緩傾角節(jié)理，常密集出現(xiàn)，局部巖體完整性較差，圍巖多為Ⅱ～Ⅲ類；厚30～40 m的隧洞長約141 m，發(fā)育4條斷層，斷層寬度一般0.2～0.5 m，其中f19寬1.0～2.5 m，多由碎裂巖及巖屑夾泥組成，上下盤均有1～20 cm的較連續(xù)的灰白色斷層泥，節(jié)理以斜交洞軸的陡傾角節(jié)理為主，斷續(xù)分布有緩傾角節(jié)理，圍巖多為Ⅱ類；厚大于40 m的隧洞，長約400 m，發(fā)育10條斷層，斷層寬一般0.1～0.6 m，最寬為1.2 m，由多碎裂巖組成，局部夾斷層泥，節(jié)理不發(fā)育，偶見緩傾角節(jié)理，圍巖多為Ⅱ類，其中V類圍巖約100 m。

另外，地質(zhì)探洞于尾調(diào)大井底部從兩尾調(diào)間穿過，尾水調(diào)壓室直徑20 m，襯砌厚度1.2 m，探洞與調(diào)壓室大井井壁間最小巖體厚僅為23.6 m。且見有f29，f30斷層通過尾調(diào)大井及地質(zhì)探洞，地質(zhì)探洞于尾調(diào)大井底部通過，尾水調(diào)壓室與地質(zhì)探洞間沿f29斷層面的距離大約30 m，沿f30斷層面的距離大約40 m。f29斷層的性狀為：走向N70°W，傾向NE，傾角35°，斷層寬0.1 m，組成物為碎屑夾泥；f30斷層的性狀：走向N45°W，傾向NE，傾角25°～30°，斷層寬0.4～0.70 m，組成物為碎屑夾泥，斷層面平直，光滑。

工程運行后，尾水隧洞承受20～90 m的水頭，由于尾水隧洞與探洞間巖體斷層節(jié)理較發(fā)育，運行時可能沿斷層節(jié)理向探洞滲水。另外，尾水調(diào)壓室與探洞間巖體較薄，并見有f29，f30斷層連通，盡管承受水頭不是很高，但也有30 m，調(diào)壓室也存在向探洞內(nèi)滲水的可能。

4 地質(zhì)探洞封堵總體方案

根據(jù)地質(zhì)探洞的布置以及地質(zhì)探洞與尾水隧洞、廠房、主變洞及尾閘洞等洞室的相對位置關系等因素，將地質(zhì)探洞的封堵分為兩部分，地質(zhì)探洞洞口封堵和地質(zhì)探洞內(nèi)部封堵。

4.1 探洞洞口封堵

地質(zhì)探洞洞口封堵，是為了避免下水庫直接與地質(zhì)探洞連通。地質(zhì)探洞共有兩個進口直接與下水庫相連，即PD01探洞進口和探洞施工支洞洞口。

地質(zhì)探洞于1996年開挖完成并進行了封堵，經(jīng)過實地調(diào)查并與當初的施工單位進行核實，PD01探洞進洞點高程為EL199.805 m，當時開挖后，因與下水庫進/出水口施工相干擾，于是對洞口部位45 m長范圍進行了封堵，封堵混凝土標號為R200，未進行灌漿，2014年7月從探洞施工支洞洞口進入PD01探洞后進行檢查，PD01探洞封堵體滲水量較小，僅為0.6 L/S。

探洞施工支洞進洞點高程為EL215.00 m，當時未進行封堵處理，但洞口已用土進行了回填。2014年9月，對地質(zhì)探洞的施工支洞洞口進行了封堵，封堵部位距洞口約3 m，封堵長度為5 m，封堵體采用C30W8抗溶出型中等腐蝕和一般酸性弱腐蝕混凝土，并對頂拱進行了回填灌漿，灌漿壓力為0.2 MPa。

1996年進行的PD01探洞洞口封堵，經(jīng)復核計算，封堵體長45 m滿足穩(wěn)定要求，且2014年7月進入探洞內(nèi)檢查，其滲漏量僅為0.6 L/S。因此，PD01探洞洞口封堵體不再進行處理。

地質(zhì)探洞施工支洞封堵體承受水頭較小，計算長僅為3 m，設計封堵長采用5 m，并對封堵體頂拱進行回填灌漿。因此，地質(zhì)探洞施工支洞洞口的封堵滿足強度穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定要求。

綜上所述，地質(zhì)探洞兩洞口封堵均滿足穩(wěn)定和運行要求，因此，僅需對地質(zhì)探洞內(nèi)部封堵方案進行研究。

4.2 探洞內(nèi)部封堵必要性

由于地質(zhì)探洞布置于兩尾水隧洞間，基本平行于尾水隧洞，尾水隧洞與地質(zhì)探洞間巖體較薄，而且尾水隧洞與探洞間巖體斷層節(jié)理較發(fā)育，運行時可能沿斷層節(jié)理向探洞滲水。另外，尾水調(diào)壓室與探洞間巖體較薄，并見有斷層連通，調(diào)壓室也存在向探洞內(nèi)滲水的可能。嚴重時極有可能導致尾水隧洞或尾水調(diào)壓室與地質(zhì)探洞連通。每條尾水系統(tǒng)水量約5萬m3水，兩條尾水系統(tǒng)共約10萬m3水，如果封堵處理不好，將會引起向廠房內(nèi)滲水，嚴重時，若地質(zhì)探洞與廠房連通，將會導致水淹廠房。

另外，也有工程由于地質(zhì)探洞處理不當，引起輸水系統(tǒng)漏水的情況。如某抽水蓄能電站，在輸水系統(tǒng)首次充排水時，地質(zhì)探洞內(nèi)大量涌水，放空后，檢查并分析原因，是由于地質(zhì)探洞與輸水隧洞間通過構造連通導致。最后處理方案為：對輸水隧洞與地質(zhì)探洞相近的部位進行了化學灌漿處理，并對地質(zhì)探洞全部進行混凝土回填處理。

從施工安全考慮，由于廠房地質(zhì)探洞PD04，PD05位于廠房頂部，巖體最薄部位僅為2 m，為了保證在廠房開挖施工中保持圍巖體穩(wěn)定，也需要對廠房地質(zhì)探洞進行封堵處理。

綜上所述，地質(zhì)探洞應進行內(nèi)部封堵，并應引起足夠的重視，確保封堵的效果和質(zhì)量。

5 地質(zhì)探洞內(nèi)部封堵方案比選

根據(jù)實際的地形地質(zhì)條件、地質(zhì)探洞與尾水洞的相互關系以及構造分布情況，擬定了兩個封堵方案。兩個封堵方案的基礎是，廠房地質(zhì)探洞PD04，PD05全部進行封堵。

5.1 地質(zhì)探洞內(nèi)部封堵方案1

根據(jù)地質(zhì)探洞與尾水隧洞、廠房等洞室的相關位置關系和地質(zhì)條件，確定地質(zhì)探洞內(nèi)部封堵位置選擇在PD01探洞的尾閘室下游側（尾水調(diào)壓室側）尾水支洞漸變段部位。封堵段長30 m，并對封堵體進行回填灌漿和接觸灌漿。另外，對廠房地質(zhì)探洞PD04，PD05全部進行封堵，并進行回填灌漿和接觸灌漿。廠房地質(zhì)探洞封堵長約為200 m。因此，方案1總封堵長為230 m。

5.2 地質(zhì)探洞內(nèi)部封堵方案2

根據(jù)地質(zhì)探洞與尾水隧洞、廠房、主變洞及尾閘室等洞室的相關位置關系，充分考慮到如果封堵效果不理想可能造成的后果，確定封堵方案如下：除對廠房地質(zhì)探洞PD04，PD05全部進行封堵外，對于平行于尾水支洞軸線方向的PD01探洞，尾水岔管分岔點至廠房上游側排水廊道間的PD01探洞洞段全部進行封堵，本段封堵段長度為205 m，對所有封堵段進行回填灌漿和接觸灌漿。廠房地質(zhì)探洞封堵長度約為200 m。因此，方案2總封堵長度為405 m。

兩個方案比較，方案2與方案1比較，其工程量及投資雖然較大，但兩方案均需要在探洞內(nèi)進行封堵混凝土施工及相應的灌漿施工，只是工程量上的區(qū)別。從滲透穩(wěn)定性上看，方案2相對較為安全可靠。由于地質(zhì)探洞下部是廠房，一旦出現(xiàn)滲漏較大，需要排空尾水洞處理，嚴重時，滲漏量突然加大，超過廠房排水能力時，將會導致水淹廠房，其造成的影響和損失是巨大的。因此，綜合比較，盡管方案2較方案1工程量及投資略大，但從降低運行成本、保證滲透的穩(wěn)定性以及工程運行的安全性來講，地質(zhì)探洞的內(nèi)部封堵選擇方案2。

6 結 語

為查明地下廠房和岔管段的地質(zhì)條件，一些工程不可避免地需要布置地質(zhì)探洞。當?shù)刭|(zhì)探洞完成使命后，需要重新審視與永久建筑物的相互關系，以確定是否需要對地質(zhì)探洞進行封堵以及封堵方案。因此，在工程前期布置地質(zhì)勘探洞時，應充分考慮后期工程實施后封堵的必要性及封堵施工的難易性。

1002－0624（2016）09－0001－02

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2016-05-20