柬埔寨達岱河水電站引水發(fā)電洞圍巖穩(wěn)定性分析及處理建議

李祖仁

(廣西金海洋勘察設(shè)計有限公司，廣西 南寧 530000)

1 工程概況

達岱河水電站位于柬埔寨國公省達岱河上，距首都金邊350 km，距國公省50 km。壩址距入海口約26 km，達岱河水電站流域面積1 073 km2，多年平均流量為69.20 m3/s，擬建大壩為混凝土面板堆石壩，主、支流大壩壩高分別為110 m和77 m，壩長分別為882.3 m和713.5 m。水庫正常設(shè)計水位為215 m，死水位為180 m。兩座大壩所成之水庫由開挖明渠相連。引水發(fā)電洞為有壓洞，長11 120 m，成洞洞徑8m，電站廠房尾水位為0.5 m，平均發(fā)電水頭為185.5 m，設(shè)計流量為151.8 m3/s，裝機容量為246 MW。

2 工程區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地形地貌特征

引水發(fā)電洞工程區(qū)總體屬于侵蝕低山丘陵地貌。沿線總體植被覆蓋較好，除少量沖溝及卸荷基巖陡坎外難見基巖露頭，均被第四系殘坡積層與崩坡積層所覆蓋，厚度一般0.3～4.8 m，最厚可達6.0 m以上；沿線一般斜坡地段坡度較緩，坡腳約10°～30°，少量地段可見45°左右陡坡；沿線順坡沖溝較發(fā)育，但一般切割深度不大，主要為季節(jié)性流水掏蝕垮塌所致。

2.2 地層巖性特征

2.2.1 侏羅系中統(tǒng)沉積巖(J2)

該套沉積巖地層主要由長石石英砂巖、泥巖與泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成。地層在水平和垂直方向顯示出相變較大的特征，夾層、透鏡體、互層與交錯層理時有出現(xiàn)。

(1)長石石英砂巖，灰白色～青灰色，薄層～中厚層狀，粉、細粒結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，成分以長石、石英為主，可見云母，層間裂隙發(fā)育。

(2)泥巖，棕褐色～青灰色，薄層～中厚層狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，斷口可見油脂光澤。該層巖性軟弱，易泥化、崩解，常形成軟弱夾層。同時，該層中大量巖層顯示出含粉細粒含量較高的特征，泥質(zhì)膠結(jié)，斷口可見云母礦物，偏向粉砂質(zhì)泥巖，故該工區(qū)泥巖可細分為泥巖與粉砂質(zhì)泥巖兩類。

(3)泥質(zhì)粉砂巖，棕褐色～青灰色，薄層～中厚層狀，粉粒結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，層理發(fā)育，強度相對較低，為軟巖。

2.2.2 第四系松散堆積層(Q)

(1)全新統(tǒng)殘坡積層(Q4el+dl)：砂壤土，淺黃～紫紅色，潮濕，松散，含礫，一般厚度0.5～4.0 m，最厚7 m左右；主要分布于山頂及緩坡處。

(2)全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)：漂石層，含少量砂顆粒，松散；母巖主要為砂巖，呈次棱角狀及亞圓形，塊徑一般1.0～3.0 m，大者可達5.0 m以上，含量占85%～90%，厚度2.0～5.0 m，主要分布于河床近岸部位。

(3)全新統(tǒng)崩坡積層(Q4col+dl)：塊石層，塊石成分為砂巖，一般塊徑1.0～3.0 m，最大5.0 m以上，棱角狀，含量占40%～90%，碎石及砂壤土充填，具架空現(xiàn)象，厚度2.0～5.0 m；主要分布于較為陡傾的斜坡坡腳、大沖溝兩側(cè)及卸荷較為嚴重的砂巖陡坎下。

(4)全新統(tǒng)滑塌體堆積層(Q4del)：主要成分為塊石夾砂壤土，具分層現(xiàn)象，主要為局部陡坎下部以牽引式滑動的特點一次或多次堆積而成的堆積物。

(5)全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)：主要為人工修筑上壩及上電廠公路時人工填筑及開挖的堆積土層。

2.3 巖體結(jié)構(gòu)特征

地下洞室位于侏羅系中統(tǒng)沉積巖中，主要為長石石英砂巖、泥巖與泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成。巖層一般近水平層狀，夾層、透鏡體、互層及交錯層時有出現(xiàn)，一般傾向北西，向河下游方向具有2°～6°傾角，未見大的斷層破碎帶。根據(jù)測繪和洞室開挖編錄，發(fā)育的構(gòu)造裂隙一般為3～4組，主要以NE和NW為主，一般為70°～85°的高角度裂隙，以堅硬砂巖居多，泥巖少見，分布不均。局部裂隙密集，造成層間巖體較破碎。

3 圍巖巖體物理力學(xué)性質(zhì)

如前所述，引水隧洞圍巖分布有長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖，前者為堅硬巖，后二者為軟巖。特別是泥巖，其飽和抗壓強度為5～10 MPa，若其暴露地表風(fēng)化卸荷，則其強度可降至2～5 MPa，甚至更低。

隧洞圍巖各類巖體的物理力學(xué)參數(shù)建議值如表1。

表1 各類圍巖物理力學(xué)指標建議值

4 圍巖類型的劃分及加固處理建議

4.1 圍巖類型的劃分

影響洞室圍巖穩(wěn)定和劃分圍巖類型的主要因素：圍巖巖體強度、巖體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征及其完整性、地下水的影響程度。就本工程而言，地下水的影響是微弱的，而巖體呈近水平層狀分布，無大的斷層破碎帶存在，巖體構(gòu)造特征無大的變化。因此影響洞室穩(wěn)定或者劃分圍巖類型的主要因素：巖體強度和結(jié)構(gòu)特征。

巖體強度表現(xiàn)為堅硬的石英砂巖、較軟的泥質(zhì)粉砂巖和軟的泥巖。圍巖結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為厚層狀、薄層狀、互層狀(又可劃分為較厚的互層狀和薄層互層狀)等多種形式。上述兩大因素在洞室不同部位出露和組合，就成為洞室圍巖不同類型劃分的基礎(chǔ)與標準。因此，引水發(fā)電洞圍巖類型按以下標準劃分：

Ⅱ類圍巖：全洞室位于堅硬的石英砂巖中，或拱頂位于石英砂巖中，而拱頂以下分布的泥巖或泥質(zhì)粉砂巖小于斷面的1/3。

Ⅲ類圍巖：砂、泥巖成互層狀結(jié)構(gòu)，拱頂部分砂巖通過錨桿加固能形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而腰線以下泥巖一般不超過1/2。

Ⅳ類圍巖：砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，拱頂部分巖層呈薄層狀或極薄層狀且?guī)r體中裂隙密集，開挖過程中常發(fā)生坍塌、掉塊現(xiàn)象。

V類圍巖：全洞室位于泥巖或泥質(zhì)粉砂巖中，或腰線以上洞室位于泥巖中，而以下的砂巖小于1/3，開挖過程中常發(fā)生掉塊。

根據(jù)上述標準劃分的引水隧洞各類圍巖長度及占比如表2。

表2 各類圍巖長度及占比統(tǒng)計表

4.2 加固處理建議

鑒于引水隧洞巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造特征：水平地層，層面裂隙較發(fā)育，發(fā)育幾組短小的高角度張裂隙，巖體一般呈完整或較完整狀，地下水活動微弱。影響隧洞穩(wěn)定的主要因素是軟巖(泥巖)在洞室分布的多少及其分布位置。引水隧洞圍巖不穩(wěn)定變形破壞形式主要表現(xiàn)為頂拱部位在自重應(yīng)力作用下，彎張變形塌方，有如梁板結(jié)構(gòu)破壞。邊墻一般是穩(wěn)定的，表現(xiàn)為小型的坍塌和掉塊。因此，對引水發(fā)電洞的加固主要突出以下幾點：

(1)隧洞開挖后，及時噴混凝土，對裸露的軟巖進行封閉，防止風(fēng)化，保持原巖的固有強度。

(2)對拱腳以上的巖層及時進行錨固，特別是軟巖和互層狀結(jié)構(gòu)的巖體，錨固是保證洞室穩(wěn)定的有效措施。建議可取下列錨桿參數(shù)：錨桿直徑Φ22 mm，錨桿長度4 m，錨桿間距2 m，對Ⅳ、V類圍巖錨桿間距可加密為1.5 m。

(3)對Ⅳ、V類圍巖除保證有效的錨固外，再加以鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)錨噴混凝土層，以確保圍巖的穩(wěn)定性。

(4)因為V類圍巖主要由泥巖組成，為使該類圍巖的穩(wěn)定性更為可靠，對該類圍巖再加襯0.5 m厚的鋼筋混凝土作為安全儲備。當然，這種襯砌應(yīng)與錨噴結(jié)構(gòu)連接形成一個有機的整體結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

影響水工隧洞穩(wěn)定性的因素較為復(fù)雜，對于本工程區(qū)的引水隧洞來說，圍巖的破壞模式主要有兩種：一是頂拱拉張變形破壞和崩塌；二是拱腳及邊墻的滑移與塌落。本工程根據(jù)對工程區(qū)的圍巖穩(wěn)定性的分析，提出了針對性的加固處理措施。事實證明該加固處理措施是可行的，截至目前該水電站已穩(wěn)定運營3年多。