功果橋水電站主要工程地質問題及對策

王林維，王 蕾

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

1 基本地質條件

功果橋水電站壩址位于云南省云龍縣大栗樹西側，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～灰綠色變質砂巖、砂質板巖夾灰白色變質石英砂巖，巖層產狀為 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)內斷裂結構面多屬Ⅲ～Ⅴ級，屬巖屑型充填的硬性結構面，以中～陡傾角為主，緩傾結構面輕度發(fā)育。壩址區(qū)內斷層主要有：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)內巖體風化層相對較淺，強風化帶水平深度一般為13～25 m。弱風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。

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

壩基層狀巖體質量除與巖體完整性、透水性及巖石強度有關外，還與層狀結構的產狀效應有較大的關系。總體上，壩基巖體為弱風化變質砂巖及砂質板巖，巖體以Ⅲ1～Ⅲ2級為主；結構面以順層發(fā)育為主，緩傾結構面輕度發(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，初始應力場是一個以自重為主體，受構造影響的中低地應力場。巖體的風化、卸荷等淺表時效破壞作用對圍巖影響已不明顯。深部變質砂巖、石英砂巖及砂質板巖為微風化～新鮮巖體，變質砂巖與石英砂巖巖體抗剪 (斷)強度及變形模量等力學參數較高。斷裂結構面以順層發(fā)育為主，地下水滲流場總體較弱，僅在較大構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級結構面，順層發(fā)育，為變質砂巖與板巖接觸帶，其產狀為 N5°～15°W，SW∠60°～70°。該斷層在左岸壩軸線上游側出露，向下延伸至河床壩基高程1 205 m后進入壩基范圍，斜穿整個河床壩基，破碎帶寬為1～1.4 m，兩側影響帶寬為4～6 m。受其影響，兩側巖體破碎，擠壓呈片狀結構。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械清撬槽挖，在壩基內開挖清除斷層破碎帶物質后鋪設鋼筋網處理，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范圍內開挖深度不小于120 cm，表層鋪設2層防裂鋼筋網。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 風化巖體

壩基開挖后，強風化巖體主要集中在左岸壩基，主要有壩軸線上游側及壩線附近（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的囊狀強風化及高程1 245～1 233 m邊坡強風化帶。

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為上游側邊界的囊狀風化，分布高程1 252～1 245 m，巖體風化強烈，呈棕黃色，巖體破碎，呈鑲嵌碎裂-碎裂結構。經現(xiàn)場鉆孔復查，該區(qū)風化帶水平深度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。測試結果與鉆孔復查結果基本一致。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并貫穿全洞；在尾調室廠右0+23頂拱出露并貫穿全洞。斷層帶總體產狀為 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巖體破碎，且變形較大。尾調室頂拱廠右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。主變室左端墻高程1 261～1 270 m F2斷層出露兩側采用錨索錨固，對主變室下游墻疏散交通洞口右側破碎巖體進行了固結灌漿處理。對尾調室廠右0+20～0+66頂拱采用系統(tǒng)錨索支護。通過上述對F2斷層有針對性的支護處理，保證了三大洞室開挖的順利進行。多點位移計、錨桿應力計及錨索測力計觀測結果表明，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，在左側通風機房頂拱出露，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段影響帶巖體風化強烈，呈棕黃色，碎裂塊狀結構，沿斷層面有少量的滲水，受其牽引，左側頂拱緩傾結構面成組發(fā)育。總體上，f15斷層對地下廠房左側頂拱圍巖穩(wěn)定影響較大。廠右0+30～0+93段左側頂拱采用系統(tǒng)錨索支護，在廠左0-13～廠右0+84范圍斷層帶兩側采用9 m長150 kN級的預應力錨桿進行交叉縫合處理。

2.4 地下洞室拱角混凝土噴層剝落

本區(qū)巖體屬陡傾層狀結構，其物理力學特性具有明顯的各向異性性，圍巖的變形特征與巖層的產狀密切相關。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，反傾向一側的位移在傾角為60°達到最大，順傾向側洞周位移要小于反傾向側的位移。監(jiān)測結果表明，三大洞室上游邊墻（反傾向一側）圍巖變形較下游側（順傾向一側）大。

三大洞室向下開挖后，上游側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段猶為嚴重。針對上述情況，對廠區(qū)三大洞室進行了開挖后應力與位移復核計算。計算結果表明，三大洞室開挖后應力在頂拱與底板處較大，而兩側邊墻則相對較小；上游拱角及邊墻位移量較大，下游側拱角及邊墻則相對較小。變位趨勢與實際監(jiān)測情況基本相符。

經檢查復核，噴層剝落部位未發(fā)現(xiàn)有規(guī)模較大的不穩(wěn)定塊體。綜合分析認為，導致噴層剝落的主要影響因素為圍巖應力與巖層產狀，隨著洞室向下開挖拱座處的徑向應力在頂拱不斷集中且上游側拱角量值相對較大；該區(qū)巖層陡傾上游，開挖后上游側（反傾向一側）巖體變形較下游側大，從而導致上游側拱角及邊墻表面的混凝土噴層出現(xiàn)剝落。由于應力調整需要一定時間，應在大部分應力釋放完成后再進行處理。后期廠房全部開挖完成后，清除松動、開裂的噴層，補噴聚丙烯纖維混凝土，并掛主動防護網。目前，地下廠房4臺機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)育有產狀為N14°W，SW∠67°的f5陡傾斷層；產狀走向EW，傾N∠70°的 L20陡傾裂隙組和產狀為N22°W，NE∠62°的L51順層裂隙組等結構面，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，使該塊體產生卸荷位移，從而導致測點變位增大。增加3排1 000 kN預應力錨索及兩排錨筋樁。其中，1 277 m高程的4根錨索調整為2 000 kN的對穿錨索。增加支護后，該部位的位移變化基本趨于平穩(wěn)。

3 結語

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

［1］宋彥輝，聶德新.壩基層狀巖體質量評價探討［J］.長江科學院院報，2005，22（1）:39-41.

［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］.長安大學學報： 自然科學版，2006，26（5）:69-73.