蒲石河抽水蓄能電站地下洞室洞口交叉部位及進出口巖體穩(wěn)定及支護處理

田作印?鄭以寶?朱金來?呂赫

【摘要】蒲石河抽水蓄能電站最主要的特點是地下洞室多，是由一個龐大的洞室群組成，空間相互交叉比較多，而且地質條件復雜。所以開挖后及時支護顯得尤為重要。

【關鍵詞】抽水蓄能電站；地下廠房洞室群；交叉部位；支護措施

1、前言

遼寧蒲石河抽水蓄能電站為Ⅰ等工程，工程規(guī)模為大（1）型，樞紐主要建筑物有上、下庫壩、地下廠房及引水發(fā)電系統(tǒng)。下水庫位于鴨綠江右岸支流蒲石河下游的小孤山村王家街，上水庫位于東洋河村泉眼溝溝首，均隸屬寬甸縣長甸鎮(zhèn)。站址區(qū)距丹東市約60km，距寬甸縣長甸火車站約10km，對外交通方便。

引水發(fā)電系統(tǒng)位于上水庫泉眼溝與蒲石河左岸間一走向N60～70°W的條形山體內(nèi)。山體較寬厚。地勢自東南向西北逐漸降低，地面高程180～464m。山體南坡（黃草溝）沖溝發(fā)育，較大的沖溝有4條，走向均為NE～SW，切割深度一般為40～70m，溝底高程為80～225m，溝底地形坡度約7～15°，普遍見有基巖出露，沖溝兩側山坡坡度為35～45°。

引水發(fā)電系統(tǒng)基巖主要為早元古代混合花崗巖（Mγ2），屬塊狀巖石，引水線路地下建筑物大部分埋藏在新鮮巖石中。基巖中局部見有石墨片巖和變粒巖殘留體，后期穿插有閃長玢巖、煌斑巖和閃斜煌斑巖脈。巖脈一般較完整、堅硬，與圍巖多呈裂隙接觸。

輸水發(fā)電系統(tǒng)由一個龐大的洞室群組成，洞室交叉部位更多，且相互之間有功能的密切聯(lián)系。蒲石河抽水蓄能電站地下廠房開挖尺寸為173.3×25.7×54.6m（長×寬×高），僅上、下游邊墻洞室交叉口就有16處。抽水蓄能電站地下洞室規(guī)模比較大，地質條件復雜，地下洞室的交叉部位及進出口的穩(wěn)定受地質構造的影響，如果發(fā)生塌方，不僅耽誤工期，還會造成極大的經(jīng)濟損失。

2、地下洞室交叉部位巖體穩(wěn)定及處理

2.1地下廠房下游邊墻與#1母線洞交叉部位

#1母線洞洞徑較大，與地下廠房相交處頂拱高程約17m，高度約10m，高程21.7m為廠房巖錨梁，該部位由新鮮的混合花崗巖組成，斷層節(jié)理發(fā)育，巖體破碎。發(fā)育有Fj34-1、f20 、 fm9、fc2、fc5等斷層，斷層多由碎屑夾泥組成，性狀差，且多與洞軸線近于平行。同時受節(jié)理切割，形成不穩(wěn)定塊體。開挖前進行了地質條件分析預報，施工中及時采取了支護措施。開挖時采用先挖上導洞，待頂拱成形后，采用噴混凝土和鋼拱架相結合的支護方式，避免了塌方。如該處不及時采取支護措施，發(fā)生塌方后直接影響巖描梁的穩(wěn)定及施工道路的暢通。對經(jīng)濟損失影響也是非常大的。

2.2廠房與主變運輸洞交叉部位

地下廠房與主變運輸洞交叉部位分布有軸向為N70°E的三條洞室，即主變運輸洞、#1母線洞、#1尾水支洞。圍巖為混合花崗巖，巖體節(jié)理發(fā)育。主要有三組，①N10～50°E/SE或NW∠60～70°；②N60°W /NE∠60°；③N10°W/NE∠40°，間距10～100cm，多閉合，部分微張。見有5條閃長玢巖巖脈通過。分布Fj34、Fj34-1、fc2、fm9、fc16、fc22、fc45、fc51等15條斷層破碎帶，其中Fj34寬1.6～2.5m，斷層影響帶寬約9m，F(xiàn)j34-1寬30～50cm，局部達1m，兩斷層與邊墻交角較大（75°）。Fj34從主變運輸洞頂拱延伸至#1尾水支洞洞口，F(xiàn)j34-1、fc2等斷層從#1母線洞穿過。受斷層及節(jié)理切割影響，巖體主要為碎裂巖和糜棱巖組成，巖石軟弱，開挖時多處掉塊，局部塌方，圍巖穩(wěn)定性差，為Ⅳ類圍巖。

2007年5月3日開挖廠房邊墻時，已經(jīng)貫通廠房的主變運輸洞先后發(fā)生兩次較大面積塌方，造成主變運輸洞樁號0-25～0-50m塌頂及廠房下游邊墻樁號約0-030～0-043m段坍塌。主變運輸洞最大塌落拱高8.6m，塌方頂高程為30.3m。塌方原因主要受主變運輸洞與廠房貫通部位的Fj34、fc45、fc16斷層破碎帶相互切割、錯動造成，F(xiàn)j34斷層傾角35～40°，影響帶寬約10m，與廠房邊墻夾角約60～70°，與主變運輸洞夾角約10～20°，近于平行。Fj34于廠房樁號0-020～0-050m通過，當主變運輸洞與下游邊墻貫通時使Fj34斷層沿傾向形成臨空面，致使Fj34斷層帶內(nèi)破碎巖石沿斷層面塌滑而下（見圖1）。

在塌方前設計與地質曾多次發(fā)出預報和提出處理建議。但由于這些意見沒有被重視。塌方后對塌方范圍、周面裂縫進行測量，并進行塌方原因分析。并提出了塌方處理措施。①下游邊墻與主變運輸洞相交部位樁號0+37m的塌方：該段Fj34、fc45、fc16斷層破碎帶相互切割，當主變運輸洞與下游邊墻貫通時使Fj34斷層沿傾向形成臨空面，致使Fj34斷層帶內(nèi)破碎帶沿斷層面塌滑而下，并造成廠房下游邊墻及上層排水廊道附近出現(xiàn)多處裂縫或變形。對塌方部位采取混凝土回填、預應力錨索、對穿錨桿、加強錨桿加固、工字鋼鋼拱架支護、混凝土襯砌、加厚貼壁混凝土墻、固結灌漿等處理措施；②下游邊墻與#1母線洞相交部位的塌方：受Fj34-1、fc2、fc20斷層及一組近于平行廠房邊墻的節(jié)理面切割影響，當母線洞開挖至邊墻時#1母線洞洞口頂部及左側洞壁發(fā)生塌方，在母線洞內(nèi)采取鋼支撐和噴混凝土支護處理。③下游邊墻與#1尾水支洞相交部位的塌方：Fj34斷層延至#1尾水支洞頂拱，走向與該洞近平行，當#1尾水支洞開挖至下游邊墻時，洞頂發(fā)生塌方。施工中采取了噴錨處理。

3、洞臉邊坡穩(wěn)定及處理

下庫進出口位于下水庫蒲石河左岸、黃草溝溝口右側，該洞臉比高約50m ，邊坡頂部高程為90m，屬高邊坡，開挖坡比由上往下依次為1：0.5，至67m高程為寬2m的馬道，然后為直立坡。進出口洞臉型式由方型漸變成圓型，方型最大洞徑為16×15.7m，這種方洞型式對圍巖的穩(wěn)定極其不利。而且邊坡頂部為一條通往于家堡公路，是該址區(qū)的一條重要公路，該洞臉的穩(wěn)定顯得尤為重要。

洞臉巖石為中等風化～新鮮的混合花崗巖，坡內(nèi)斷層、節(jié)理發(fā)育，特別是發(fā)育一條F10斷層，寬10～50cm，由碎屑巖、糜棱巖夾泥組成，性狀差，該斷層由坡頂斜穿邊坡延伸至洞頂。同時受f20斷層切割，形成“屋脊”型塊體。

對圍巖穩(wěn)定極其不利，該塊體正處于洞頂拱部位和67m高程的馬道部位，經(jīng)設計穩(wěn)定計算，該塊體不穩(wěn)定。如不及時處理，對馬道形成和整個邊坡的穩(wěn)定影響非常大。為此，對該部位布置了7根錨索（見圖2），深度分別為15m、20m，并且進行了噴混凝土和系統(tǒng)錨桿處理，保證了此部位的穩(wěn)定。但下一步進洞時，由于該不穩(wěn)定塊體正處于洞的頂拱，如果不采取好措施，開挖將會影響到上部處理的“屋脊”型塊體。

首先開挖上半洞的左導洞，這樣可以使開挖洞徑變小，使圍巖的穩(wěn)定性增加，采用短進尺弱爆控制藥量。同時邊開挖邊支護，主要是打描桿、噴混凝土結合掛網(wǎng)，地質條件較差時采用鋼拱架或鋼格柵進行支護。當開挖至巖石條件變好時進行支護，然后由洞內(nèi)向洞外開挖另一導洞，而且必須使兩個導洞之間保留一定厚度的巖柱，在開挖另一半洞時，同樣采用上述開挖和支護方式。當兩個導洞開挖結束后，先不急于開挖巖柱，如果開挖巖柱可能導致67m馬道部位的“屋脊”型塊體發(fā)生塌方，導致整個邊坡失穩(wěn)。

為此，為保證整個馬道在開挖巖柱時不受影響，從馬道上部向洞內(nèi)打錨筋束，使整個巖體被錨筋束固結起來，增強巖體的完整性。 然后，再開挖巖柱，開挖巖柱時控制好爆破參數(shù)，使開挖不影響上部的錨索，確保施工安全。

結語

洞室交叉部位，開挖臨空面增加，巖壁較薄，應力集中度高，往往是容易出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)的部位。施工中一定要高度警惕，絕對不能掉以輕心。交叉段的位置應盡量選擇在巖石堅硬完整的地段，避免在斷層破碎帶、節(jié)理密集帶以及巖石松軟破碎地段。施工中要重視施工地質預報，為施工中提供準確信息，無法避免時則要做好及時支護等措施。

作者簡介：姓名：田作印 ，籍貫吉林省磐石縣、生日1972年12月5日、職稱：高級工程師、從事專業(yè)：工程地質專業(yè)。