柬埔寨達(dá)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(jì)有限公司，廣西 南寧 530000)

1 工程概況

達(dá)岱河水電站位于柬埔寨國公省達(dá)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(dá)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(jì)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(jì)流量為151.8 m3/s，裝機(jī)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(dá)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(cuò)層理時(shí)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(xì)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(shí)，該層中大量巖層顯示出含粉細(xì)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(xì)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(qiáng)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(dá)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(yán)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(dòng)的特點(diǎn)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(shí)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(cuò)層時(shí)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(jiān)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(jiān)硬巖，后二者為軟巖。特別是泥巖，其飽和抗壓強(qiáng)度為5～10 MPa，若其暴露地表風(fēng)化卸荷，則其強(qiáng)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(biāo)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(qiáng)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(qiáng)度和結(jié)構(gòu)特征。

巖體強(qiáng)度表現(xiàn)為堅(jiān)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(biāo)準(zhǔn)。因此，引水發(fā)電洞圍巖類型按以下標(biāo)準(zhǔn)劃分：

Ⅱ類圍巖：全洞室位于堅(jiān)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(dòng)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(diǎn)：

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

(2)對拱腳以上的巖層及時(shí)進(jìn)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?yàn)閂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(chǔ)備。當(dāng)然，這種襯砌應(yīng)與錨噴結(jié)構(gòu)連接形成一個(gè)有機(jī)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(shí)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(yùn)營3年多。