回龍抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)下彎段斷層帶開(kāi)挖處理方案

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文    摘：地質(zhì)條件的不良變化給施工造成很大困難，甚至?xí)绊懙皆O(shè)計(jì)改線(xiàn)、延長(zhǎng)工期、增加投入，詳細(xì)勘察在工程建設(shè)中是至關(guān)重要的。實(shí)例介紹回龍抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)下彎段斷層帶開(kāi)挖處理方案，其方案的選擇是合適的，但代價(jià)較高。表１個(gè)，圖１幅。
    主題詞：抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)施工方案地基開(kāi)挖斷層帶壓力灌漿工程實(shí)例

    １、工程概況
    回龍抽水蓄能電站位于河南省南陽(yáng)市南召縣境內(nèi)，電站裝機(jī)２×６０ＭＷ，安裝國(guó)產(chǎn)可逆式水泵水輪機(jī)組，最大水頭４１６ｍ，工程由上下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房及其它配套附屬系統(tǒng)組成。輸水系統(tǒng)高壓洞段的豎井和下平洞段的連接弧段為下彎段。
    ２、輸水系統(tǒng)高壓洞段工程地質(zhì)條件
    ２．１地層巖性
    輸水系統(tǒng)高壓洞段沿線(xiàn)出露的地層巖性為燕山晚期侵入花崗巖類(lèi)，巖石巖性主要為中細(xì)?；◢弾r和局部的似斑狀花崗巖，新鮮狀態(tài)下多呈灰白、肉紅色，塊狀構(gòu)造，巖石致密堅(jiān)硬。
    ２．２地質(zhì)構(gòu)造
    受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，輸水系統(tǒng)高壓洞段發(fā)育的斷層主要為Ｆ２５，產(chǎn)狀：Ｎ２０°～３０°Ｅ，ＮＷ∠７０～７５；斷層及影響帶寬０．５ｍ，主要由斷層泥、角礫巖組成，嚴(yán)重滲水。發(fā)育的主要節(jié)理密集帶Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６、Ｌ５１與洞線(xiàn)斜交，其產(chǎn)狀特征（見(jiàn)表１）。其中Ｆ２５、Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６出露在下平洞段及岔管部位，Ｌ５１在下彎附近斜穿下平和豎井，對(duì)下彎段有一定影響。

    ２．３水文地質(zhì)條件
    輸水系統(tǒng)高壓洞段區(qū)地下水的分布受構(gòu)造的控制且具有不均勻性，主要為裂隙潛水，賦存于節(jié)理裂隙或節(jié)理密集帶以及斷層破碎帶等裂隙發(fā)育的巖體中，受大氣降水、溝道地表水補(bǔ)給。據(jù)開(kāi)挖揭露情況看，斷層Ｆ２５和Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６、Ｌ５１節(jié)理密集帶等構(gòu)造中普遍有滲水或滴水現(xiàn)象。
    ３、下彎段工程地質(zhì)條件的不良變化和主要施工問(wèn)題
    ３．１地質(zhì)條件變化
    下彎段在勘察階段沒(méi)發(fā)現(xiàn)斷層，推斷巖石完好，為Ⅰ類(lèi)圍巖，采用鋼筋混凝土襯砌和高壓預(yù)應(yīng)力灌漿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開(kāi)挖洞徑４．４ｍ，最大灌漿壓力７．０ＭＰａ。施工期沿下平段向豎井底部方向爆破開(kāi)挖揭露后，在下彎段上游側(cè)壁出現(xiàn)接近平行下彎側(cè)壁的斷層帶，有２個(gè)～３個(gè)斷層面，主斷層產(chǎn)狀為Ｎ６０°～６５°Ｗ，ＮＥ∠６５°～７０°；斷層及兩側(cè)影響帶寬度２．５ｍ～７．０ｍ或更多，由風(fēng)化的碎裂巖、角礫巖及次生泥組成，且有嚴(yán)重滲水，整個(gè)下彎段上游側(cè)壁和局部頂壁處于軟弱帶范圍。
    ３．２主要施工問(wèn)題及對(duì)策
    由于斷層帶沿掌子臨空面時(shí)常掉塊和塌方，給施工帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，爆破施工人員不能靠近施工，不得不停工研究開(kāi)挖方案。因上部地質(zhì)情況不明，又不具備繼續(xù)探明的工作條件，若考慮等上部豎井開(kāi)挖結(jié)束后再接著從上向下開(kāi)挖下彎段，在工期進(jìn)度安排上又不允許。為此，一方面為了避開(kāi)此不良地段，保證施工安全；另一方面又基本能保證發(fā)電按原計(jì)劃工期或稍有推遲進(jìn)行，決定在下彎段附近下平洞內(nèi)向豎井方向打一斜導(dǎo)洞至豎井一定高程，導(dǎo)洞直徑２．０ｍ，斜長(zhǎng)４２ｍ左右。準(zhǔn)備利用斜導(dǎo)洞作為進(jìn)人和出渣的通道，從上向下開(kāi)挖，采取必要的臨時(shí)支護(hù)措施，貫通下彎段。
    ３．３地質(zhì)情況的探明及處理方案的提出
    經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的鉆爆開(kāi)挖施工，斜導(dǎo)洞貫通后，發(fā)現(xiàn)豎井交接部位的巖石狀況還是不好，預(yù)測(cè)能繞過(guò)的斷層帶未能繞過(guò)。于是沿交接部位分別向里和向下又各布置小探洞，以探明斷層范圍及走向。向里掘進(jìn)９ｍ多，還是斷層軟弱帶。向下的小探洞揭露在下部?４７４ｍ高程附近原主斷層又分叉次生出一條寬約０．５ｍ～１．０ｍ的小斷層，并斜穿豎井，整個(gè)斷層破碎帶及影響帶寬度局部達(dá)１０．５ｍ（見(jiàn)圖１）。此圍巖地質(zhì)條件很難滿(mǎn)足原鋼筋混凝土襯砌和高壓預(yù)應(yīng)力灌漿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的地應(yīng)力條件，為此，設(shè)計(jì)提出下彎段改線(xiàn)及處理方案。

    ４、下彎段改線(xiàn)及處理方案
    設(shè)計(jì)部門(mén)經(jīng)過(guò)計(jì)算和論證，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的條件下，提出了原洞線(xiàn)修改及處理與下彎段改線(xiàn)及處理兩個(gè)方案作比較。
    ４．１原洞線(xiàn)修改及處理方案
    按原洞線(xiàn)，沿豎井?４８０ｍ高程以下至下彎段下部，靠斷層側(cè)先挖掉主斷層破碎帶，然后回填Ｃ２０素混凝土，其它按原設(shè)計(jì)尺寸襯砌后再施以高壓預(yù)應(yīng)力灌漿。但由于圍巖一側(cè)軟弱，抗力較小，施加高壓預(yù)應(yīng)力時(shí)的不均衡將導(dǎo)致襯砌混凝土變形或局部開(kāi)裂，預(yù)應(yīng)力過(guò)早釋放而達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。在運(yùn)行期高水頭水力作用下，鋼筋混凝土襯砌將大面積開(kāi)裂，引起過(guò)多水量損失。設(shè)計(jì)在襯砌混凝土外側(cè)增設(shè)一層厚６ｍｍ的鋼板來(lái)防滲，受力仍靠圍巖和圍巖與襯砌之間的預(yù)應(yīng)力來(lái)承擔(dān)。最后再把已開(kāi)挖的斜導(dǎo)洞封堵。
    ４．２下彎段改線(xiàn)及處理方案
    避開(kāi)原洞線(xiàn)及其斷層帶，利用已施工的斜導(dǎo)洞擴(kuò)挖成高壓引水洞，兩端設(shè)計(jì)為弧段，把豎井及下平段連接起來(lái)。其它仍按原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土襯砌和高壓預(yù)應(yīng)力灌漿結(jié)構(gòu)施工，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。改線(xiàn)后再將原設(shè)計(jì)洞線(xiàn)已開(kāi)挖部分用混凝土分兩期封堵，并施以先期回填灌漿。再利用斜導(dǎo)洞和豎井相交部位的上探洞擴(kuò)挖成灌漿平洞，對(duì)封堵后的原洞線(xiàn)及周?chē)泿r進(jìn)行后期帷幕灌漿和高壓深層固結(jié)灌漿加固。最后再將灌漿平洞封堵。
    ４．３方案比較
    對(duì)上述兩種方案比較，原洞線(xiàn)修改及處理方案因?yàn)榈刭|(zhì)條件差，地應(yīng)力受擾動(dòng)破壞已近全部釋放，單靠高壓預(yù)應(yīng)力恢復(fù)，施工技術(shù)上保證率低；運(yùn)行期高水頭水力作用下周?chē)泿r易變形，襯砌混凝土易開(kāi)裂；新增鋼板襯砌施工難度大，工期要求長(zhǎng)；對(duì)斷層帶繼續(xù)開(kāi)挖和擴(kuò)挖，施工期安全問(wèn)題突出；投資估算投入大。下彎段改線(xiàn)及處理方案基本避開(kāi)了斷層帶，無(wú)論地質(zhì)條件、技術(shù)保證、工期和安全要求方面，還是投資估算上，相對(duì)都較理想。
    經(jīng)多方研究、綜合比較，最后選擇下彎段改線(xiàn)及處理方案付諸實(shí)施，增加投資２００余萬(wàn)元，影響發(fā)電工期６個(gè)月。