索风营水电站地下厂房主要工程地质问题评价

摘要：索风营水电站地下厂房自2002年10月下旬大规模开挖以来，各部位地质条件得到了不同程度的揭露及验证，据目前地质情况分析，整体围岩稳定，但存在局部结构岩体的变形破坏、岩溶涌水、河水倒灌等工程地质问题，需根据各类情况作进一步的加强处理。

关键词：索风营水电站 地下厂房 工程地质问题 工程处理

0 前言

索风营水电站地下厂房系统，布置于右岸，包括引水隧洞、厂房、主变洞、尾水隧洞，为3洞3机形式，总装机容量600MW，受断层、岩溶、层间错动等影响，地质条件较复杂，加上洞、施工支洞的布置，地下洞室纵横交错，工程地质问题较多。其中地下厂房跨度24m，长135.5m，高60.405m，其自2002年10月下旬大规模开挖以来，上、下部位的地质条件得到了不同程度的揭露与验证，据此，在工程地质条件重新分析及与前期资料对比的基础上，现将主要工程地质问题评价介绍如下。

1基本地质条件

1.1地形地貌

索风营坝址区为峡谷地形，两岸由两层高大雄伟的顺河陡崖组成，在两陡崖间为T₁y³泥岩形成的缓坡台地，T₁y³台地沿层面倾向上游。河谷呈基本对称的“U”型河谷，其以强烈的崩塌及溶蚀作用为主，漫滩分布零星且窄小，阶地残缺不全，共3级阶地隐约可见。坝址区河流流向N7~10° E，枯期河水位高程758-762m，河水面宽54~75m，水深5~10m。

1.2地层岩性

岩层倾向上游，从上而下，洞室围岩岩性依次为T₁y^2-3厚层至巨厚层块状灰岩，T₁y^2-2-2中厚层灰岩，T₁y^2-2-1薄层灰岩，T₁y^2-1-3极薄-薄层灰岩。从上至下，岩层单层厚度逐渐变薄，层间炭质薄膜逐渐增多，薄、极薄层灰岩夹层及层间错动极其发育，局部兼有揉皱现象。岩层产状略有变化，近河岸N70~80°W，SWÐ20~35°，靠山内N65~80°E，SEÐ20~25°。

1.3构造

右岸地下洞室涉及的主要断层有f2断层，该断层及两侧与之平行的结构面主要对引水隧洞进口段有较大影响。其余地段层间错动、夹层极其发育，如目前揭示的fj2~fj6，及fpd2-4-1等。T₁y^2-3内仅见裂隙发育，局部层面偶有泥膜；fj2，为T₁y^2-3/T₁y^2-2-2分界面，厚度变化较大，性状时好时差；T₁y^2-2-2内主要有fj5及小断层fpd2-4-1，均较连续，厚度大，泥质充填，性状差，并局部岩溶；f_pd2-4-1倾角陡于岩层。fj6，为T₁y^2-2-2/T₁y^2-2-1分界面，性状其本同fj5；T₁y^2-2-1、T₁y^2-1-3岩层均薄，层间夹层及层间错动极其发育，厚度大于1cm的间距在0.7-1m左右，连续，多有软化现象，fj3、fj4仅为其中的略具代表性的两条，fj4厚度达10~30cm，一般层面则多有炭质薄膜。

厚层、中厚层灰岩中裂隙少量发育，以NNE、NEE两组陡倾裂隙为主，厂房区除少数较大裂隙充填有泥质，局部并有溶蚀现象外，一般裂隙以方解石充填为主，面平直粗糙，宽小于0.5cm，连通率小于30%，主变洞或近地表多有夹泥现象。薄、极薄层灰岩，方解石脉及隐节理发育，间距小于0.1m。

1.4岩溶水文地质

据前期钻孔勘察，地下水位近岸边为761~762m，靠山内为763m左右，一般高于河水位1~3m，水力比降1~2%，为地下水补给河水动力类型，地下水低平带宽大于230m。

岩溶主要沿断层、裂隙及顺层发育。最大岩溶为K11岩溶管道。经前期勘探，其在PD2-2底板下分布长达70余米，最低高程在762m左右，主要沿N70°E裂隙发育，呈一缝状岩溶管道，宽度1~2m，下部顺层（fj5及f_pd2-4-1），形成倾向河流的带状岩溶管道，其主要出口可能有多个，Sb4、Sb6等。

2主要工程地质问题分析与评价

2.1围岩分类及稳定性分析

从开挖揭露的情况来，前期预测的地层岩性和主要结构面同开挖后的情况是一致的，主要差别在于分界线、结构面的具体位置，产状及性状略有差异。

（1）围岩分类及整体稳定性

围岩基本分类同前，为II-IV类。

顶拱以II-III₁类为主，根据开挖揭露情况展示图统计，T₁y^2-3（厚层灰岩）占56%，T₁y^2-2-2（中厚层灰岩）占44%。T₁y^2-3厚层灰岩，层面不发育，稳定性较好，为II类围岩；T₁y^2-2-2中厚层灰岩，结构面发育一般，稳定性稍差，为III₁类围岩。

边墙，以III₁-IV类为主。上部为T₁y^2-2-2中厚层灰岩，属III₁类围岩；中部为T₁y^2-2-1薄层灰岩属III₂类围岩，下部为T₁y^2-1-3薄、极薄层灰岩，岩体较破碎，层间夹层发育，稳定性差，属IV类围岩。

综上所述，厂房区无大型断裂，且均为灰岩，岩层层厚成为影响围岩分类的主要因素，其虽II至IV类围岩均有，但影响洞室围岩稳定的关键部位顶拱为II、III₁类围岩，对洞室稳定有利，厂房的围岩整体稳定。

岩体的物理力学参数如表1。

表1                         地下厂房各层岩体力学参数建议值表

（1）以上参数未考虑溶洞影响。

（2）岩体综合抗剪强度指完整岩体强度，层面及裂隙方向强度不能用此表。

（2）局部结构岩体稳定分析

①顶拱：

同前期分析，层间错动fj2、fj5与N70°E，NWÐ70-80°及N0-20°E，SEÐ80°两组陡倾裂隙组合，以层间错动面为顶剥离面，裂隙为侧向切割面，形成上游薄下游厚的楔形锥体。

fj5性状差，其在顶拱形成的塌落体，顶部沿面完全分离，稳定性较差，但影响范围小，据统计面积为271m²，占7.4%，锥体顶尖位于安装间NE下游角，最厚6m左右。

fj2影响范围较大，面积为1627m，占厂房顶拱面积的44%，锥体顶尖亦位于安装间NE下游角，最厚为13m左右，其面性状比前预测稍好，局部尚有c值维系，稳定性相对较好。

由于上述结构岩体的形成，并受裂隙的发育程度影响，而目前揭露的情况，大裂隙发育较少，一般裂隙连通率小于<30%，岩体完整性较好，结构岩体尚能自稳。

从目前开挖的情况，厂房顶拱T₁y^2-3厚层灰岩基本无掉块现象，开挖面较完整，而T₁y^2-2-2中厚层灰岩地段则主要在fj2、fj5及层面夹泥多的地段沿层间错动或层面剥离有小掉块，开挖面相对破碎，表现出叠板状，在下游拱座部位，由于fj5、f_pd2－4－1、岩溶的发育，及平行洞轴线方向的反倾裂隙较多，稳定性较差。

②边墙

下游边墙属顺向边墙，对于中厚层及薄层灰岩，夹层与层间错动发育，受裂隙切割后易产生顺层滑移块体，稳定性较差。T₁y^2-2-2中厚层灰岩中构成不利底滑面的结构面有fj5、f_pd2－4－1、fj6。其中f_pd2－4－1切倾角陡于层面，倾角40°，两侧受裂隙切割，顶部以fj5为界，形成楔形体，稳定性较差。T₁y^2-2-1薄层灰岩及T₁y^2-1-3薄、极薄层灰岩中因夹层极发育，不利底滑面密集，其以fj3、fj4为代表，间距1~5m不等。就现岩壁吊车部位上段开挖揭露的情况来看，此类岩体破坏型式普遍存在，由于应力调整，岩壁产生卸荷松动，产生多处岩体后缘以平行洞轴线的陡倾直立裂隙为切割面，底面顺夹层、层间错动向外滑移，最大位移量达到7-8cm。

上游边墙属逆向边墙，整体稳定，局部将因N70°E反倾陡倾裂隙切割，产生小规模不稳定块体。就目前上段开挖揭露的情况来看，此类岩体破坏型式不多，仅局部存在。

NE、SW边墙均为横向坡，整体稳定，局部因裂隙切割有不稳定块体。

根据上述条件，各结构面抗剪强度建议如表2。

表2                             厂房结构面抗剪强度建议值表

2.2厂房涌水涌泥预测

（1）K11岩溶管道的涌水，因其地表积汇水面积有限，估计一般流量<20L/s，汛期最大涌水200L/s。

（2）河水位以下开挖时，厂房基坑涌水除受K11岩溶管道的岩溶水补给外，尚接受河水倒灌，其进口主要沿岸坡顺层小溶洞、溶蚀裂隙及零星的小管道等。河水倒灌是地下厂房基坑涌水的主要形式及来源。

（3）沿fj5、f_pd2-4-1发育的溶洞中有黄色粘土及块石等洞室充填物，其下游侧揭露出口倾向厂房内汛期地下水活动加强，充填物将向厂房滑落，形成涌泥、涌水等不利地质现象，影响施工安全。

2.3处理建议

（1）T₁y^2-3厚层灰岩，为II类围岩，围岩基本稳定，支护措施需考虑局部因裂隙切割而可能产生的掉块、风化及施工爆破影响，其主要分布于顶拱，建议喷锚支护；T₁y^2-2-2中厚层灰岩，为III₁类围岩，围岩稳定性稍差，顶拱建议喷锚加钢筋网，边墙喷锚支护；T₁y^2-2-1及T₁y^2-1-3薄、极薄层灰岩，为III₂-IV类围岩，围岩稳定性差，其分布在边墙部位，建议喷锚加钢筋网。目前开挖揭露的顶拱，设计方面主要进行喷锚支护，锚杆长度有9m、6m两种，间距2.4m，喷钢纤维砼或聚丙烯砼（C25）15cm。

（2）对局部结构块体加强支护，宜采用长预应力锚杆为永久性加固措施，顶部锚固深度最深应切穿fj2，到达厚层灰岩一定深度，顶拱下游侧及下游边墙锚杆方向应尽量切穿并垂直fj5、f_pd2－4－1、fj6等结构面，并采用快速监测方法对块体稳定进行监测。T₁y^2-2-1及T₁y^2-1-3层位建议加系统长锚杆。目前设计方面对岩壁吊车梁位置布置了预应力锚索，但顶拱的围岩未作加强处理，安全度可能不够，应密切关注变形监测情况，同时需对下游边墙已出现的变形破坏，采用物探手段了解变形松动圈厚度，尽快加强监测，清除已严重变形破坏的岩体，采取预应力锚杆、锚索等加强支护等措施。

（3）对岩溶管道水宜采取抽排，对河水倒灌以堵为主的处理措施。岩溶管道水处理重点在于K11岩溶系统；河水倒灌处理则主要是对靠河侧岩溶管道进行封堵，同时对周边一定范围内进行帷幕灌浆，对尾水洞未能作帷幕灌浆的地段应在岩体表层作砼喷护。

（4）对开挖揭露的岩溶管道、溶蚀带、断层等需局部深挖回填或灌浆处理。安装间上游边墙的K11溶洞，在开挖过程中为处理之重点，宜在开挖之前，在厂房区外对岩溶管道水进行引排后，对其进行灌浆充填，并用长锚杆加固。目前厂房内揭露的溶洞主要是沿fj5、f_PD2-4-1发育，厂房顶拱下游侧的溶洞在作好引、排水管后已进行了混凝土回填与封堵，安装间778-772m开挖时上游边墙揭露的K11溶洞在清泥处理处理后将混凝土回填与封堵，因该溶洞在上游侧尚沿平行厂轴线方向的陡裂直立裂隙发育，长达70余m，与边墙距离仅3-5m，应还需加强支护。

（5）上游结合绕坝与库首渗漏设置防渗帷幕，防止运行期的绕坝渗漏产生的涌水及水压力对厂房的不利影响。