回龍抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)下彎段斷層帶開挖處理方案

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文    摘：地質條件的不良變化給施工造成很大困難，甚至會影響到設計改線、延長工期、增加投入，詳細勘察在工程建設中是至關重要的。實例介紹回龍抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)下彎段斷層帶開挖處理方案，其方案的選擇是合適的，但代價較高。表１個，圖１幅。
    主題詞：抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)施工方案地基開挖斷層帶壓力灌漿工程實例

    １、工程概況
    回龍抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣境內，電站裝機２×６０ＭＷ，安裝國產(chǎn)可逆式水泵水輪機組，最大水頭４１６ｍ，工程由上下水庫、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)高壓洞段工程地質條件
    ２．１地層巖性
    輸水系統(tǒng)高壓洞段沿線出露的地層巖性為燕山晚期侵入花崗巖類，巖石巖性主要為中細?；◢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，塊狀構造，巖石致密堅硬。
    ２．２地質構造
    受區(qū)域地質構造影響，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，嚴重滲水。發(fā)育的主要節(jié)理密集帶Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６、Ｌ５１與洞線斜交，其產(chǎn)狀特征（見表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，對下彎段有一定影響。

    ２．３水文地質條件
    輸水系統(tǒng)高壓洞段區(qū)地下水的分布受構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、溝道地表水補給。據(jù)開挖揭露情況看，斷層Ｆ２５和Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６、Ｌ５１節(jié)理密集帶等構造中普遍有滲水或滴水現(xiàn)象。
    ３、下彎段工程地質條件的不良變化和主要施工問題
    ３．１地質條件變化
    下彎段在勘察階段沒發(fā)現(xiàn)斷層，推斷巖石完好，為Ⅰ類圍巖，采用鋼筋混凝土襯砌和高壓預應力灌漿結構設計，開挖洞徑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挖揭露后，在下彎段上游側壁出現(xiàn)接近平行下彎側壁的斷層帶，有２個～３個斷層面，主斷層產(chǎn)狀為Ｎ６０°～６５°Ｗ，ＮＥ∠６５°～７０°；斷層及兩側影響帶寬度２．５ｍ～７．０ｍ或更多，由風化的碎裂巖、角礫巖及次生泥組成，且有嚴重滲水，整個下彎段上游側壁和局部頂壁處于軟弱帶范圍。
    ３．２主要施工問題及對策
    由于斷層帶沿掌子臨空面時常掉塊和塌方，給施工帶來嚴重的安全隱患，爆破施工人員不能靠近施工，不得不停工研究開挖方案。因上部地質情況不明，又不具備繼續(xù)探明的工作條件，若考慮等上部豎井開挖結束后再接著從上向下開挖下彎段，在工期進度安排上又不允許。為此，一方面為了避開此不良地段，保證施工安全；另一方面又基本能保證發(fā)電按原計劃工期或稍有推遲進行，決定在下彎段附近下平洞內向豎井方向打一斜導洞至豎井一定高程，導洞直徑２．０ｍ，斜長４２ｍ左右。準備利用斜導洞作為進人和出渣的通道，從上向下開挖，采取必要的臨時支護措施，貫通下彎段。
    ３．３地質情況的探明及處理方案的提出
    經(jīng)過近一個月的鉆爆開挖施工，斜導洞貫通后，發(fā)現(xiàn)豎井交接部位的巖石狀況還是不好，預測能繞過的斷層帶未能繞過。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，整個斷層破碎帶及影響帶寬度局部達１０．５ｍ（見圖１）。此圍巖地質條件很難滿足原鋼筋混凝土襯砌和高壓預應力灌漿的結構設計所需的地應力條件，為此，設計提出下彎段改線及處理方案。

    ４、下彎段改線及處理方案
    設計部門經(jīng)過計算和論證，在滿足設計要求的條件下，提出了原洞線修改及處理與下彎段改線及處理兩個方案作比較。
    ４．１原洞線修改及處理方案
    按原洞線，沿豎井?４８０ｍ高程以下至下彎段下部，靠斷層側先挖掉主斷層破碎帶，然后回填Ｃ２０素混凝土，其它按原設計尺寸襯砌后再施以高壓預應力灌漿。但由于圍巖一側軟弱，抗力較小，施加高壓預應力時的不均衡將導致襯砌混凝土變形或局部開裂，預應力過早釋放而達不到設計要求。在運行期高水頭水力作用下，鋼筋混凝土襯砌將大面積開裂，引起過多水量損失。設計在襯砌混凝土外側增設一層厚６ｍｍ的鋼板來防滲，受力仍靠圍巖和圍巖與襯砌之間的預應力來承擔。最后再把已開挖的斜導洞封堵。
    ４．２下彎段改線及處理方案
    避開原洞線及其斷層帶，利用已施工的斜導洞擴挖成高壓引水洞，兩端設計為弧段，把豎井及下平段連接起來。其它仍按原設計鋼筋混凝土襯砌和高壓預應力灌漿結構施工，可以滿足設計要求。改線后再將原設計洞線已開挖部分用混凝土分兩期封堵，并施以先期回填灌漿。再利用斜導洞和豎井相交部位的上探洞擴挖成灌漿平洞，對封堵后的原洞線及周圍軟巖進行后期帷幕灌漿和高壓深層固結灌漿加固。最后再將灌漿平洞封堵。
    ４．３方案比較
    對上述兩種方案比較，原洞線修改及處理方案因為地質條件差，地應力受擾動破壞已近全部釋放，單靠高壓預應力恢復，施工技術上保證率低；運行期高水頭水力作用下周圍軟巖易變形，襯砌混凝土易開裂；新增鋼板襯砌施工難度大，工期要求長；對斷層帶繼續(xù)開挖和擴挖，施工期安全問題突出；投資估算投入大。下彎段改線及處理方案基本避開了斷層帶，無論地質條件、技術保證、工期和安全要求方面，還是投資估算上，相對都較理想。
    經(jīng)多方研究、綜合比較，最后選擇下彎段改線及處理方案付諸實施，增加投資２００余萬元，影響發(fā)電工期６個月。