回龙抽水蓄能电站输水系统下弯段断层带开挖处理方案

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

文    摘：地质条件的不良变化给施工造成很大困难，甚至会影响到设计改线、延长工期、增加投入，详细勘察在工程建设中是至关重要的。实例介绍回龙抽水蓄能电站输水系统下弯段断层带开挖处理方案，其方案的选择是合适的，但代价较高。表１个，图１幅。
    主题词：抽水蓄能电站输水系统施工方案地基开挖断层带压力灌浆工程实例

    １、工程概况
    回龙抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县境内，电站装机２×６０ＭＷ，安装国产可逆式水泵水轮机组，最大水头４１６ｍ，工程由上下水库、输水系统、地下厂房及其它配套附属系统组成。输水系统高压洞段的竖井和下平洞段的连接弧段为下弯段。
    ２、输水系统高压洞段工程地质条件
    ２．１地层岩性
    输水系统高压洞段沿线出露的地层岩性为燕山晚期侵入花岗岩类，岩石岩性主要为中细粒花岗岩和局部的似斑状花岗岩，新鲜状态下多呈灰白、肉红色，块状构造，岩石致密坚硬。
    ２．２地质构造
    受区域地质构造影响，输水系统高压洞段发育的断层主要为Ｆ２５，产状：Ｎ２０°～３０°Ｅ，ＮＷ∠７０～７５；断层及影响带宽０．５ｍ，主要由断层泥、角砾岩组成，严重渗水。发育的主要节理密集带Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６、Ｌ５１与洞线斜交，其产状特征（见表１）。其中Ｆ２５、Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６出露在下平洞段及岔管部位，Ｌ５１在下弯附近斜穿下平和竖井，对下弯段有一定影响。

    ２．３水文地质条件
    输水系统高压洞段区地下水的分布受构造的控制且具有不均匀性，主要为裂隙潜水，赋存于节理裂隙或节理密集带以及断层破碎带等裂隙发育的岩体中，受大气降水、沟道地表水补给。据开挖揭露情况看，断层Ｆ２５和Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ３６、Ｌ５１节理密集带等构造中普遍有渗水或滴水现象。
    ３、下弯段工程地质条件的不良变化和主要施工问题
    ３．１地质条件变化
    下弯段在勘察阶段没发现断层，推断岩石完好，为Ⅰ类围岩，采用钢筋混凝土衬砌和高压预应力灌浆结构设计，开挖洞径４．４ｍ，最大灌浆压力７．０ＭＰａ。施工期沿下平段向竖井底部方向爆破开挖揭露后，在下弯段上游侧壁出现接近平行下弯侧壁的断层带，有２个～３个断层面，主断层产状为Ｎ６０°～６５°Ｗ，ＮＥ∠６５°～７０°；断层及两侧影响带宽度２．５ｍ～７．０ｍ或更多，由风化的碎裂岩、角砾岩及次生泥组成，且有严重渗水，整个下弯段上游侧壁和局部顶壁处于软弱带范围。
    ３．２主要施工问题及对策
    由于断层带沿掌子临空面时常掉块和塌方，给施工带来严重的安全隐患，爆破施工人员不能靠近施工，不得不停工研究开挖方案。因上部地质情况不明，又不具备继续探明的工作条件，若考虑等上部竖井开挖结束后再接着从上向下开挖下弯段，在工期进度安排上又不允许。为此，一方面为了避开此不良地段，保证施工安全；另一方面又基本能保证发电按原计划工期或稍有推迟进行，决定在下弯段附近下平洞内向竖井方向打一斜导洞至竖井一定高程，导洞直径２．０ｍ，斜长４２ｍ左右。准备利用斜导洞作为进人和出渣的通道，从上向下开挖，采取必要的临时支护措施，贯通下弯段。
    ３．３地质情况的探明及处理方案的提出
    经过近一个月的钻爆开挖施工，斜导洞贯通后，发现竖井交接部位的岩石状况还是不好，预测能绕过的断层带未能绕过。于是沿交接部位分别向里和向下又各布置小探洞，以探明断层范围及走向。向里掘进９ｍ多，还是断层软弱带。向下的小探洞揭露在下部?４７４ｍ高程附近原主断层又分叉次生出一条宽约０．５ｍ～１．０ｍ的小断层，并斜穿竖井，整个断层破碎带及影响带宽度局部达１０．５ｍ（见图１）。此围岩地质条件很难满足原钢筋混凝土衬砌和高压预应力灌浆的结构设计所需的地应力条件，为此，设计提出下弯段改线及处理方案。

    ４、下弯段改线及处理方案
    设计部门经过计算和论证，在满足设计要求的条件下，提出了原洞线修改及处理与下弯段改线及处理两个方案作比较。
    ４．１原洞线修改及处理方案
    按原洞线，沿竖井?４８０ｍ高程以下至下弯段下部，靠断层侧先挖掉主断层破碎带，然后回填Ｃ２０素混凝土，其它按原设计尺寸衬砌后再施以高压预应力灌浆。但由于围岩一侧软弱，抗力较小，施加高压预应力时的不均衡将导致衬砌混凝土变形或局部开裂，预应力过早释放而达不到设计要求。在运行期高水头水力作用下，钢筋混凝土衬砌将大面积开裂，引起过多水量损失。设计在衬砌混凝土外侧增设一层厚６ｍｍ的钢板来防渗，受力仍靠围岩和围岩与衬砌之间的预应力来承担。最后再把已开挖的斜导洞封堵。
    ４．２下弯段改线及处理方案
    避开原洞线及其断层带，利用已施工的斜导洞扩挖成高压引水洞，两端设计为弧段，把竖井及下平段连接起来。其它仍按原设计钢筋混凝土衬砌和高压预应力灌浆结构施工，可以满足设计要求。改线后再将原设计洞线已开挖部分用混凝土分两期封堵，并施以先期回填灌浆。再利用斜导洞和竖井相交部位的上探洞扩挖成灌浆平洞，对封堵后的原洞线及周围软岩进行后期帷幕灌浆和高压深层固结灌浆加固。最后再将灌浆平洞封堵。
    ４．３方案比较
    对上述两种方案比较，原洞线修改及处理方案因为地质条件差，地应力受扰动破坏已近全部释放，单靠高压预应力恢复，施工技术上保证率低；运行期高水头水力作用下周围软岩易变形，衬砌混凝土易开裂；新增钢板衬砌施工难度大，工期要求长；对断层带继续开挖和扩挖，施工期安全问题突出；投资估算投入大。下弯段改线及处理方案基本避开了断层带，无论地质条件、技术保证、工期和安全要求方面，还是投资估算上，相对都较理想。
    经多方研究、综合比较，最后选择下弯段改线及处理方案付诸实施，增加投资２００余万元，影响发电工期６个月。