獅子坪水電站廠房交通洞覆蓋層成洞條件及處理措施

黎昌有，馮建明，鄧衛東

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 概述

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣境內岷江右岸一級支流雜谷腦河上，為雜谷腦河梯級水電開發的龍頭水庫電站，主要由攔河大壩、放空洞(導流洞)、泄洪洞、引水隧洞、調壓井、壓力管道及地下廠房等建筑物組成。正常蓄水位高程2 540 m，最大壩高136 m，總庫容1.327 億 m3，引水隧洞長18 707.923 m，設計水頭390 m，引用流量61.4 m3/s，裝機容量195 MW。

廠區樞紐建筑物主要有主副廠房、主變及GIS室、尾水閘門室、尾水隧洞、尾水渠、交通洞、出線洞、排風洞、排水廊道、出線場等。根據廠區地質條件，采用主副廠房、主變及GIS室、尾水閘門室三大主洞室平行布置方案。

2 廠址區基本地質條件

工程區位于北西向鮮水河斷裂帶和北東向龍門山斷裂帶所圍限的川青斷塊的小金～較場弧形構造帶之西翼近頂端的次級構造族郎帚狀構造帶上，在大地構造部位隸屬于松潘～甘孜地槽褶皺帶范疇，西側毗連巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，東鄰揚子地臺西緣龍門山～大巴山臺緣拗陷帶，工程場地地震基本烈度為Ⅶ度。

廠址區河谷形態為“U”形，雜谷腦河以S15°E流經廠區，枯水期河面寬25 m，水面高程2 088 m。右岸I級階地寬20～60 m，階面平整，高出河水面6～7 m，階地后緣坡腳處發育串狀倒石堆。谷坡臨河坡高大于600 m，地形下陡上緩，平均自然坡度為40°～50°。

廠區地層為三疊系侏倭組(T3zh)淺變質巖，巖層總體產狀為 N30°～70°E/NW(SE)∠70°～89°，走向與河流大角度相交，陡傾上游，局部傾下游，巖性以變質砂巖為主，少量為砂質板巖，中厚層至巨厚層狀，巖石致密堅硬。

勘探資料揭示，廠址區覆蓋層厚度大于48.07 m，其成因類型、層次結構復雜，厚度變化大。根據成因、物質組成、結構特征，覆蓋層由老到新可分為六層:

①含漂(塊)卵礫石層(Q3gl+fgl):冰川冰水堆積，分布于河床底部，下伏為基巖，厚度大于15.54 m，分布連續，往山內側變薄并尖滅，頂板埋深44.55 m，對應高程2 051.26 m，漂卵石成分主要為變質砂巖、花崗巖，少量為砂質板巖，粒徑一般為10～30 cm，次圓狀，結構較緊密。

②粉細砂層(Q3l):堰塞湖相堆積，分布于河床下部，厚6.49 m，分布連續，往山內側變薄并尖滅，頂板埋深 38.06 m，對應高程 2 057.75 m，結構較松散。

③含漂(塊)卵(碎)礫石層(Q4al):沖積堆積，分布于河床中部，下伏為②層，厚度27.91～30.67 m，分布連續，頂板埋深 10.15 ～17.40 m，對應高程2 085.66 ～2 087.26 m，卵(碎)礫石成分以變質砂巖為主，少量為砂質板巖、花崗巖，卵礫石呈次圓狀，塊碎石以棱～次棱角狀為主，粒徑一般為3～8 cm，該層從下部到上部磨圓度由好變差，下部以卵礫石為主，上部以塊碎石為主。該層局部夾中細砂透鏡體。

④含礫粉質壤土(Q4l):堰塞湖相堆積，分布于河床上部，厚3.40～6.05 m，分布連續，往山內側變薄，頂板埋深4.1 ～14.0 m，對應高程2 090.66～2 091.71 m，該層結構較密實。

⑤漂卵礫石層(Q4al):現代河床沖積堆積，厚2.3 ～6.55 m，分布連續，往山內側逐漸尖滅，頂板埋深1.8 ～7.45 m，對應高程2 094.01 ～2 097.21 m，漂卵礫石成分以變質砂巖為主，少量為花崗巖，粒徑一般為10～30 cm、3～8 cm，次磨圓至磨圓狀。該層結構較松散，局部架空。

⑥塊碎石土層(Q4col+dl):表層崩坡積物堆積，厚 1.8 ～40.95 m，塊碎石結構松散，廣泛分布于坡腳。

在地質構造上，廠區位于古爾溝倒轉背斜的東翼，為侏倭組(T3zh)地層構成的單斜構造。

廠區物理地質作用主要表現為巖體的卸荷與崩塌，巖石風化微弱。巖體表部卸荷作用強，加之裂隙不利組合切割，形成不穩定巖塊崩塌墜落，在坡腳堆積形成倒石堆。倒石堆的堆腳相連成串。

廠區地下水類型為基巖裂隙水與第四系松散堆積層中的孔隙水。裂隙水賦存于谷坡巖體內，由大氣降雨補給，向河流排泄。孔隙水主要賦存于I級階地堆積層內，鉆孔揭示其較河水位低4.74 ～5.04 m。

3 廠房交通洞覆蓋層工程地質條件

廠房交通洞長229.18 m，其中覆蓋層洞段長92.18 m，起點底板高程2 091.46 m，終點底板高程2 095 m，洞向 N85°34'53″E，洞徑7 m。覆蓋層洞段主要由⑥層崩坡積塊碎石土組成，塊碎石大小混雜，平均直徑一般為15～30 cm，大的直徑可達2～3 m，小的直徑一般為3～4 cm，土為砂質粉土。該層顆粒大小懸殊，分布不均勻，局部粗細顆粒相對集中，具架空結構，結構非常松散，在坡腳形成大面積的倒石堆，倒石堆頂部高程為2 300～2 380 m，堆腳緊鄰Ⅰ級階地后緣，最大堆高可達200～280 m，堆寬約90～260 m，平均自然坡度為40°～50°。

4 廠房交通洞覆蓋層成洞主要問題及處理措施

廠房交通洞覆蓋層洞段于2005年3月開始施工開挖，2005年6月完成施工開挖及支護。覆蓋層洞段由⑥層崩坡積塊碎石土組成，結構非常松散、粘聚力極小且含大量孤石，具架空結構，成洞條件極差。施工中采用先打超前小導管，分二級短臺階預留土心人工開挖方法進洞，主要施工程序:打超前花管→預固結灌漿→人工開挖上臺階→架設上臺階拱支撐→下臺階開挖→架設豎向支撐→打鎖腳錨桿→焊接連接鋼筋→掛網噴混凝土。

4.1 大孤石處理

在廠房交通洞覆蓋層洞段開挖過程中遇到了大小不等的大孤石，通常采取以下處理措施:

采取將超前管棚直接穿越大孤石、沿永久結構斷面外側打預裂爆破孔的方式對結構斷面以內的孤石體進行松動爆破，待結構斷面以內的孤石破碎后再按常規辦法繼續開挖。

4.2 塌方的處理

廠房交通洞覆蓋層洞段施工過程中曾遭遇不同程度的塌方，針對塌方高度的不同分別采取了不同的處理措施。

(1)小型塌方的處理:一般塌方空腔高度在0.5～3 m之間，該類塌方體方量小，處理較為容易，處理時間也較短，主要措施為:塌方后及時用碎石或木材等材料通過管棚塞滿塌落的空腔，給趨于穩定的塌方體圍巖一個附加的支撐力，使圍巖得到一個較好的穩定收斂效果，然后再采取加密鋼拱架、增加混凝土噴護厚度等措施對開挖中第一次的支護進行加強處理。

(2)大型塌方的處理:一般塌方空腔高度在3～8 m之間，跨度為3～15 m，該類塌方體塌方量大，處理難度較高，處理時間也較長，主要措施為:

①先在塌空區噴C20混凝土護壁，臨時穩定塌方體的圍巖，然后在塌空區安裝鋼拱架并在拱背上用型鋼架設縱向梁，同時在縱向梁上用弧形鋼進行加固處理;

②在塌空腔內架設鋼管支架以穩定整個圍巖，并順巖壁編管網和鋼筋網，同時安裝好混凝土回填預埋管及排氣管;

③第二次在塌空區四周噴C20混凝土，進一步增強圍巖穩定性;

④清理土石方并對塌方損壞的第一次支護重新進行施工支護;

⑤完成塌方段的邊墻及頂拱永久混凝土支護;

⑥用C15混凝土通過混凝土回填預埋管將塌空區回填滿，以增加洞室的穩定性。

4.3 第一次支護失穩處理

在廠房交通洞覆蓋層洞段施工中局部發生過第一次支護失穩的情況，主要采取以下措施進行處理:(1)通過變形觀測發現隧洞存在變形時，首先在拱腳部位采用I18工字鋼及時進行縱向加固處理;(2)如果是豎向變形，則采用I18工字鋼在豎向進行支撐，豎向加固之間則通過鋼筋或小型鋼連接，使豎向支撐能整體受力;(3)如果是橫向變形，則采用I18工字鋼在橫向進行支撐，橫向加固之間通過鋼筋或小型鋼連接，使橫向支撐能整體受力。

5 廠房交通洞覆蓋層洞段的永久支護情況

交通洞覆蓋層洞段于2005年2月開始混凝土澆筑，2005年11月完成永久混凝土澆筑。永久支護采取了型鋼組合混凝土支護型式:型鋼及錨噴作為一期支護形成“骨架”，鋼筋混凝土結構與一期支護聯合作為支撐受力體，襯砌厚度為100 cm，襯砌完成后還進行了固結和回填灌漿。永久支護處理后，經過4年多時間的運行考驗，洞室穩定性良好。

6 結語

獅子坪水電站廠房交通洞覆蓋層顆粒大小懸殊，分布不均勻，結構松散、粘聚力小且含大量孤石，具架空結構，成洞條件極差。施工中采取了打超前小導管，分二級短臺階預留土心人工開挖方法進洞，為今后類似地質條件的覆蓋層隧洞施工積累了寶貴的經驗。