烏東德水電站主廠房B類角礫巖工程地質特性及處理措施

肖云華, 黃孝泉, 劉沖平, 郝喜明, 施 炎, 方 宇

(長江三峽勘測研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430074)

烏東德水電站主廠房B類角礫巖工程地質特性及處理措施

肖云華, 黃孝泉, 劉沖平, 郝喜明, 施 炎, 方 宇

(長江三峽勘測研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430074)

烏東德水電站左岸主廠房5#、6#機組頂拱及巖錨梁附近分布有B類角礫巖,因其抗壓強度與變形模量相對周圍灰巖和白云巖較低,巖體變形相對周圍巖體可能更突出,不利于圍巖穩定。施工期間查明了該部位B類角礫巖空間分布及性狀,為加強支護提供了詳實的地質資料,監測結果表明,目前左岸主廠房B類角礫巖變形已收斂,其處理措施可為其他類似工程建設提供參考。

烏東德水電站;B類角礫巖;工程地質特性

烏東德水電站是金沙江下游河段4個梯級(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩)最上一級,電站裝機容量10 200 MW,多年平均發電量389.3億kW·h,為一等大(Ⅰ)型工程。左岸地下電站三大洞室平行布置,軸線60°,主廠房長×寬×高為333 m×32.5 m(30.5 m)×89.8 m。

壩址區B類角礫巖是局部灰巖或白云巖受構造或其它因素影響先破碎成角礫,后在低溫熱液地質環境作用下主要由方解石膠結形成的一類特殊巖體[1]。左岸主廠房5#、6#機組頂拱及巖錨梁附近發育有該類巖體,因其抗壓強度與變形模量相對周圍灰巖或白云巖較低,變形相對周圍巖體可能更突出[2]。為此在施工期進行了詳細勘察,查明了B類角礫巖空間分布及性狀,為設計和施工提供了詳實的地質資料,確保了主廠房的圍巖穩定。

1 左岸主廠房基本地質條件

左岸主廠房圍巖從山內往山外依次為落雪組第二段第三亞段(Pt2l2-3),巖性為互層夾中厚層大理巖化白云巖,第三段第一亞段(Pt2l3-1),巖性以中厚層夾厚層及少量互層灰巖及大理巖為主,局部為厚層白云巖、B類角礫巖(位于5#、6#機組附近頂拱及巖錨梁),部分為第三段第二亞段(Pt2l3-2),巖性以中厚、厚層白云巖為主。巖層走向一般270°～280°,傾向S,傾角75°～85°。巖層走向與廠房軸線夾角以30°～40°為主,靠江側局部夾角<30°,山內側局部夾角40°～50°。圍巖多為微新巖體,巖溶不發育,開挖過程中洞室干燥。最大水平主應力為低—中等地應力水平,一般6～12 MPa。圍巖類別為Ⅱ類與Ⅲ類,分別占54%、46%。

2 B類角礫巖空間分布及性狀

2.1 B類角礫巖空間分布

B類角礫巖空間形態總體上為團塊狀,以不規則形態嵌于圍巖內,略呈長條形,長軸方向約為88°,大致與巖層走向一致,與廠房軸線夾角30°～40°;分布于5#、6#機組附近頂拱及巖錨梁附近,沿主廠房軸線長一般30～50 m,最長約56 m;垂直軸線寬一般15～26 m,最寬約33 m;高程約892～823 m。上游巖錨梁部位長9 m,水平埋深約1.5 m;下游巖錨梁部位長33 m,水平埋深約8～10 m。在主廠房頂拱B類角礫巖沿軸線方向具上大、下小的特征,這一特征有利于其在頂拱穩定,B類角礫巖于第Ⅳ層底部高程823 m尖滅(見圖1-圖3)。

2.2 B類角礫巖性狀

B類角礫巖角礫成分為白云巖及灰巖,大小一般0.02～0.40 m,最大1.0～2.0 m,角礫含量一般約40%(圖4),局部含量較高;角礫主要呈弱—微風化狀,局部風化色變呈灰黃色。角礫巖中結構面少見,呈整體結構,角礫間多為方解石、局部為鈣質膠結,膠結緊密;局部方解石溶蝕風化亦呈灰黃色,偶見加劇風化色變呈灰黃色似強風化狀。與周邊正常巖體沒有明顯接觸面,接觸關系似“熔融接觸”(圖5)。

圖6 左岸主廠房B類角礫巖及灰巖聲波曲線Fig.6 The acoustic curve of B breccia and limestone in left main powerhouse

圖1 左岸主廠房B類角礫巖850 m高程工程地質平切圖Fig.1 The engineering geological flat map of B breccia at 850m in left main powerhouse1.頂板9 m鉆孔;2.頂板向上鉆孔;3.水平鉆孔;4.鉛直向下鉆孔;5.角礫巖范圍;6.中導洞范圍。

圖2 B類角礫巖區域典型縱剖面Fig.2 The typical vertical section map in B breccia regional

圖3 B類角礫巖區域典型橫剖面Fig.3 The typical cross section map in B breccia regional

圖4 B類角礫巖中的角礫影像圖Fig.4 The breccia image map in B breccia regional

圖5 B類角礫巖與周圍巖體“熔融接觸”Fig.5 The molten contact between B breccia regional and surrounding rock mass

施工期,布置19個聲波測試孔,測試成果表明,B類角礫巖巖體聲波值一般為3 800～4 800 m/s,平均值為4 350 m/s。較周圍正常巖體聲波值低約1 000 m/s(圖6)。這表明B類角礫巖巖體質量相對周圍正常灰巖和白云巖較差。

2.3 物理力學性狀及巖體質量

可研階段,在勘探平硐內對B類角礫巖進行了1組巖體現場原位變形試驗和1組現場原位直剪試驗;施工期,又取了4組鉆孔巖芯樣,進行室內巖石抗壓強度等試驗(圖7)。根據現場原位試驗和室內試驗成果,經類比和綜合分析后,B類角礫巖物理力學參數地質建議值見表1。

圖7 B類角礫巖現場變形試驗與室內試驗照片Fig.7 The photos of field deformation test and laboratory test of B breccia

表1 B類角礫巖巖體物理力學參數建議值表Table 1 The suggested values of physical and mechanical parameters of B breccia

重度/(kN·m-3)巖石飽和抗壓強度/MPa巖體變形參數/GPa變形模量彈性模量泊松比μ巖體抗剪斷強度f'c'/MPa巖體抗拉強度/MPa26.830～506～1012～160.28～0.300.8～1.00.7～1.00.3～0.5

抗壓試樣結果表明,巖塊均沿膠結物劈裂破壞,說明角礫強度大于角礫之間膠結強度,B類角礫巖強度主要取決于其膠結物及膠結程度。

根據《工程巖體分級標準》(GBT 50218—2014)[3],B類角礫巖巖體質量為Ⅲ2級。根據《水力發電工程地質勘察規范》(GB 50287—2016)[4]中洞室圍巖詳細分類的有關規定,B類角礫巖圍巖屬Ⅲ類圍巖。

3 B類角礫巖開挖、支護與監測

B類角礫巖區域開挖過程中優化爆破參數:采用光面爆破、控制單響藥量、減少炮孔間距、采用分段延時起爆。

為保證主廠房施工期及運營期安全,B類角礫巖均采取了加強錨固等處理措施,在頂拱布置了預應力錨索:長33～39 m,T=1 500 kN,間排距3 m×3 m,系統錨桿調整為T=50 kN,@1.0×1.0,L=9 m的張拉錨桿,且局部進行了灌漿處理,并進行噴砼支護;在邊墻B類角礫巖部位系統錨索:長20～45 m不等,預應力T=2 000 kN,間排距一般3 m×4.5 m,系統錨桿調整為T=50 kN,@1.0×1.0,L=9 m,張拉錨桿,并進行噴砼支護。

為更進一步把握B類角礫巖區域圍巖穩定性情

況,專門布置了多點位移計變形監測。目前的變形監測成果顯示,左岸主廠房開挖完成后,頂拱多點位移計孔口總位移量<10 mm,B類角礫巖區域均已收斂。

4 結語

(1) 左岸主廠房B類角礫巖是灰巖或白云巖等巖體受構造或其它因素影響先破碎成角礫,后期在低溫熱液地質環境條件下又重新主要由方解石膠結在局部形成的一類特殊巖體,與周圍正常巖體之間接觸關系似“熔融接觸”。

(2) B類角礫巖角礫成分為白云巖及灰巖,大小一般0.02～0.40 m,角礫含量一般約40%,B類角礫巖巖體聲波值一般為3 800～4 800 m/s,巖石飽和抗壓強度30～50 MPa,巖體變形模量6～10 GPa。B類角礫巖因其抗壓強度與變形模量相對周圍灰巖和白云巖較低,其圍巖變形相對周圍巖體變形更突出。

(3) 施工期勘察查明了該部位B類角礫巖空間分布和性狀,為加強支護提供了詳實的地質資料,監測結果表明,目前左岸主廠房B類角礫巖已收斂,這可為其他類似工程的建設提供寶貴經驗。

[1] 滿作武,陳又華,黃孝泉,等.金沙江烏東德水電站可行性研究報告第四篇工程地質[R].武漢:長江勘測規劃設計研究有限責任公司,2015.

[2] 肖云華,黃孝泉,劉沖平,等.烏東德水電站地下廠房主要工程地質問題研究[J].人民長江,2015,46(14):1-4.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.工程巖體分級標準:GB/T 50218—2014[S].北京:中國計劃出版社。

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.水力發電工程地質勘察規范:GB 50287—2016[S].北京:中國計劃出版社,2016.

(責任編輯：陳姣霞)

Geological Characteristics and Treatment Measures of B Breccia Engineeringin the Main Powerhouse of Wudongde Hydropower Station

XIAO Yunhua, HUANG Xiaoquan, LIU Chongping, HAO Ximing, SHI Yan, FANG Yu

(ThreeGorgesGeotechnicalConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430074)

B breccia is distributed near the arch and rock anchor beams of 5#and 6#units in left main powerhouse of Wudongde Hydropower Station.The deformation of rock mass relative to surrounding limestone and dolomite may be more prominent,because the compressive strength and modulus of deformation lower than that of rock mass. Through the investigation in construction period,the spatial distribution and characteristics of B breccia in site are found out,and the detailed geological data are provided for strengthening the support. The monitoring results show that the deformation of B breccia in left main powerhouse has been convergent. It can provide valuable experience for other similar projects.

Wudongde Hydropower Station; main powerhouse; B breccia; engineering geological characteristics

2017-06-20;改回日期:2017-07-13

肖云華(1978-),男,高級工程師,博士,工程地質專業,從事水利水電工程地質勘察方面的生產和研究工作。E-mail:xiaoyunhua2016@qq.com

P64; TV223

A

1671-1211(2017)04-0395-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.009

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170623.0829.002.html 數字出版日期:2017-06-23 08:29