蒲石河抽水蓄能電站地下洞室洞口交叉部位及進出口巖體穩定及支護處理

田作印?鄭以寶?朱金來?呂赫

【摘要】蒲石河抽水蓄能電站最主要的特點是地下洞室多，是由一個龐大的洞室群組成，空間相互交叉比較多，而且地質條件復雜。所以開挖后及時支護顯得尤為重要。

【關鍵詞】抽水蓄能電站；地下廠房洞室群；交叉部位；支護措施

1、前言

遼寧蒲石河抽水蓄能電站為Ⅰ等工程，工程規模為大（1）型，樞紐主要建筑物有上、下庫壩、地下廠房及引水發電系統。下水庫位于鴨綠江右岸支流蒲石河下游的小孤山村王家街，上水庫位于東洋河村泉眼溝溝首，均隸屬寬甸縣長甸鎮。站址區距丹東市約60km，距寬甸縣長甸火車站約10km，對外交通方便。

引水發電系統位于上水庫泉眼溝與蒲石河左岸間一走向N60～70°W的條形山體內。山體較寬厚。地勢自東南向西北逐漸降低，地面高程180～464m。山體南坡（黃草溝）沖溝發育，較大的沖溝有4條，走向均為NE～SW，切割深度一般為40～70m，溝底高程為80～225m，溝底地形坡度約7～15°，普遍見有基巖出露，沖溝兩側山坡坡度為35～45°。

引水發電系統基巖主要為早元古代混合花崗巖（Mγ2），屬塊狀巖石，引水線路地下建筑物大部分埋藏在新鮮巖石中?；鶐r中局部見有石墨片巖和變粒巖殘留體，后期穿插有閃長玢巖、煌斑巖和閃斜煌斑巖脈。巖脈一般較完整、堅硬，與圍巖多呈裂隙接觸。

輸水發電系統由一個龐大的洞室群組成，洞室交叉部位更多，且相互之間有功能的密切聯系。蒲石河抽水蓄能電站地下廠房開挖尺寸為173.3×25.7×54.6m（長×寬×高），僅上、下游邊墻洞室交叉口就有16處。抽水蓄能電站地下洞室規模比較大，地質條件復雜，地下洞室的交叉部位及進出口的穩定受地質構造的影響，如果發生塌方，不僅耽誤工期，還會造成極大的經濟損失。

2、地下洞室交叉部位巖體穩定及處理

2.1地下廠房下游邊墻與#1母線洞交叉部位

#1母線洞洞徑較大，與地下廠房相交處頂拱高程約17m，高度約10m，高程21.7m為廠房巖錨梁，該部位由新鮮的混合花崗巖組成，斷層節理發育，巖體破碎。發育有Fj34-1、f20 、 fm9、fc2、fc5等斷層，斷層多由碎屑夾泥組成，性狀差，且多與洞軸線近于平行。同時受節理切割，形成不穩定塊體。開挖前進行了地質條件分析預報，施工中及時采取了支護措施。開挖時采用先挖上導洞，待頂拱成形后，采用噴混凝土和鋼拱架相結合的支護方式，避免了塌方。如該處不及時采取支護措施，發生塌方后直接影響巖描梁的穩定及施工道路的暢通。對經濟損失影響也是非常大的。

2.2廠房與主變運輸洞交叉部位

地下廠房與主變運輸洞交叉部位分布有軸向為N70°E的三條洞室，即主變運輸洞、#1母線洞、#1尾水支洞。圍巖為混合花崗巖，巖體節理發育。主要有三組，①N10～50°E/SE或NW∠60～70°；②N60°W /NE∠60°；③N10°W/NE∠40°，間距10～100cm，多閉合，部分微張。見有5條閃長玢巖巖脈通過。分布Fj34、Fj34-1、fc2、fm9、fc16、fc22、fc45、fc51等15條斷層破碎帶，其中Fj34寬1.6～2.5m，斷層影響帶寬約9m，Fj34-1寬30～50cm，局部達1m，兩斷層與邊墻交角較大（75°）。Fj34從主變運輸洞頂拱延伸至#1尾水支洞洞口，Fj34-1、fc2等斷層從#1母線洞穿過。受斷層及節理切割影響，巖體主要為碎裂巖和糜棱巖組成，巖石軟弱，開挖時多處掉塊，局部塌方，圍巖穩定性差，為Ⅳ類圍巖。

2007年5月3日開挖廠房邊墻時，已經貫通廠房的主變運輸洞先后發生兩次較大面積塌方，造成主變運輸洞樁號0-25～0-50m塌頂及廠房下游邊墻樁號約0-030～0-043m段坍塌。主變運輸洞最大塌落拱高8.6m，塌方頂高程為30.3m。塌方原因主要受主變運輸洞與廠房貫通部位的Fj34、fc45、fc16斷層破碎帶相互切割、錯動造成，Fj34斷層傾角35～40°，影響帶寬約10m，與廠房邊墻夾角約60～70°，與主變運輸洞夾角約10～20°，近于平行。Fj34于廠房樁號0-020～0-050m通過，當主變運輸洞與下游邊墻貫通時使Fj34斷層沿傾向形成臨空面，致使Fj34斷層帶內破碎巖石沿斷層面塌滑而下（見圖1）。

在塌方前設計與地質曾多次發出預報和提出處理建議。但由于這些意見沒有被重視。塌方后對塌方范圍、周面裂縫進行測量，并進行塌方原因分析。并提出了塌方處理措施。①下游邊墻與主變運輸洞相交部位樁號0+37m的塌方：該段Fj34、fc45、fc16斷層破碎帶相互切割，當主變運輸洞與下游邊墻貫通時使Fj34斷層沿傾向形成臨空面，致使Fj34斷層帶內破碎帶沿斷層面塌滑而下，并造成廠房下游邊墻及上層排水廊道附近出現多處裂縫或變形。對塌方部位采取混凝土回填、預應力錨索、對穿錨桿、加強錨桿加固、工字鋼鋼拱架支護、混凝土襯砌、加厚貼壁混凝土墻、固結灌漿等處理措施；②下游邊墻與#1母線洞相交部位的塌方：受Fj34-1、fc2、fc20斷層及一組近于平行廠房邊墻的節理面切割影響，當母線洞開挖至邊墻時#1母線洞洞口頂部及左側洞壁發生塌方，在母線洞內采取鋼支撐和噴混凝土支護處理。③下游邊墻與#1尾水支洞相交部位的塌方：Fj34斷層延至#1尾水支洞頂拱，走向與該洞近平行，當#1尾水支洞開挖至下游邊墻時，洞頂發生塌方。施工中采取了噴錨處理。

3、洞臉邊坡穩定及處理

下庫進出口位于下水庫蒲石河左岸、黃草溝溝口右側，該洞臉比高約50m ，邊坡頂部高程為90m，屬高邊坡，開挖坡比由上往下依次為1：0.5，至67m高程為寬2m的馬道，然后為直立坡。進出口洞臉型式由方型漸變成圓型，方型最大洞徑為16×15.7m，這種方洞型式對圍巖的穩定極其不利。而且邊坡頂部為一條通往于家堡公路，是該址區的一條重要公路，該洞臉的穩定顯得尤為重要。

洞臉巖石為中等風化～新鮮的混合花崗巖，坡內斷層、節理發育，特別是發育一條F10斷層，寬10～50cm，由碎屑巖、糜棱巖夾泥組成，性狀差，該斷層由坡頂斜穿邊坡延伸至洞頂。同時受f20斷層切割，形成“屋脊”型塊體。

對圍巖穩定極其不利，該塊體正處于洞頂拱部位和67m高程的馬道部位，經設計穩定計算，該塊體不穩定。如不及時處理，對馬道形成和整個邊坡的穩定影響非常大。為此，對該部位布置了7根錨索（見圖2），深度分別為15m、20m，并且進行了噴混凝土和系統錨桿處理，保證了此部位的穩定。但下一步進洞時，由于該不穩定塊體正處于洞的頂拱，如果不采取好措施，開挖將會影響到上部處理的“屋脊”型塊體。

首先開挖上半洞的左導洞，這樣可以使開挖洞徑變小，使圍巖的穩定性增加，采用短進尺弱爆控制藥量。同時邊開挖邊支護，主要是打描桿、噴混凝土結合掛網，地質條件較差時采用鋼拱架或鋼格柵進行支護。當開挖至巖石條件變好時進行支護，然后由洞內向洞外開挖另一導洞，而且必須使兩個導洞之間保留一定厚度的巖柱，在開挖另一半洞時，同樣采用上述開挖和支護方式。當兩個導洞開挖結束后，先不急于開挖巖柱，如果開挖巖柱可能導致67m馬道部位的“屋脊”型塊體發生塌方，導致整個邊坡失穩。

為此，為保證整個馬道在開挖巖柱時不受影響，從馬道上部向洞內打錨筋束，使整個巖體被錨筋束固結起來，增強巖體的完整性。 然后，再開挖巖柱，開挖巖柱時控制好爆破參數，使開挖不影響上部的錨索，確保施工安全。

結語

洞室交叉部位，開挖臨空面增加，巖壁較薄，應力集中度高，往往是容易出現圍巖失穩的部位。施工中一定要高度警惕，絕對不能掉以輕心。交叉段的位置應盡量選擇在巖石堅硬完整的地段，避免在斷層破碎帶、節理密集帶以及巖石松軟破碎地段。施工中要重視施工地質預報，為施工中提供準確信息，無法避免時則要做好及時支護等措施。

作者簡介：姓名：田作印 ，籍貫吉林省磐石縣、生日1972年12月5日、職稱：高級工程師、從事專業：工程地質專業。