梅山水庫新建泄洪洞工程地質條件分析

丁向陽

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

梅山水庫是位于史河上游金寨縣境內的大(1)型水利水電樞紐工程。樞紐工程現由攔河壩、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔和發電鋼管及廠房等部分組成。

新建泄洪洞位于壩址左岸，隧洞線按直線布置，進口位于左岸上游山坡上。進口上平段后接1∶2的斜洞接下平段至出口。出口位于左岸進廠公路西側大壩下游的山坡陡壁處，以下接出口明渠穿過左岸進廠公路進入下游河床。

1 地質條件

1.1 地層巖性

隧洞沿線出露巖石均為燕山晚期細粒花崗巖(γ3-3 5)，礦物成分以石英、長石為主，其次為角閃石、云母等，細粒花崗結構，塊狀構造，新鮮時巖石致密堅硬。除隧洞進出口部位有近期人工堆積和坡殘積覆蓋層外，隧洞洞身段地表山坡基本為巖石出露，局部有淺薄的第四系殘坡積覆蓋。

根據除險加固勘察階段壩基巖石物理力學試驗成果，微風化～新鮮花崗巖比重為2.66，重度為24.93～26.30 kN/m3，飽和吸水率0.47%～1.12%，飽和單軸抗壓強度84.6～129.2 MPa，彈性模量37.25～56.14 GPa，是理想的隧洞圍巖。

花崗巖地表一般呈弱～微風化，局部亦有強風化，甚至全風化，主要表現為沿裂隙密集帶或擠壓錯動帶的差異風化，分布范圍不穩定，主要出現在進口山坡淺部。

1.2 地質構造

根據本次隧洞開挖結果，在隧洞進口及洞身段共揭露斷裂構造9條，其中規模較大的斷層1條(F1)，小斷層5條，閃長巖脈3條。主要斷裂構造如表1所列。

表1 主要斷裂構造性狀一覽表

1.3 地下水活動狀態

從隧洞開挖情況來看，在樁號0+22.3～0+37段由于隧洞埋深較淺，施工期間下雨時洞內順裂隙滴水，天氣晴好時則洞內干燥。除本段外，其余洞段僅在小斷層f208及閃長巖脈δ2處有滴水現象，而絕大部分洞段干燥，因此洞室水文地質條件簡單。

2 工程地質條件評價

2.1 進口段工程地質條件評價

進口段設閘門井及消渦梁(0-006～0+22.3)，建基面共長28.3 m，建基面高程108 m。建基面巖性為淺肉紅色細粒花崗巖，巖石新鮮、堅硬，較完整。建基面發育有2條擠壓式小斷層f202及f210。f202位于建基面左側，產狀為N45～60°E，NW∠60～70°，面弧形彎曲，夾0.5～1cm高嶺土及巖片；f210從右側向上游斜穿建基面至左側，產狀N65～75°E，NW∠65～75°，面彎曲，寬5cm，局部寬10cm，夾巖片及高嶺土，已掏槽處理。另外尚發育有L1及L22條大裂隙。L1產狀N15～20°E，NW∠45～50°，面弧形彎曲，夾0.3～0.5cm高嶺土及巖片； L2產狀N60～70°E，NW∠60～65°，面較平，稍彎，夾0.2～0.3cm巖片及高嶺土膜。除上述外，其余裂隙一般閉合、短小，斷續延伸，附鐵錳膜，且不甚發育。以上斷裂構造規模較小，不會對閘門井等建筑物的安全穩定產生不利影響，建筑物建基面工程地質條件較好。

2.2 洞身段工程地質條件評價

洞身段(樁號0+22.3～0+382.637)巖性全部為細粒花崗巖，巖性單一，洞內巖石大部分新鮮堅硬，僅進口洞頂部分為微風化。洞內共揭露小斷層5條，閃長巖脈3條，閃長巖脈與兩盤巖石均為裂隙式接觸。洞身段斷裂性狀見表1。其中小斷層f205、f211及閃長巖脈δ1、δ2與洞軸線交角較大(90°～60°)，對圍巖穩定性影響不大；f208與洞軸線交角較小(24°～34°),順洞延伸較長，但其寬度不大，對圍巖穩定影響亦不大；f210主要位于進口段，洞內僅在右側洞壁下部出露，對洞室穩定影響較小。因此洞身圍巖總體上穩定性較好，大部分屬Ⅱ～Ⅰ類圍巖。

但是洞身樁號0+22.3～0+37段由于開挖斷面較大，寬16 m～13.8 m，高22.5 m～15.5 m，洞頂為平頂，且埋深較淺，最小埋深僅12 m，距地表較近，因此裂隙發育。主要發育裂隙產狀N60～70°E，NW∠70～75°及N30～50°E，NW∠75°，此兩組裂隙均與洞軸線交角較小(0°～25°)，另f202在樁號0+25～0+36段形成寬0.5～1.2 m的透鏡體裂隙密集帶。在裂隙的相互切割下，巖體完整性較差，洞頂穩定性亦較差，在洞頂中間部分圍巖類別為Ⅲ類，洞頂其它部位及兩壁圍巖類別為Ⅲ～Ⅱ類。洞身圍巖具體分類評價如表2所列。

表2 圍巖分類及穩定性評價一覽表

2.3 出口段工程地質條件評價

出口明渠(樁位0+382.637～0+428.90)底板開挖高程65.2 m，巖性為細粒花崗巖，巖石新鮮、堅硬，完整，底板裂隙不發育，兩側壁裂隙較發育，裂隙面一般附鐵錳膜，大部閉合。

出口明渠右側壁平行發育2條產狀N40°E，NW∠75～80°裂隙，裂隙面平直，夾2 mm～5 mm白色高嶺土膜，裂隙間隔40 cm～50 cm。由于其走向與邊坡近平行，且傾向渠內，裂隙延至邊坡下部被切腳后影響邊坡穩定，因此對其進行了錨固處理，保證了邊坡的穩定。明渠左側壁裂隙大部分閉合，可見3條與邊坡近平行的產狀N40°E，∠90°裂隙，長4 m～7 m，一盤開挖震動影響已脫落，另一盤形成邊坡，因此邊坡較穩定。

出口段底板新鮮、完整，裂隙不發育，大多短小閉合，是良好的建基面。

3 施工開挖及處理措施

建議泄洪洞分進、出口兩個工作面施工，先從上游進口開始施工。進口段施工時在樁號0-008 m附近預留擋水巖坎，進行進口明渠、閘門井建基面及洞室樁號0+22.3～0+52.2段開挖，上述開挖結束后即進行混凝土施工。其后出口工作面開始開挖，直至與第一次開挖全線貫通。開挖期間對局部不穩定巖體進行臨時錨桿錨固或掛網噴錨等臨時支護措施。

根據泄洪洞所開挖揭露地質情況以及所處工程部位的不同，采取不同的永久支護措施。樁號0+000～0+22.3閘門井為全混凝土結構；洞身樁號0+22.3～0+123.015段全斷面砼襯砌；0+123.015～0+367.637段兩側洞壁及底板砼襯砌，洞頂為素噴砼；0+367.637～0+382.6段全斷面砼襯砌，0+382.6～0+428.9出口明渠段兩側為砼擋墻。

4 結束語

新建泄洪洞洞室圍巖基本新鮮，斷層及裂隙不發育～較發育，巖體完整，巖體結構大部為塊狀～次塊狀結構，局部為鑲嵌碎裂結構；除沿斷層f208及閃長巖脈δ2有滴水現象外，其余絕大部分洞段干燥無滴水，施工期間未發生掉塊、塌方等圍巖失穩現象，圍巖絕大部分為Ⅰ～Ⅱ類，洞室整體穩定～基本穩定。但在樁號0+22.3～0+37段由于洞室埋深較淺，裂隙較發育，巖體完整性差，洞室圍巖為Ⅲ～Ⅱ類，施工時為保證安全，本段進行了臨時支護處理。開挖后對局部構造發育段進行固結灌漿處理后再進行澆筑混凝土。由此可見，本文建議的泄洪洞施工開挖順序及支護處理措施等方案技術可行，社會經濟效益明顯，為水庫的安全運行提供數據支撐，并為類似工程提供技術支撐。