冶勒水电站地下厂房支护设计
范祥伦，胡晓文
（国家电力公司成都勘测设计研究院，四川 成都610072）
摘 要：冶勒水电站地下厂房工程地质条件十分复杂。通过对地下厂房洞室群工程地质问题勘察和施工等资料的分析与评价，提出了刚性支护方案，经有限元分析表明，地下洞室群在整体上是稳定的。
关键词：工程地质；地下厂房；洞室支护；围岩稳定性；冶勒水电站
1 前言
冶勒水电站是南桠河梯级开发的龙头水库暨引水式电站，水库总库容2．98亿m3，总装机240 MW。建筑物主要由沥青混凝土心墙堆石坝、泄洪建筑物、取水口、引水隧洞、调压井、压力管道、地下厂房等组成。厂址位于石棉县南桠村上游条形山脊内，距安宁河东支断裂北段约80～400m。地下厂房布置在f8次级断层以西较完整的岩体内。
2 工程地质条件
地下厂房的开挖尺寸为72．14m（长）×22．20m（宽）×39．5m（高）。施工采取分层开挖、分步扩挖的施工方法：首先进行厂房顶层上部开挖，然后进行厂房中部开挖，最后开挖厂房下部，厂房上部中导洞开挖于2002年3月完成。地下厂房主要由晋宁期石英闪长岩组成（δ02），岩石新鲜～微风化，抗风化能力强；局部可见宽1～1．5m的辉绿岩脉穿插其中，岩脉与围岩一般接触较好，脉体构造裂隙发育，完整性差。地下厂房区紧邻具有多期活动性的安宁河东支断裂北段，岩体历经多次构造运动，低序次的小断层和构造裂隙较发育。根据上导洞开挖揭露的情况统计，共发育2条次级断层，4条剪切错动带（属f6断层派生的次级小构造），其走向与厂房轴线大角度相交，以中～陡倾角为主，规模较小。其中剪切错动带宽度一般为1～10cm（g1、g3、g4、g5），f2断层 破碎带宽20cm，f6断层破碎带宽150cm。此外，根据裂隙结构面统计资料分析，共计有5组裂隙：
①近EW／S∠20°～30°。延伸长度大于10m，间距一般20～80cm，裂面闭合，平直粗糙，局部见锈染现象。该组裂隙分布较普遍，在0＋072．14～0＋058m段，贯通性差，断续延伸，其余洞段贯通性好。
②近SN／E∠10°～20°。延伸较长，间距一般30～50cm，裂面起伏粗糙，闭合性较差，多见锈染现象。该组裂隙仅分布在0＋000～0＋013．5m洞段，不发育。
③N65°～75°E／NW∠70°～80°。延伸长度大于10m，间距20～40cm，裂面多闭合，分布于整个地下厂房，普遍贯通性好。在0＋072．14～0＋058m段贯通性较差，断续延伸，在下游侧边墙（0＋000～0＋025m）发育间距小于20cm。
④N70°～90°E／SW∠70°～80°。延伸较短，间距在100cm以上，裂面闭合。该组裂隙不发育，仅在主厂房的局部有分布。
⑤N0°～20°E／SE∠40°～48°。延伸长度2～4m，间距在80～100cm，仅局部洞段有分布。
上述5组裂隙在主、副厂房和安装间不同部位分别以①、③组和①、②、③组最为发育，④、⑤二组裂隙不发育，仅零星分布。
3 主要工程地质问题的分析与评价
0＋000～0＋025m段：该段围岩受f6断层及剪切错动带g1、g3、g4、g5的影响，裂隙发育，岩体破碎，尤其在下游侧边墙表现最为显著。主要发育“一陡二缓”三组裂隙（①、②、③组），延伸长度大于10m，贯通性好，其陡倾角裂隙平均发育间距15～25cm，局部在10～15cm之间。岩体以镶嵌碎裂结构为主，局部断层影响带为碎裂结构，裂面多见锈染现象，平直粗糙。地下水在f6断层破碎带附近呈线状～小股状渗出。在开挖过程中顶拱曾出现掉块及局部垮塌现象，围岩自稳能力差。
0＋025～0＋055m段：主要发育“一陡一缓”二组裂隙（①、③组），延伸长度大于10m，贯通性较好，缓倾角裂隙平均发育间距30～50cm，陡倾角裂隙发育间距在20～40cm，裂面闭合，平直粗糙，块体间嵌合较好，以次块状～镶嵌结构为主。受f2断层和g1剪切错动带的影响，主厂房1号机组～安装间段的下游侧边墙岩体完整性较差。在开挖过程中局部顶拱沿缓倾角裂隙发生过掉块现象，总体上该段围岩具有一定的自稳能力。
0＋055～0＋072．14m段：主要发育“一陡一缓”二组裂隙（①、③组），陡、缓倾角裂隙贯通性较差，断续延伸，缓倾角裂隙平均发育间距40～80cm，陡倾角裂隙发育间距30～50cm，裂面闭合，平直粗糙，块体间嵌合较好，岩体以块状～次块状结构为主。开挖过程中顶拱未出现塌方或掉块现象，围岩自稳性较好。
鉴于地下厂房地质条件复杂，且洞室开挖跨度大，各洞段实际的围岩类别划分，主要根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287－99）围岩工程地质分类的综合评分法，并参照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086－2001）围岩分级等方法进行。围岩类别划分情况是：
顶拱：桩号0＋000～0＋025m（Ⅳ类），0＋025～0＋055m（Ⅲ类），0＋055～0＋072．14m（Ⅲ＋类）。
上游侧边墙：桩号0＋000～0＋020m（Ⅳ类），0＋020～0＋045m（Ⅲ类），0＋045～0＋072．14m（Ⅲ＋类）；
下游侧边墙：桩号0＋000～0＋040m（Ⅳ类），0＋040～0＋058m（Ⅲ类），0＋058～0＋072．14m（Ⅲ＋类）。
4 主要地质结论
（1）由于地下厂房紧邻具有多期活动性的区域性大断裂———安宁河东支断裂北段，岩体历经多次地质构造运动，低序次的小断层、剪切错动带和构造裂隙发育，岩体完整性较差，不同部位的岩体完整性、结构面发育程度与特征，以及地下水出露情况等存在较大差异。
（2）地下厂房部位近EW向的一组缓倾角裂隙发育，分布范围大，是影响大跨度地下厂房顶拱围岩稳定的控制性结构面，开挖临空后，易发生拉裂塌落或掉块；NE向的一组陡倾角裂隙，发育间距较小，与厂房轴线大角度相交，主要起切割边界作用。施工中应根据围岩地质条件和大跨度地下厂房的特点，针对不同的围岩类别及稳定程度，分别采取相应的支护处理措施，尤其需注意加强对0＋000～0＋040m洞段的顶拱、安装间端墙边顶拱和分布于整个地下厂房顶拱的缓倾角结构面的支护处理。
（3）f2断层与g4、g5剪切错动带和NE向的一组陡倾角裂隙相互切割形成的不稳定块体，对0＋000～0＋040m洞段顶拱围岩稳定不利，f6对安装间端墙左、右边顶拱稳定影响较大，需加强支护处理。
（4）受f6、f2断层的影响，安装间内下游侧边墙和部分主厂房段，特别是主厂房的下游侧边墙，裂隙发育，岩体完整性较差，由此推测在上述部位岩锚梁附近围岩以Ⅳ类为主，开挖过程中需采取特殊的施工方法和特殊的工程措施。
（5）地下厂房位于后缘山体地下水排泄区，根据前期勘探资料和施工开挖揭示的地下水出露情况综合分析，厂房区地下水丰富，水位高，外水压力大，需加强排水处理措施。
（6）应及时开展施工期围岩变形监测工作。
（7）应加强施工爆破控制，及时支护，防止围岩产生过大的松弛变形及塑性区范围的扩大。
5 地下厂房支护方案
根据地下厂房部位的地质条件，对厂房永久的支护形式，将主、副厂房分为三段分别进行研究，即安装间和1号机组段、2号机组段、副厂房段。
（1）第一段：厂横0＋00～0＋40m为安装间和1号机组段。厂房顶拱受断层、缓倾角裂隙及陡倾角裂隙相互切割，形成不稳定的组合块体。上、下游边墙受f2、f6断层的影响，裂隙发育，岩体完整性较差，岩锚梁附近围岩以Ⅳ类为主，岩锚梁的形成具有较大难度；顶拱和边墙的围岩分类属Ⅳ类，宜采用全断面钢筋混凝土衬砌，配合常规吊车梁的支护方式。顶拱采用变截面拱，拱顶厚1．0m，拱座厚1．2m，边墙采用80cm厚的钢筋混凝土结构，围岩采用系统锚杆（ø25，L＝4／8m，＠1．5m×1．5m），上、下游边墙及端墙中部设预应力锚索束119根（L＝30m，T＝100t）（见图1）。在围岩较差地段进行固结灌浆。
（2）第二段：厂横0＋40～0＋55．34m为2号机组段。该段围岩属Ⅲ类，根据喷锚有关规范和工程设计经验，结合冶勒地下厂房顶拱开挖跨度在22m左右，不宜采用喷锚支护，可选用刚性或肋拱柔性支护，为此作了两个方案进行比较。
方案1：刚性支护方案
刚性支护方案顶拱采用钢筋混凝土变截面拱，拱顶厚1．0m，拱座厚1．2m，上、下游边墙为80cm厚的钢筋混凝土结构，与厂横0＋00～0＋40m的结构型式一致。主要优点：①针对冶勒电站所处的特殊 地质构造背景，为电站今后的长期安全运行提供了可靠的保证，具有长远利益；②有利于厂房的通风防潮，为电站的长期运行提供了良好的环境条件；③在冶勒水电站所处的复杂地质构造背景下，能够更加主动地应对今后可能隐藏的不利地质条件。主要缺点：①地下厂房的施工方案需相应作一定的调整；②工程投资有一定的增加。
