第３９卷第３期 ２０１３年３月 水力发电 溧阳抽水蓄能电站地下厂房 Ｆ 断层处理措施 魏 勇 ．胡林江 （１．中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安７１００１６； ２．中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南长沙４１００１４） 摘 要：溧阳抽水蓄能电站地下厂房工程地质条件差，特别是Ｆ 断层对地下厂房顶拱与边墙影响较大，对顶拱采 取了“预应力锚索＋喷钢纤维混凝土＋系统锚杆＋钢筋肋拱”的组合锚固处理方案，对边墙采取固结灌浆进行补强。 监测资料表明，主厂房Ｆ 断层处围岩应力应变数值均处于收敛状态，说明所采用的处理措施和施工方法是有效合 理的．保证了地下厂房的安全和稳定。 关键词：地下厂房；断层；开挖；支护；溧阳抽水蓄能电站 Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｆｓ４ Ｆａｕｌｔ ｉｎ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ—－ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＷＥＩ Ｙｏｎｇ ，ＨＵ Ｌｉｎｊｉａｎｇ （１．Ｓｉｎｏｈｙｄｒｏ Ｂｕｒｅａｕ ３ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ ７１００１６，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ； ２．ＨｙｄｒｏＣｈｉｎａ Ｚｈｏｕｇｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１４，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｉｎ Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ—ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｏｏｒ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ Ｆ５４ ｆａｕｌｔ ｈａｓ ｓｅｒｉｏｕｓ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｗｎ ａｒｃｈ ａｎｄ ｓｉｄｅｗａｌｌｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ．Ｔｈｅ ｃｒｏｗｎ ａｒｃｈ ｉｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｃａｂｌｅ，ｓｐｒａｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｃｈｏｒ ｒｏｄｓ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｒｉｂ ａｒｃｈ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ山ｅ ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ Ｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ａｔ Ｆ５４ ｆａｕｌｔ ａｒｅ ｉｎ ａ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ．Ｉｔ ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ａｎｄ ｃａｎ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ；ｆａｕｌｔ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｓｕｐｐｏｒｔ；Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＶ５５４．１２；ＴＶ７４３（２５３） 文献标识码： 文章编号：０５５９，９３４２（２０１３）０３－００７１－０２ １ Ｆ 断层地质概况 溧阳抽水蓄能电站地下厂房厂区岩性以中厚～巨 厚层岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩为主，岩性相对较 ３．７～１２．２ ｍ．其中断层破碎带宽１．５～４．５ ｍ，上盘影 响带宽１．５－６．８ ｍ，断层下盘岩石相对较好，一般无 影响带。Ｆ 断层及影响带对厂房顶拱、边墙等部 位影响较大，必须采取相应的处理措施，以确保 围岩稳定。地下厂房揭露Ｆ 断层产状及主要特征 见表１ 单一，层理构造不发育，但由于历经多次构造运动， 岩层强烈褶皱．断裂错动频繁。因此，沿层错动及 层间小断层较多。从勘探资料和施工所揭露的地质 情况来看．厂区地层内断层十分发育，厂顶受２２条 断层切割，断层平均密度达到近１条／１０ ｍ。 ２处理方案 ２．１ 主厂房顶拱部位 主厂房顶拱采取“预应力锚索＋喷钢纤维混凝 Ｆ 断层是影响厂房的最大断层，其规模和影响 区域较大，在主厂房、主变洞、母线洞、尾水闸门 室及引水竖井、引水支管和尾水支管均有出露。该 收稿日期：２０１３一Ｏ１—０８ 断层由断层泥夹角砾岩组成，强渗水，水量约３００～ ３５０ Ｌ／ｍｉｎ。破碎及影响带宽度有一定变化，总宽度 作者简介：廖余（１９８５一），男，贵州遵义人，助理工程师，主 要从事水电工程施工和技术管理工作． ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ Ｖｏ１．３９Ｎｏ．３圃 Ｕ１ 年Ｊ月 表１地下厂房揭露Ｆ 断层特征 ２－２主厂房边墙部位 Ｆ 断层及影响带力学指标低，岩体破碎。多为 塑性变形，自承载能力低，自稳能力差。地下洞室 开挖后，围岩应力状态从ｊ维向二维转变。岩体内 储存的变形能使 断层及影响带产生变形破坏。因 此，需要通过较强的支护措施，如采用预应力锚索、 边墙混凝土等，对Ｆ 断层及影响带施加主动约束， 土＋系统锚杆＋钢筋肋拱”的柔性组合锚固处理方 案。在主厂房开挖前，从主厂房上方的排水廊道 减小其应力释放，保持Ｆ 断层及影响带处于与开挖 前相近的应力约束状态，并能够更好地承担围岩压 力。 （高程８．０ ｍ）对顶拱进行了预固结灌浆处理。Ｆ 断 层及影响带在厂房顶拱范围内出露，导致顶拱围岩 的自承载能力降低。针对Ｆ 断层及影响带特殊地 质条件和顶拱重要性．除系统预应力锚索外，对 “喷钢纤维混凝土＋系统锚杆＋钢筋肋拱”的组合锚 固处理方案进行加强处理，使 断层及影响带与 其周围岩体联合形成承载拱圈，约束顶拱变形。具 体支护参数为：①拱肋间距由２．４ ｒｎ调整为１．２ １１３， 拱肋钢筋由单层钢筋调整为双层钢筋；②系统锚杆 ，；ｂ３２＠１ ２００ｘｌ ２００．长度由６ １ＴＩ和９ １３３调整为７。５ ｒｎ 和９ ｍ；③拱肋之间采用钢纤维混凝土喷平。 考虑 断层的复杂性，在穿越Ｆ 断层前，采 取了多种手段摸清Ｆ 断层在厂顶的出露情况。根 据厂顶和周边的８ ｒｎ高程和一２７ ｍ高程排水廊道等 洞室所揭露的Ｆ 断层性状，推测 断层可能在厂 房顶拱的出露位置．并通过ＴＲＴ６０００地质预报系统 和地质雷达来进行超前预报，然后根据超前预报资 料利用从８ ｍ高程排水廊道到厂房顶拱的对穿锚索 孔进行孔内摄像和声波测试，摸清Ｆ 断层的出露 范围。在上游导洞接近Ｆ 断层时，施工２ ｍｘ２ ｍ 探硐先行穿过Ｆ 断层，详细探明Ｆ 断层的具体性 状和出露情况，以便采取具体的处理措施。 地下厂房顶拱Ｆ 断层处开挖支护采用两侧导洞 领先，中墩扩挖跟进的施工方法。上游边导洞首先 开挖，然后开挖下游边导洞，最后跟进中墩开挖。 边导洞开挖尺寸为８．３４ ｍ￣６．９ ｒｎ（宽Ｘ高），中墩开 挖尺寸为８．３２ ｍｘ７．７５ ｍ（宽Ｘ高）。 开挖每循环进尺０．６～１ ｍ．光爆孔距０．４ ｌ＇ｌｑ。最 大单响药量７ ｋｇ，Ｆ 破碎带采用反铲直接挖除。每 开挖一循环．出渣前立即喷射５ ｅｍ钢纤维混凝土进 行初封闭，出渣后对裸露开挖掌子面喷射３～５ ｅｍ厚 钢纤维混凝土进行封闭．随后立即进行该循环内的 系统锚杆、钢筋拱肋、喷钢纤维混凝土施工。下一 循环钻爆前增加超前小导管或超前锚杆等超前支护． 以增加围岩的自稳时间。边导洞施工时，对临时中 墩的边墙喷射钢纤维混凝土进行封闭．并视情况增 加随机锚杆．增加边导洞洞身和中墩的稳定。 ｌ圜 ｒ Ｐｏ ｅｒ Ｖｏ１．３９Ｎｏ．３ 为减少边墙变形，在厂房第１Ｉ层和第１ＩＩ层中 槽施工后，利用两侧预留的４．７５ ｍ厚的保护层对Ｆ 断层及影响带围岩进行预固结灌浆。灌浆结合开 挖分层从上至下分２层进行，第１层对应厂房开 挖第１Ｉ层，从拱脚一２３．８００ ｍ高程至岩锚吊车梁上 部一３０．００ ｍ高程范围，孔深１５ ＩＴＩ，由外至内分段灌 浆：第１段长６．０ １ＴＩ．灌浆压力为０．２ ＭＰａ；第２段 长３．０ １ＴＩ。灌浆压力为０．５ ＭＰａ：第３段长３．０ ｍ． 灌浆压力为１．０ ＭＰａ；第４段长３．０ ｍ，灌浆压力为 １．５ ＭＰａ。第２层对应厂房开挖第１ＩＩ层，从岩锚吊 车梁上部一３０．００ ＩＴＩ高程至岩锚梁下部一３７．００ ＩＴＩ高程 范围，孔深１５ ｍ，由外至内分段灌浆：第ｌ段长 ４．５ ｍ，灌浆压力为０．２ ＭＰａ；第２段长３．５ ｍ．灌浆 压力为０．５ ＭＰａ；第３段长３．５ ｍ，灌浆压力为１．０ ＭＰａ；第４段长３．５ ｍ，灌浆压力为１．５ ＭＰａ。 ３监测数据 为监测主厂房Ｆ 断层应力应变情况，在厂房 ＣＺ０＋６５．１２５桩号布置了１个监测断面。 ３．１ 多点位移计 该断面共安装多点位移计６套，共２４个测点 测值变化情况与施工进程相吻合： （１）２０１１年１２月初，顶拱开挖面接近监测断 面时位移变化速率急剧增大，ｌ２月上旬开挖至该断 面时位移最大变化速率达０．７４８ ｍｍ／ｄ。随着开挖面 的逐渐远离，１２月中旬起，监测数据趋于收敛。厂 房第Ⅱ层下卧开挖期间，顶拱变形未受到明显影响 截至２０１２年６月２７日，顶拱最大变形持续稳定在 １２ ｍｉＤ＿以内；腰拱多点位移计测值随着厂房第Ⅱ层 的下卧开挖略有变化，但很快趋于稳定。截至２０１２ 年６月２７日，腰拱最大变形约５ ｍｍ。 （２）２ｏ１２年６月中旬，锚索钻孔及爆破开挖等 施工因素对边墙多点位移计产生扰动影响，上、下 游侧监测数据在６月１５日发生明显突变。但随后 相对平稳。这种突变显然非岩体实际变形。除去上 述扰动影响，岩壁最大变形量约（下转第７５页） 第３９卷第３期 田贵明，等：溧阳抽水蓄能电站尾水主洞施工方案 尾水主洞混凝土衬砌厚度ＩＩ１、ＩＶ类同岩为８５ （４）底拱衬砌施工前选择试验段进行生产性试 Ｃｌ／１、Ｖ类同岩为１００ Ｏ１ＴＩ。采用先浇筑边顶拱后浇筑 验，在水平缝内埋设测缝计对施工缝进行测试，以 底拱的顺序进行．水平施工缝设置在顶拱２１４。范闻 确定对水平缝处理的可行性。 处。边顶拱混凝土采用混凝土钢模台车进行，浇筑 高度８ ｍ，分块长度１２ ｍ。底拱混凝土采用针梁底 ３结语 模进行，浇筑高度４ ｍ，分块长度１２ ｍ。 （１）采用光面控制爆破技术，在ＩＶ、Ｖ类同岩 混凝土衬砌方案关键技术为水平施工缝的设置 洞段采用预留核心土的开挖方法，并在上层开挖过 与处理。根据钢筋接头错开的要求和满足混凝土结 程中控制合理进尺符合本工程实际的地质情况。 构的需要，水平分缝处设置在与腰线夹角为一ｌ７。和 （２）采用的小导管超前支护方案，满足上层开 １９７。处，即顶拱２１４。范罔处。水平施工缝的处理措 挖超前支护的要求。 施如下： （３）采用的先边顶拱后底拱混凝土衬砌方案符 （１）在边顶拱衬砌后对水平缝部位进行凿毛处 合本工程的实际情况，满足工程安全和工期需要。 理，以满足规范要求。 （４）通过对尾水主洞开挖、支护、混凝土衬砌 （２）在水平缝中间部位布设１道橡胶止水条． 方案的研究，确定的施工方案经现场实施验证，主 与环向施工缝部位的橡胶止水条及结构缝部位的铜 要施工方案技术上可行，经济上合理，满足安全生 止水片封闭成环。 产和进度要求。 （３）每仓混凝土浇筑施工时，下料从上游向下 参考文献： 游方向进行，在浇筑水平缝部位时采用１２～１４ ＣｌＴＩ坍 落度的混凝土，人工加强振捣，使水平缝部位进料 ［１］李怀国．不良地质隧洞施工技术研究［Ｊ］．中国新技术新产品， ２０１０（１４）：１００—１０１． 饱满。翻板部位应浇满，高出水平缝２５ ｃｍ，超出 ［２］王来所．变顶拱尾水隧洞混凝土先拱后墙法方案论证『Ｊ］．水利 设计边线部分待混凝土达到初凝后人工凿除，并磨 水电施工，２００９（５）：４５—４９． 面、压光。 （责任编辑杨健） 札舢 ．址 ． ．轧． Ａ （上接第７２页）１２ ｍｍ，小于设计预警值，表现基本 工方法是有效合理的。 平稳。 ３．２钢筋计 ４结语 截至２０１２年６月２７日，上、下游侧及顶拱钢 溧阳抽水蓄能电站地下厂房地质条件复杂．围 筋计测值相对平稳，且均为压应力，最大钢筋计压 岩破碎，自稳性差，特别是 断层对厂房顶拱及边 应力为３６．３８ ＭＰａ，位于顶拱处。 墙施工期安全与围岩稳定影响极为不利。对顶拱主 ３．３锚索测力计 要是对厂房其他段的“预应力锚索＋喷钢纤维混凝 截至２０１２年６月２７日．锚索测力计测值均在 土＋系统锚杆＋钢筋肋拱”的组合锚固处理措施的参 １ ０００ ｋＮ左右。自安装以来，最大损失率２．１８％， 数进行了加强，既延续了厂顶采用柔性支体系的设 未见大规模荷载损失现象。测值稳定。 计思路，有利于厂顶整体二次应力重分布的协调。 ３．４锚杆应力计 又保证了施工期安全和运行期的长期稳定。对边墙 前期测值一直相对平稳，未见明显异常；２ｏ１２ 主要采取固结灌浆进行了补强，从而保证了高边墙 年３月份下游边墙开挖期间，下游侧腰拱锚杆应力 的稳定。 计ＡＳｆｌ一１０测值增长较大，增幅为５１．９６ ＭＰａ： 参考文献： ２０１２年５月份上游边墙开挖期间，上游腰拱处锚杆 应力计略有增长，ＡＳｆｌ一１测值增幅为２０．０１ ＭＰａ。 ［１］张萌．露天矿爆破工程［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，１９８２． ［２］庙延钢，王文中．工程爆破与安全［Ｍ］．昆明：昆明理工大学出版 开挖期过后锚杆应力整体平稳。截至２０１２年６月 社．２００１． ２７日，锚杆最大应力约７０ ＭＰａ，在下游侧腰拱。 ［３］朱伯芳．大体积混凝土温控应力与温度控制［Ｍ］．北京：中国电力 监测资料表明，主厂房Ｆ 断层处围岩应力应变 出版社．１９９９． 数值均处于收敛状态．说明所采用的处理措施和施 （责任编辑杨健） Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ，３困